ประสาทวิทยาของระบบและวงจร
ประสาทวิทยาของระบบและวงจรศึกษาว่าประชากรของเซลล์ประสาทถูกจัดระเบียบเป็นระบบและวงจรการทำงานอย่างไร ซึ่งทำหน้าที่รับรู้โลก สร้างการเคลื่อนไหว และกำหนดอารมณ์และการตื่นตัว เป็นระดับของการวิเคราะห์ที่อยู่ระหว่างประสาทวิทยาระดับเซลล์และโมเลกุลที่อยู่ข้างล่าง และการรับรู้และพฤติกรรมที่อยู่ข้างบน โดยตั้งคำถามว่าเส้นทางทางกายวิภาคและรูปแบบของกิจกรรมประสาทก่อให้เกิดการรับรู้ การกระทำ และสภาวะภายในได้อย่างไร
Definition
ประสาทวิทยาของระบบและวงจรคือการศึกษาโครงสร้างและพลวัตของวงจรประสาทที่กำหนดไว้และระบบขนาดใหญ่ โดยเชื่อมโยงการเชื่อมต่อทางกายวิภาคและกิจกรรมทางสรีรวิทยาเข้ากับหน้าที่ทางประสาทสัมผัส การเคลื่อนไหว อารมณ์ และการควบคุมสภาวะ
Scope
สาขานี้จะนำผู้อ่านไปสู่ระบบการทำงานหลักของระบบประสาท ได้แก่ ระบบการมองเห็น ระบบการเคลื่อนไหว ระบบรับความรู้สึกทางกาย ระบบลิมบิก และระบบความสนใจหรือการตื่นตัว เป็นภาพรวมเชิงอ้างอิงและให้ความรู้ที่วางกรอบหัวข้อรายละเอียดที่อยู่ภายใต้ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกและไม่ได้กล่าวถึงการวินิจฉัยหรือการรักษา
Sub-topics
Core questions
- ข้อมูลนำเข้าทางประสาทสัมผัสถูกแปลงเป็นตัวแทนการรับรู้ตามเส้นทางที่จัดระเบียบได้อย่างไร?
- วงจรการเคลื่อนไหววางแผน เลือก และดำเนินการเคลื่อนไหวได้อย่างไร?
- อารมณ์ แรงจูงใจ และการตื่นตัวถูกควบคุมโดยวงจรที่กระจายตัวและระบบประสาทโมดูเลเตอร์ได้อย่างไร?
- สถาปัตยกรรมวงจรแบบลำดับชั้นและแบบคู่ขนานสนับสนุนการทำงานเหล่านี้ได้อย่างไร?
Key concepts
- แผนที่ภูมิประเทศและแผนที่โซมาโตโทปิก
- เขตรับรู้และคุณสมบัติการเลือก
- การประมวลผลแบบลำดับชั้นและแบบคู่ขนาน
- วงจรคอร์ติโค-ปมประสาทฐาน-ทาลามัส-คอร์ติคัลแบบคู่ขนาน
- ระบบประสาทโมดูเลเตอร์และการตื่นตัว
- เครือข่ายสมองขนาดใหญ่และการเชื่อมต่อ
Mechanisms
ระบบการทำงานถูกสร้างขึ้นจากวงจรที่การเชื่อมต่อทางกายวิภาคที่เป็นระเบียบกำหนดการคำนวณบนกิจกรรมประสาท ระบบประสาทสัมผัสจะแมปพื้นผิวตัวรับเข้ากับคอร์เทกซ์ในลักษณะภูมิประเทศและดึงคุณสมบัติที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ ตามเส้นทางลำดับชั้น ดังที่แสดงให้เห็นสำหรับคอร์เทกซ์การมองเห็นโดย Hubel และ Wiesel และสำหรับคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายโดย Mountcastle หน้าที่การเคลื่อนไหวและลิมบิกขึ้นอยู่กับส่วนหนึ่งของวงจรคู่ขนานที่แยกส่วนบางส่วนผ่านปมประสาทฐานและทาลามัสที่อธิบายโดย Alexander และคณะ ในระดับที่ใหญ่ที่สุด วงจรเหล่านี้ก่อตัวเป็นเครือข่ายโครงสร้างและการทำงานที่สามารถวิเคราะห์การจัดระเบียบได้ด้วยวิธีการทฤษฎีกราฟ ดังที่สรุปโดย Bullmore และ Sporns
