Quale scienza studia il cervello. Chi è responsabile della grammatica? Zone di abilità motorie del linguaggio

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La neurobiologia è una scienza che studia la struttura, il funzionamento, lo sviluppo, la genetica, la biochimica, la fisiologia e la patologia del sistema nervoso. Lo studio del comportamento è anche una branca delle neuroscienze.

All'estero, e negli ultimi 5-6 anni anche in Russia, il termine alternativo "neuroscienze" (neuroscienze) è sempre più utilizzato, principalmente a causa del fatto che la neurobiologia sta penetrando sempre più nei campi della psicologia e di altre scienze. Di conseguenza, sono emerse le neuroscienze applicate. Tuttavia, in Russia la maggior parte dei rappresentanti delle neuroscienze sono ancora laureati in facoltà biologiche.

Lo studio del cervello umano è una scienza interdisciplinare e coinvolge molti livelli di studio, dal livello molecolare a quello cellulare (singoli neuroni), dal livello di associazioni relativamente piccole di neuroni, a grandi sistemi come la corteccia cerebrale o il cervelletto, e al livello più alto, il sistema nervoso, in generale.

Gli argomenti nelle neuroscienze sono:

attività dei neurotrasmettitori nelle sinapsi;
come i geni contribuiscono allo sviluppo del sistema nervoso nel feto e per tutta la vita;
attività di strutture relativamente semplici del sistema nervoso;
struttura e funzionamento di circuiti neurali complessi - percezione, memoria, linguaggio.

cervello della rivoluzione

Marina Muravyova, STRF.ru

Per le scienze del XXI secolo, lo studio del cervello e della natura della mente giocherà lo stesso ruolo unificante che lo studio dei geni e dell'ereditarietà ha svolto per le scienze del secolo scorso. Le tecnologie neurocognitive sono il futuro, affermano molti noti scienziati. Tuttavia, la sesta rivoluzione tecnologica a cui sono associati si sta già avvicinando ...

La neurobiologia occuperà il posto principale tra le scienze del 21 ° secolo, ha affermato alla sessione scientifica MEPhI-2009 (26-30 gennaio, Mosca), capo del laboratorio di neurobiologia della memoria dell'Istituto di ricerca di fisiologia normale. pc. Anokhin dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche, Membro Corrispondente dell'Accademia Russa delle Scienze e dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche Konstantin Anokhin. Nella sua relazione, ha presentato una panoramica delle ricerche più importanti sul cervello.

L'ultimo decennio del secolo scorso è stato dichiarato dal Congresso degli Stati Uniti e dall'Unione Europea un decennio di ricerca sul cervello. La Kavli Foundation, che prende il nome dal fisico e industriale norvegese, ha istituito un premio che riconosce i risultati ottenuti in tre campi scientifici di primo piano: astrofisica, nanoscienze e scienze del cervello.

I rappresentanti del fondo ritengono che le più grandi scoperte del 21° secolo avranno luogo nelle aree scientifiche citate. Questo premio è in una certa misura paragonabile al Premio Nobel, sia per dimensioni (un milione di euro) che per importanza. I premi sono stati consegnati ai primi vincitori dal re norvegese nell'estate del 2008.

Il fisico tedesco Christoph Koch, uno dei massimi esperti nel campo delle neuroscienze della coscienza, una volta disse che viviamo in un periodo unico nella storia della scienza, quando le tecnologie stanno diventando una realtà che ci permettono di capire come l'attività della cervello oggettivo porta alla nascita di intelligenza soggettiva.

Per molto tempo il cervello è stato studiato come un organo ordinario e il modo in cui genera pensieri e regola il comportamento non è stato oggetto di ricerche serie. Ora questa direzione sta diventando la linea centrale per gli scienziati che lavorano in questo settore. Inoltre, qualsiasi studio dei processi cognitivi è considerato attraverso lo studio dei principi del cervello.

Non è un caso che le tecnologie neurocognitive vengano chiamate tecnologie del futuro. Capire come funziona il cervello porterà alla prossima rivoluzione scientifica e tecnologica, sostengono molti eminenti scienziati. E alcuni esperti associano a loro la sesta ondata di sviluppo tecnologico, che inizierà nel 2010 e terminerà nel 2060.

