Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu

Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu Các nhà khoa học vẫn đang cùng nhau giải câu đố về cách thức hoạt động của bộ não. Yuichiro Chino / Khoảnh khắc qua Getty Images

Làm thế nào bộ não hoạt động vẫn là một câu đố chỉ với một vài mảnh tại chỗ. Trong số này, một phần lớn thực sự là một phỏng đoán: rằng có một mối quan hệ giữa cấu trúc vật lý của não và chức năng của nó.

Các công việc của bộ não bao gồm diễn giải cảm ứng, đầu vào hình ảnh và âm thanh, cũng như lời nói, lý luận, cảm xúc, học tập, kiểm soát tốt chuyển động và nhiều thứ khác. Các nhà thần kinh học cho rằng đó là giải phẫu não - với hàng trăm tỷ sợi thần kinh - làm cho tất cả các chức năng này có thể. Dây sống của bộ não, mạng sống được kết nối trong các mạng lưới thần kinh phức tạp làm phát sinh khả năng đáng kinh ngạc của con người.

Dường như nếu các nhà khoa học có thể lập bản đồ các sợi thần kinh và các kết nối của chúng và ghi lại thời gian của các xung truyền qua chúng cho một chức năng cao hơn như tầm nhìn, chẳng hạn, họ có thể giải quyết câu hỏi về cách nhìn của một người. Các nhà nghiên cứu đang trở nên tốt hơn trong việc lập bản đồ não bằng cách sử dụng máy cắt - một kỹ thuật đại diện trực quan cho các tuyến sợi thần kinh bằng mô hình 3D. Và họ đang trở nên tốt hơn trong việc ghi lại cách thông tin di chuyển qua não bằng cách sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ chức năng nâng cao để đo lưu lượng máu.

Nhưng mặc dù các công cụ này, không ai có thể tìm ra gần hơn làm thế nào chúng ta thực sự nhìn thấy. Khoa học thần kinh chỉ có một sự hiểu biết thô sơ về cách tất cả khớp với nhau.

Để giải quyết thiếu sót này, nghiên cứu sinh học nhóm của tôi tập trung vào mối quan hệ giữa cấu trúc và chức năng não. Mục tiêu tổng thể là giải thích một cách khoa học tất cả các kết nối - cả về mặt giải phẫu và không dây - kích hoạt các vùng não khác nhau trong các nhiệm vụ nhận thức. Chúng tôi đang nghiên cứu các mô hình phức tạp để nắm bắt tốt hơn những gì các nhà khoa học biết về chức năng của não.

Cuối cùng, một bức tranh rõ ràng hơn về cấu trúc và chức năng có thể tinh chỉnh các cách phẫu thuật não cố gắng điều chỉnh cấu trúc và ngược lại, thuốc cố gắng điều chỉnh chức năng.

Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu Kết nối điện trường gần cung cấp một mức độ giao tiếp khác trong não. Hình ảnh PM / Đá thông qua Getty Images


Nhận thông tin mới nhất từ ​​Nội tâm


Điểm nóng không dây trong đầu bạn

Các chức năng nhận thức như lý luận và học tập sử dụng một số vùng não riêng biệt theo cách sắp xếp theo thời gian. Giải phẫu một mình - các tế bào thần kinh và sợi thần kinh - không thể giải thích sự kích thích của các khu vực này, đồng thời hoặc song song.

Một số kết nối thực sự là không dây. đó là kết nối điện trường gần, và không phải là các kết nối vật lý được chụp trong máy đo.

[Chuyên môn trong hộp thư đến của bạn. Đăng ký nhận bản tin của Cuộc hội thoại và nhận chuyên gia về tin tức hôm nay, mỗi ngày.]

Nhóm nghiên cứu của tôi đã làm việc trong nhiều năm, chi tiết về nguồn gốc của các kết nối không dây này và đo lường sức mạnh lĩnh vực của họ. Một sự tương tự rất đơn giản về những gì đang diễn ra trong não là cách bộ định tuyến không dây hoạt động. Internet được gửi đến một bộ định tuyến thông qua kết nối có dây. Sau đó, bộ định tuyến sẽ gửi thông tin đến máy tính xách tay của bạn bằng các kết nối không dây. Toàn bộ hệ thống truyền thông tin hoạt động nhờ cả kết nối có dây và không dây.

Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu Điện trường bắt nguồn từ các hạt tích điện chảy vào và ra khỏi tế bào thần kinh tại các nút không được cách ly của Ranvier. ttsz / iStock qua Getty Images Plus

Trong trường hợp của não, các tế bào thần kinh dẫn các xung điện xuống các cánh tay dài như sợi chỉ gọi là sợi trục từ cơ thể tế bào đến các tế bào thần kinh khác. Trên đường đi, tín hiệu không dây được phát ra tự nhiên từ các phần không được cách ly của các tế bào thần kinh. Những điểm thiếu lớp cách điện bảo vệ bao bọc phần còn lại của sợi trục được gọi là nút Ranvier.

Các nút của Ranvier cho phép các ion tích điện khuếch tán vào và ra khỏi nơron, truyền tín hiệu điện xuống sợi trục. Khi các ion chảy vào và ra, điện trường được tạo ra. Cường độ và cấu trúc của các trường này phụ thuộc vào hoạt động của tế bào thần kinh.

Ở đây tại Trung tâm toàn cầu về mạng lưới thần kinh chúng tôi đang tập trung vào làm thế nào tín hiệu không dây hoạt động trong não để truyền đạt thông tin.

Thế giới phi tuyến của não

Các cuộc điều tra về cách các vùng não bị kích thích khớp với các chức năng nhận thức lại mắc một sai lầm khác khi họ dựa vào các giả định dẫn đến các mô hình quá đơn giản.

Các nhà nghiên cứu có xu hướng mô hình hóa mối quan hệ như tuyến tính với một biến duy nhất, đo kích thước trung bình của phản ứng của một vùng não. Đó là logic đằng sau thiết kế máy trợ thính đầu tiên - nếu giọng nói của một người phát ra to gấp đôi, tai sẽ phản hồi gấp đôi.

Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu Người dùng máy trợ thính biết rằng chỉ cần tăng gấp đôi đầu vào cảm giác là một sửa chữa thô sơ. AndreyPopov / iStock qua Getty Images Plus

Nhưng máy trợ thính đã được cải thiện rất nhiều trong những năm qua vì các nhà nghiên cứu đã hiểu rõ hơn rằng tai không phải là một hệ thống tuyến tính, và một hình thức nén phi tuyến là cần thiết để phù hợp với âm thanh phát ra với khả năng của người nghe. Trong thực tế, hầu hết các sinh vật sống không có hệ thống cảm biến phản ứng theo kiểu tuyến tính, một đối một với các kích thích.

Các mô hình tuyến tính giả định rằng nếu đầu vào của một hệ thống được nhân đôi, thì đầu ra của hệ thống đó cũng sẽ được nhân đôi. Điều này không đúng với các mô hình phi tuyến, trong đó nhiều giá trị đầu ra có thể tồn tại cho một giá trị đầu vào. Và hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý rằng tính toán thần kinh trong thực tế là phi tuyến.

Một câu hỏi quan trọng trong việc tìm hiểu mối liên hệ giữa bộ não và hành vi là làm thế nào bộ não quyết định hướng hành động tốt nhất trong số các lựa chọn thay thế cạnh tranh. Ví dụ, vỏ não trước của não đưa ra lựa chọn tối ưu bằng cách tính toán nhiều số lượng hoặc biến - tính toán mức chi trả tiềm năng, xác suất thành công và chi phí về thời gian và công sức. Vì hệ thống là phi tuyến, việc nhân đôi số tiền chi trả tiềm năng có thể đưa ra quyết định cuối cùng nhiều hơn gấp đôi khả năng.

Luồng thông tin qua não phức tạp và năng động hơn nhiều so với mô hình 2D có thể thể hiện đầy đủ.

Các mô hình tuyến tính bỏ lỡ nhiều khả năng phong phú có thể xảy ra trong chức năng não, đặc biệt là những khả năng vượt ra ngoài những gì cấu trúc giải phẫu sẽ gợi ý. Nó giống như sự khác biệt giữa đại diện 2D và 3D của thế giới xung quanh chúng ta.

