Khoa học thần kinh hệ thống và mạch thần kinh
Khoa học thần kinh hệ thống và mạch thần kinh nghiên cứu cách các quần thể neuron được tổ chức thành các hệ thống và mạch chức năng để cảm nhận thế giới, tạo ra chuyển động, và định hình cảm xúc cũng như sự tỉnh táo. Đây là cấp độ phân tích nằm giữa khoa học thần kinh tế bào và phân tử ở dưới, và nhận thức cùng hành vi ở trên, đặt câu hỏi về cách các đường dẫn giải phẫu và các mô hình hoạt động thần kinh tạo ra tri giác, hành động và trạng thái nội tại.
Definition
Khoa học thần kinh hệ thống và mạch thần kinh là nghiên cứu về cấu trúc và động lực học của các mạch thần kinh xác định và các hệ thống quy mô lớn, liên kết kết nối giải phẫu và hoạt động sinh lý với các chức năng cảm giác, vận động, cảm xúc và điều hòa trạng thái.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc đến các hệ thống chức năng chính của hệ thần kinh: hệ thị giác, vận động, cảm giác thân thể, limbic, và hệ thống chú ý hoặc tỉnh táo. Đây là một tổng quan mang tính giáo dục tham khảo, làm nền tảng cho các mục chủ đề chi tiết bên dưới; nó không phải là hướng dẫn lâm sàng và không đề cập đến chẩn đoán hoặc điều trị.
Sub-topics
Core questions
- Các đầu vào cảm giác được biến đổi như thế nào dọc theo các đường dẫn có tổ chức thành các biểu diễn tri giác?
- Các mạch vận động lập kế hoạch, lựa chọn và thực hiện chuyển động như thế nào?
- Cảm xúc, động lực và sự tỉnh táo được điều hòa như thế nào bởi các mạch phân tán và hệ thống điều biến thần kinh?
- Các kiến trúc mạch phân cấp và song song hỗ trợ các chức năng này như thế nào?
Key concepts
- Bản đồ địa hình và bản đồ cảm giác thân thể
- Trường tiếp nhận và tính chọn lọc đặc điểm
- Xử lý phân cấp và song song
- Các vòng lặp vỏ não-hạch nền-đồi thị-vỏ não song song
- Hệ thống điều biến thần kinh và tỉnh táo
- Mạng lưới não quy mô lớn và kết nối
Mechanisms
Các hệ thống chức năng được xây dựng từ các mạch trong đó các kết nối giải phẫu có trật tự áp đặt các phép tính lên hoạt động thần kinh. Các hệ thống cảm giác ánh xạ các bề mặt thụ thể lên vỏ não theo kiểu bản đồ học và trích xuất các đặc điểm ngày càng phức tạp hơn dọc theo các đường dẫn phân cấp, như đã được Hubel và Wiesel chứng minh đối với vỏ não thị giác và Mountcastle đối với vỏ não cảm giác thân thể. Các chức năng vận động và limbic phụ thuộc một phần vào các vòng lặp song song, tách biệt một phần qua hạch nền và đồi thị được mô tả bởi Alexander và các cộng sự. Ở quy mô lớn nhất, các mạch này hình thành các mạng lưới cấu trúc và chức năng mà tổ chức của chúng có thể được phân tích bằng các phương pháp lý thuyết đồ thị, như được tóm tắt bởi Bullmore và Sporns.
Clinical relevance
Các hệ thống được mô tả ở đây là nền tảng của thần kinh học và tâm thần học lâm sàng: các rối loạn về thị giác, vận động, cảm giác, cảm xúc và sự tỉnh táo đều liên quan đến rối loạn chức năng của các mạch cụ thể. Mục này giải thích tổ chức bình thường của các hệ thống này làm nền tảng để hiểu bệnh tật; đây là tài liệu tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
Evidence & guidelines
Cơ sở kiến thức của khoa học thần kinh hệ thống dựa trên bằng chứng hội tụ từ điện sinh lý học đơn vị, truy tìm đường dẫn giải phẫu, nghiên cứu tổn thương và hình ảnh thần kinh ở người, hơn là từ các thử nghiệm lâm sàng. Các nghiên cứu cơ bản nền tảng (ví dụ Mountcastle và Hubel và Wiesel) đã thiết lập tổ chức cột và bản đồ học của vỏ não, và các phân tích mạng lưới hiện đại tích hợp chúng vào các giải thích cấp độ hệ thống; các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn được tìm thấy trong các sách giáo khoa khoa học thần kinh toàn diện.
History
Khoa học thần kinh hệ thống phát triển từ những nỗ lực của thế kỷ XIX và XX nhằm định vị chức năng trong não và lập bản đồ các đường dẫn cảm giác và vận động. Các ghi nhận đơn vị giữa thế kỷ XX của Mountcastle trong vỏ não cảm giác thân thể và của Hubel và Wiesel trong vỏ não thị giác đã tiết lộ tổ chức cột và phân cấp của vỏ não cảm giác, trong khi các công trình sau này về các vòng lặp hạch nền và, gần đây hơn, về kết nối học quy mô lớn đã mở rộng lĩnh vực từ các mạch riêng lẻ đến các mạng lưới toàn não.
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
- Khoa học thần kinh hệ thống khác với khoa học thần kinh tế bào hoặc phân tử như thế nào?
- Khoa học thần kinh tế bào và phân tử nghiên cứu các neuron riêng lẻ, khớp thần kinh, và các gen cùng phân tử bên trong chúng, trong khi khoa học thần kinh hệ thống và mạch thần kinh nghiên cứu cách các nhóm neuron được kết nối với nhau thành các mạch và hệ thống thực hiện các chức năng như nhìn, di chuyển hoặc điều hòa cảm xúc.
- Điều gì được coi là một 'hệ thống' trong hệ thần kinh?
- Một hệ thống thần kinh là một tập hợp các cấu trúc liên kết với nhau cùng phục vụ một chức năng mạch lạc, chẳng hạn như hệ thị giác, hệ vận động hoặc hệ limbic; mỗi hệ thống được nghiên cứu như một đường dẫn có tổ chức với các đầu vào, biến đổi và đầu ra đặc trưng.