Le previsioni degli scienziati hanno costituito la base del noto rapporto sulle tecnologie convergenti NBIC, preparato diversi anni fa dalla US National Science Foundation e dal Dipartimento di Economia degli Stati Uniti. Il rapporto afferma che delle quattro aree (N - nano, B - bio, I - info e C - cogno), le tecnologie cognitive sono l'area meno matura, ma anche la più promettente: il loro sviluppo può avere le conseguenze più evidenti per la società nel complesso.

Nel 1998, prima della comparsa del rapporto americano, Mikhail Kovalchuk propose la propria ideologia di combinare le stesse quattro aree di conoscenza. Quindi la Russia in questa direzione non è in ritardo rispetto all'Occidente. Ora il Centro per le tecnologie convergenti è in fase di organizzazione presso l'Istituto Kurchatov da lui diretto, dove la ricerca cognitiva sarà sviluppata in stretta collaborazione con il lavoro nel campo della biologia cellulare e molecolare, della biotecnologia, della fisica, della chimica, delle nanotecnologie e dell'informazione.

Viviamo in un periodo unico nella storia della scienza, quando le tecnologie stanno diventando una realtà che ci permettono di capire come l'attività del cervello oggettivo porta all'emergere della mente soggettiva.

"Per le scienze del 21° secolo, lo studio del cervello e della mente svolgerà lo stesso ruolo unificante che lo studio dei geni e dell'ereditarietà ha svolto per le scienze del secolo scorso", ha sottolineato Konstantin Anokhin nel suo discorso. - La decifrazione del DNA ha collegato un gran numero di discipline: microbiologia, immunologia, biologia dello sviluppo, neuroscienze.

Si prevede che la ricerca sul cervello riunirà anche molte scienze, comprese le scienze sociali e sociali, e inoltre fungerà da fattore di cementazione per la creazione di nuove tecnologie.

Le aree di ricerca più promettenti nel campo dello studio del cervello, secondo Konstantin Anokhin, includono: la neurobiologia della memoria, la neurobiologia dell'intelligenza e la neurobiologia della coscienza. A proposito di memoria

Grandi progressi sono stati fatti nello studio dei processi di memoria. La scoperta del meccanismo mediante il quale le cellule sono in grado di ricordare a lungo le informazioni è diventata la base per lo sviluppo di vari metodi e farmaci utilizzati per regolare la memoria.

Invece di sostanze psicotrope che influenzano la trasmissione degli impulsi nervosi e in una certa misura sono in grado di modificare la percezione, le emozioni, il comportamento di una persona, gli scienziati hanno iniziato a creare farmaci nootropici che hanno un effetto selettivo sui meccanismi intracellulari di memorizzazione delle informazioni.

Pertanto, questi farmaci possono fungere da blandi modulatori dei processi di memoria. Molti scienziati sono dell'opinione che in futuro i farmaci che migliorano specificamente le proprietà della memoria saranno utilizzati non solo da pazienti con memoria compromessa, ma anche da persone di diverse fasce d'età con memoria indebolita.

"I principali neuroscienziati del mondo prevedono che in pochi anni le pillole per stimolare la memoria potrebbero rivelarsi familiari alle persone sane quanto le vitamine", ha affermato Konstantin Anokhin.

Nello sviluppo di farmaci nootropici, la Russia occupa una posizione di forza nel mondo. Così, nell'autunno del 2008, la droga domestica Dimebon è stata venduta a una società straniera per 750 milioni di dollari.

Un'altra direzione nella neurobiologia della memoria è associata allo sviluppo di neurochip impiantati nel cervello. Può sembrare fantascienza, ma sono già in corso ricerche serie. Ad esempio, il gruppo di Theodore Berger, un rinomato neuroscienziato della University of Southern California, sta costruendo un ippocampo elettronico per sostituirne uno danneggiato.

Come sapete, l'ippocampo è responsabile della conversione delle informazioni dalla memoria a breve termine alla memoria a lungo termine. Si presume che un tale microchip incorporato nel cervello sarà in grado di svolgere le stesse funzioni. Gli autori prevedono di impiantare il chip nel cervello di un ratto l'anno prossimo, in una scimmia tra due anni e in un cervello umano entro il 2015.