Các mô hình tuyến tính hiện tại chỉ mô tả mức độ kích thích trung bình trong một vùng não hoặc dòng chảy trên bề mặt não. Đó là thông tin ít hơn nhiều so với các đồng nghiệp của tôi và tôi sử dụng khi xây dựng các mô hình phi tuyến của chúng tôi từ cả hình ảnh cộng hưởng từ chức năng nâng cao và dữ liệu sinh học gần trường điện. Các mô hình của chúng tôi cung cấp hình ảnh 3D về luồng thông tin trên các bề mặt của não và đến độ sâu bên trong nó - và giúp chúng tôi gần hơn để thể hiện cách thức hoạt động của tất cả.

Làm thế nào bộ não phức tạp hơn những gì đề nghị giải phẫu Một bộ não trông khỏe mạnh có thể có vấn đề chức năng. Thư viện ảnh khoa học qua Getty Images

Giải phẫu bình thường, rối loạn chức năng sinh lý

Nhóm nghiên cứu của tôi bị thu hút bởi thực tế là những người có cấu trúc não trông hoàn toàn bình thường vẫn có thể gặp vấn đề lớn về chức năng.

Là một phần của nghiên cứu về rối loạn chức năng thần kinh, chúng tôi đến thăm các cá nhân trong nhà tế bần, các nhóm hỗ trợ mất người thân, các cơ sở chăm sóc phục hồi chức năng, trung tâm chấn thương và bệnh viện chăm sóc cấp tính. Chúng tôi luôn giật mình khi nhận ra rằng những người mất người thân có thể biểu hiện các triệu chứng tương tự cho những bệnh nhân được chẩn đoán mắc bệnh Alzheimer.

Đau buồn là một chuỗi các phản ứng về cảm xúc, nhận thức, chức năng và hành vi đối với cái chết hoặc các loại mất mát khác. Đó không phải là một trạng thái, mà là một quá trình có thể là tạm thời hoặc đang diễn ra.

Những bộ não khỏe mạnh của những người đau khổ đau buồn sinh lý không có cùng các vấn đề về giải phẫu - bao gồm các vùng não bị thu hẹp và các kết nối bị gián đoạn giữa các mạng lưới thần kinh - được tìm thấy ở những người mắc bệnh Alzheimer.

Chúng tôi tin rằng đây chỉ là một ví dụ về cách các điểm nóng của não - những kết nối không phải là vật lý - cộng với sự phong phú của hoạt động phi tuyến của não có thể dẫn đến kết quả không thể dự đoán bằng quét não. Có khả năng nhiều ví dụ nữa.

Những ý tưởng này có thể chỉ ra cách giảm thiểu các tình trạng thần kinh nghiêm trọng thông qua các phương tiện không xâm lấn. Liệu pháp điều trị mất tập trung và các thiết bị điều trị thần kinh gần trường, không xâm lấn có thể làm giảm các triệu chứng liên quan đến mất người thân. Có lẽ các giao thức và thủ tục này nên được cung cấp rộng rãi hơn cho những bệnh nhân bị rối loạn chức năng thần kinh, nơi hình ảnh cho thấy những thay đổi về mặt giải phẫu. Nó có thể cứu một số cá nhân này khỏi các thủ tục phẫu thuật xâm lấn.

Vẽ sơ đồ tất cả các liên kết phi vật lý của não bằng những tiến bộ gần đây của chúng tôi trong lập bản đồ trường gần điện và sử dụng những gì chúng tôi tin là các mô hình phi tuyến nhiều biến thực tế về mặt sinh học, sẽ giúp chúng tôi tiến gần hơn đến nơi chúng tôi muốn đi. Hiểu rõ hơn về bộ não sẽ không chỉ làm giảm nhu cầu về các quy trình vận hành xâm lấn để điều chỉnh chức năng, mà còn dẫn đến các mô hình tốt hơn cho những gì bộ não làm tốt nhất: tính toán, bộ nhớ, phân phối thông tin và mạng.Conversation

Giới thiệu về Tác giả

Salvatore Domenic Morgera, Giáo sư Kỹ thuật Điện và Kỹ thuật Sinh học, Kỹ sư nổi tiếng Tau Beta Pi, Đại học South Florida

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.