Clinical relevance
ระบบที่อธิบายไว้ในที่นี้เป็นพื้นฐานของประสาทวิทยาและจิตเวชศาสตร์ทางคลินิก: ความผิดปกติของการมองเห็น การเคลื่อนไหว ความรู้สึก อารมณ์ และการตื่นตัวมีความสัมพันธ์กับการทำงานผิดปกติของวงจรเฉพาะ รายการนี้อธิบายการจัดระเบียบปกติของระบบเหล่านี้เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจโรค เป็นเอกสารอ้างอิงเพื่อการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
ฐานความรู้ของประสาทวิทยาระบบอาศัยหลักฐานที่มาบรรจบกันจากการบันทึกไฟฟ้าของเซลล์เดี่ยว การติดตามเส้นทางทางกายวิภาค การศึกษาการบาดเจ็บ และการถ่ายภาพประสาทในมนุษย์ มากกว่าการทดลองทางคลินิก การศึกษาปฐมภูมิที่เป็นรากฐาน (เช่น Mountcastle และ Hubel และ Wiesel) ได้สร้างการจัดระเบียบแบบคอลัมน์และภูมิประเทศของคอร์เทกซ์ และการวิเคราะห์เครือข่ายสมัยใหม่ได้รวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับการอธิบายในระดับระบบ การอ้างอิงมาตรฐานสามารถพบได้ในตำราประสาทวิทยาที่ครอบคลุม
History
ประสาทวิทยาระบบเติบโตมาจากการพยายามในศตวรรษที่สิบเก้าและยี่สิบเพื่อระบุตำแหน่งการทำงานในสมองและเพื่อทำแผนที่เส้นทางประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหว การบันทึกเซลล์เดี่ยวในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบโดย Mountcastle ในคอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกายและโดย Hubel และ Wiesel ในคอร์เทกซ์การมองเห็นได้เปิดเผยการจัดระเบียบแบบคอลัมน์และลำดับชั้นของคอร์เทกซ์ประสาทสัมผัส ในขณะที่งานต่อมาเกี่ยวกับวงจรปมประสาทฐาน และล่าสุดเกี่ยวกับคอนเนคโตมิกส์ขนาดใหญ่ ได้ขยายสาขาจากวงจรแต่ละส่วนไปสู่เครือข่ายสมองทั้งหมด
Key figures
- Vernon Mountcastle
- David Hubel
- Torsten Wiesel
- Garrett Alexander
- Olaf Sporns
Related topics
Seminal works
- mountcastle-1957
- hubel-wiesel-1968
- alexander-1990
Frequently asked questions
- ประสาทวิทยาระบบแตกต่างจากประสาทวิทยาระดับเซลล์หรือโมเลกุลอย่างไร?
- ประสาทวิทยาระดับเซลล์และโมเลกุลศึกษาเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ ซินแนปส์ และยีนและโมเลกุลภายในเซลล์เหล่านั้น ในขณะที่ประสาทวิทยาระบบและวงจรศึกษาว่ากลุ่มของเซลล์ประสาทเชื่อมโยงกันเป็นวงจรและระบบที่ทำหน้าที่ต่างๆ เช่น การมองเห็น การเคลื่อนไหว หรือการควบคุมอารมณ์ได้อย่างไร
- อะไรคือ 'ระบบ' ในระบบประสาท?
- ระบบประสาทคือชุดของโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่ที่สอดคล้องกัน เช่น ระบบการมองเห็น ระบบการเคลื่อนไหว หรือระบบลิมบิก แต่ละระบบถูกศึกษาในฐานะเส้นทางที่จัดระเบียบซึ่งมีข้อมูลนำเข้า การแปลง และข้อมูลส่งออกที่เป็นลักษณะเฉพาะ