A proposito di intelligenza.

Gli scienziati coinvolti nelle neuroscienze dell'intelligenza presumono che il cervello sia più efficiente dei sistemi artificiali adattivi attualmente esistenti: secondo varie stime, di un milione o un miliardo di volte. È vero, secondo gli indicatori formali, il numero di calcoli eseguiti da un computer moderno si sta già avvicinando al numero di "calcoli" nel cervello.

Attualmente, gli scienziati stanno cercando di applicare i principi del sistema nervoso per il controllo adattivo nei dispositivi artificiali. Uno dei principali ricercatori in questo campo, l'americano Steve Potter, ha provato diversi anni fa a creare un'intelligenza neuroibrida. Ha realizzato un robot controllato non da un chipset e da un software, ma da diverse migliaia di neuroni prelevati dal cervello di un topo.

Per controllare il robot, Potter ha utilizzato substrati microelettronici sotto forma di piastre con un certo numero di elettrodi. Su ciascuno di questi substrati, ha coltivato una coltura di cellule nervose, da cui è stata ulteriormente formata una rete. Durante gli esperimenti, si è scoperto che nelle condizioni create, le colture cellulari mostrano le proprietà dell'auto-organizzazione.

"Potter è riuscito a garantire che queste culture vivessero per circa due anni", ha spiegato Konstantin Anokhin. - Ma tali dispositivi ibridi non possono sostituire completamente l'intelligenza artificiale. Pertanto, gli scienziati stanno cercando di determinare come funziona una vera rete neurale per simulare la sua attività in condizioni artificiali.

Uno dei leader in questa direzione è IBM. I suoi specialisti, insieme agli scienziati dell'Istituto del cervello e della mente del Politecnico superiore svizzero (Losanna), stanno conducendo ricerche sulla simulazione della corteccia cerebrale su un supercomputer.

Nel novembre 2008, l'azienda ha avviato un progetto per sviluppare nuovi principi informatici basati sui principi del sistema nervoso. Arrivando a questo livello di modellazione dell'intelligenza artificiale e creando l'ultima generazione di sistemi informatici, gli autori si affidano ai progressi delle neuroscienze e delle nanoscienze, nonché allo sviluppo dei supercomputer.

Il progetto IBM è posizionato come lo sviluppo di un'architettura informatica fondamentalmente nuova, che tra un anno o due sarà paragonabile nelle sue capacità all'intelligenza di un topo.

A proposito di coscienza.

La neurobiologia della coscienza è il compito più difficile e da grande maestro per gli scienziati, ha osservato Konstantin Anokhin. In termini pratici, l'obiettivo di tale ricerca è creare interfacce neurali dirette "cervello-macchina" e "cervello-computer".

Nel loro lavoro, gli scienziati fanno affidamento sul fenomeno della specializzazione delle cellule cerebrali, la cui essenza è che anche le cellule cerebrali adiacenti possono avere connessioni completamente diverse con gli aspetti cognitivi del comportamento.
Questo fenomeno è stato descritto dallo scienziato russo Vyacheslav Shvyrkov negli anni '70, e più tardi neurofisiologi e neurochirurghi americani guidati da William Frey lo dimostrarono sperimentalmente.

Nei pazienti affetti da epilessia, nei quali sono stati impiantati microelettrodi nel cervello a scopo terapeutico, è stato registrato il lavoro delle singole cellule nervose. Quando sono state mostrate centinaia di fotografie diverse, si è scoperto che nella regione anteriore dell'ipotalamo le cellule sono molto specializzate. Ad esempio, in un paziente, è stata osservata l'attivazione di un certo neurone al momento del riconoscimento dell'immagine dell'attrice Halle Berry.

Inoltre, alla paziente sono state mostrate foto di lei in vari vestiti, in vari ruoli, caricature e persino una cornice che aveva semplicemente la scritta "Hally Berry" sullo schermo del computer. Guardando le fotografie di qualcun altro, questo particolare neurone non ha risposto. Allo stesso tempo, il neurone accanto ad esso nello stesso paziente si è attivato solo in risposta all'immagine di Madre Teresa.