Sách được đề xuất: Sức khỏe

Trái cây tươiLàm sạch trái cây tươi: Giải độc, giảm cân và phục hồi sức khỏe của bạn với thực phẩm ngon nhất tự nhiên [Bìa mềm] của Leanne Hall.
Giảm cân và cảm thấy khỏe mạnh đồng thời làm sạch cơ thể các độc tố. Trái cây tươi cung cấp tất cả mọi thứ bạn cần cho việc cai nghiện dễ dàng và mạnh mẽ, bao gồm các chương trình hàng ngày, công thức nấu ăn hấp dẫn và lời khuyên cho việc chuyển sang làm sạch.
Bấm vào đây để biết thêm thông tin và / hoặc đặt mua cuốn sách này trên Amazon.

Thực phẩm phát triển mạnhThực phẩm phát triển mạnh: Công thức làm từ thực vật 200 cho sức khỏe đỉnh cao [Bìa mềm] của Brendan Brazier.
Dựa trên triết lý dinh dưỡng giảm căng thẳng, tăng cường sức khỏe được giới thiệu trong hướng dẫn dinh dưỡng thuần chay nổi tiếng của ông Phát triển mạnh, chuyên gia ba môn phối hợp Ironman Brendan Brazier giờ chuyển sự chú ý của anh ấy sang đĩa ăn tối của bạn (bát ăn sáng và khay ăn trưa).
Bấm vào đây để biết thêm thông tin và / hoặc đặt mua cuốn sách này trên Amazon.

Cái chết của Y học bởi Gary NullCái chết của y học bởi Gary Null, Martin Feldman, Debora Rasio và Carolyn Dean
Môi trường y tế đã trở thành một mê cung của các ban giám đốc công ty, bệnh viện và chính phủ, được thâm nhập bởi các công ty dược phẩm. Các chất độc hại nhất thường được phê duyệt đầu tiên, trong khi các chất thay thế nhẹ hơn và tự nhiên hơn bị bỏ qua vì lý do tài chính. Đó là cái chết của y học.
Bấm vào đây để biết thêm thông tin và / hoặc đặt mua cuốn sách này trên Amazon.


enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

ĐỌC MOST

TỪ BÀI VIẾT

Bản tin của InsideSelf: Tháng 9 20, 2020
by Nhân viên nội tâm
Chủ đề của bản tin tuần này có thể tóm gọn lại là "bạn có thể làm được" hay cụ thể hơn là "chúng ta có thể làm được!". Đây là một cách khác để nói "bạn / chúng tôi có quyền tạo ra sự thay đổi". Hình ảnh của…
What Works For Me: "Tôi có thể làm được!"
by Marie T. Russell, Nội tâm
Lý do tôi chia sẻ "những gì hiệu quả với tôi" là nó cũng có thể hiệu quả với bạn. Nếu không chính xác như cách tôi làm, vì tất cả chúng ta đều là duy nhất, một số phương sai của thái độ hoặc phương pháp rất có thể là một cái gì đó…
Bản tin của InsideSelf: Tháng 9 6, 2020
by Nhân viên nội tâm
Chúng ta nhìn cuộc sống qua lăng kính nhận thức của mình. Stephen R. Covey đã viết: "Chúng ta nhìn thế giới, không phải như nó vốn có, mà là chúng ta ... hoặc là chúng ta có điều kiện nhìn thấy nó." Vì vậy, tuần này, chúng ta hãy xem xét một số…
Bản tin của InsideSelf: Tháng 8 30, 2020
by Nhân viên nội tâm
Những con đường chúng ta đang đi ngày nay vẫn cũ như xưa, nhưng vẫn mới đối với chúng ta. Những trải nghiệm chúng ta đang có vẫn cũ như thời đại, nhưng chúng cũng mới đối với chúng ta. Tương tự đối với…
Khi sự thật khủng khiếp đến mức đau lòng, hãy hành động
by Marie T. Russell, InsideSelf.com
Giữa tất cả những điều kinh hoàng đang diễn ra trong những ngày này, tôi được truyền cảm hứng bởi những tia hy vọng chiếu qua. Những người bình thường đứng lên cho những gì là đúng (và chống lại những gì là sai). Người chơi bóng chày,…