È impossibile utilizzare segnali di media per spiegare i principi dell'organizzazione della coscienza. Se gli scienziati potessero determinare in modo rapido ed efficiente la "specializzazione" delle cellule cerebrali e controllarle, avrebbero la chiave per lo studio dei processi soggettivi nella mente umana.

Tali studi, secondo Konstantin Anokhin, indicano che è impossibile utilizzare segnali di media per spiegare i principi dell'organizzazione della coscienza. Se gli scienziati potessero determinare in modo rapido ed efficiente la "specializzazione" delle cellule cerebrali e controllarle, avrebbero la chiave per lo studio dei processi soggettivi nella mente umana. "Tali tecnologie si stanno gradualmente sviluppando e il futuro è decisamente dietro di loro", ha osservato Anokhin.

L'esperimento del neuroscienziato americano Miguel Nicolelis è stato il più famoso nel campo dello sviluppo delle interfacce "cervello-macchina". Inserendo diversi elettrodi nel cervello della scimmia, lo scienziato ha ottenuto un'incredibile sincronizzazione del movimento della vera mano dell'animale e della sua controparte robotica. Non appena la scimmia gli ha stretto il giocattolo in mano, la mano del robot ha ripetuto esattamente il suo gesto.

Un elettrodo che svolge una funzione simile è stato impiantato nel cervello umano nel 2005. Lo ha fatto un gruppo di scienziati guidati da John Donahue, noto fisiologo della Brown University (USA) e fondatore della Cyberkinetics. A un paziente paralizzato dopo un ictus sono stati iniettati microelettrodi direttamente nel suo cervello, con l'aiuto dei quali un computer ha misurato gli impulsi elettrici del suo cervello e li ha convertiti in comandi per controllare il cursore.

Il paziente immaginava di muovere la mano destra o sinistra e il cursore sullo schermo del monitor si muoveva in una direzione o nell'altra. La funzionalità del dispositivo ha portato gli scienziati all'idea di provare a realizzare protesi meccaniche controllate dal cervello attraverso elettrodi impiantati in esso.

Ulteriori ricerche in questa direzione sono associate al raggiungimento di una maggiore precisione nella registrazione dell'attività delle cellule nervose. La soluzione di questo problema, a sua volta, dipende direttamente dallo sviluppo di nuove tecnologie, principalmente nel campo della nanotecnologia. In particolare, Konstantin Anokhin ha osservato che "si stanno sviluppando nanoelettrodi speciali che possono esistere nel sistema nervoso per diversi anni senza perdere l'efficienza del segnale".

, psicogenetica. Un'area importante delle neuroscienze cognitive è lo studio delle persone con disturbi mentali dovuti a danni cerebrali.

La connessione tra la struttura dei neuroni e le capacità cognitive è confermata da fatti come un aumento del numero e delle dimensioni delle sinapsi nel cervello dei ratti a seguito del loro addestramento, una diminuzione dell'efficienza della trasmissione di un impulso nervoso attraverso le sinapsi , osservato nelle persone affette dal morbo di Alzheimer.

Uno dei primi pensatori che sostenne che il pensiero ha luogo nel cervello fu Ippocrate. Nel diciannovesimo secolo, scienziati come Johann Peter Müller stavano tentando di studiare la struttura funzionale del cervello in termini di localizzazione delle funzioni mentali e comportamentali nelle regioni del cervello.

Tecniche e metodi

Tomografia

La struttura del cervello è studiata usando tomografia computerizzata , risonanza magnetica , angiografia. La tomografia computerizzata e l'angiografia hanno una risoluzione di imaging cerebrale inferiore rispetto alla risonanza magnetica.

Lo studio dell'attività delle zone cerebrali basato sull'analisi del metabolismo consente di eseguire la tomografia a emissione di positroni e la risonanza magnetica funzionale.

Tomografia ad emissione di positroni esegue scansioni per un aumento dell'assorbimento di glucosio nelle aree attive del cervello. L'intensità del consumo della forma radioattiva somministrata di glucosio è considerata un parametro di una maggiore attività delle cellule in una data area del cervello.
Risonanza magnetica funzionale esegue la scansione dell'intensità del consumo di ossigeno. L'ossigeno viene fissato portando le particelle dell'atomo di ossigeno in un forte campo magnetico in uno stato instabile. Il vantaggio di questo tipo di tomografia è una maggiore precisione temporale rispetto alla tomografia a emissione di positroni - la capacità di registrare cambiamenti la cui durata non supera alcuni secondi.

Elettroencefalogramma

Parti del cervello e attività mentale

proencefalo

La corteccia cerebrale svolge un ruolo importante nell'attività mentale. La corteccia cerebrale svolge la funzione di elaborare le informazioni ricevute attraverso i sensi, l'implementazione del pensiero e altre funzioni cognitive. La corteccia cerebrale consiste funzionalmente di tre zone: zone sensoriali, motorie e associative. La funzione della zona associativa è quella di collegare l'attività delle zone sensoriali e motorie. La zona associativa dovrebbe ricevere ed elaborare informazioni dalla zona sensoriale e avviare un comportamento significativo intenzionale. Il centro di Broca e l'area di Wernicke si trovano nelle aree associative della corteccia. La zona associativa dei lobi frontali della corteccia cerebrale dovrebbe essere responsabile del pensiero logico, dei giudizi e delle inferenze effettuate da una persona.

Lobo frontale della corteccia cerebrale- pianificazione, controllo ed esecuzione dei movimenti (area motoria (motoria) della corteccia cerebrale - giro precentrale), parola, pensiero astratto, giudizio.

stimolazione artificiale area motoria della corteccia cerebrale provoca il movimento della corrispondente parte del corpo. Controllo del movimento di una parte del corpo controlaterale alla corrispondente area della corteccia motoria responsabile del movimento di questa parte del corpo. Le parti superiori del corpo sono controllate dalle parti più sottostanti della corteccia motoria.

Lobo parietale della corteccia cerebrale- funzioni somatosensoriali. IN giro postcentrale terminano le vie afferenti della sensibilità superficiale e profonda. Lo sviluppo delle funzioni motorie e sensoriali della corteccia cerebrale ha determinato un'ampia area di quelle zone che corrispondono alle parti del corpo più significative nel comportamento e nella ricezione di informazioni dal mondo esterno. La stimolazione elettrica del giro postcentrale provoca un senso del tatto nella parte corrispondente del corpo.

Lobo occipitale della corteccia cerebrale- funzione visiva. Le fibre attraverso le quali le informazioni visive entrano nella corteccia cerebrale sono dirette sia controlateralmente che omolateralmente (chiasma ottico).

Lobo temporale della corteccia cerebrale- funzione uditiva,

mesencefalo

Collegamenti

Fondazione Wikimedia. 2010 .

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COSA SA LA SCIENZA DEL CERVELLO

Due scoperte nella ricerca sul cervello umano

In effetti, la prima svolta nella conoscenza del cervello umano è stata associata all'uso del metodo degli elettrodi impiantati a lungo e breve termine per la diagnosi e il trattamento dei pazienti. Allo stesso tempo, gli scienziati hanno iniziato a capire come funziona un singolo neurone, come le informazioni vengono trasmesse dal neurone a al neurone y e lungo il nervo. L'accademico N. P. Bekhtereva e i suoi colleghi sono stati i primi a lavorare nel nostro paese in condizioni di contatto diretto con il cervello umano.

Pertanto, sono stati ottenuti dati sulla vita delle singole aree del cervello, sul rapporto tra le sue sezioni più importanti: la corteccia e la sottocorteccia e molte altre. Tuttavia, il cervello è costituito da decine di miliardi di neuroni e con l'aiuto di elettrodi è possibile osservare solo dozzine, e anche allora, non quelle cellule necessarie per la ricerca, ma quelle che si trovano accanto all'elettrodo terapeutico, spesso cadere nel campo visivo dei ricercatori.

Nel frattempo, il mondo stava subendo una rivoluzione tecnologica. Nuove capacità computazionali hanno permesso di portare a un nuovo livello lo studio delle funzioni cerebrali superiori utilizzando l'elettroencefalografia e i potenziali evocati. Sono emersi anche nuovi metodi per "guardare dentro" il cervello: la magnetoencefalografia, la risonanza magnetica funzionale e la tomografia a emissione di positroni. Tutto ciò ha creato le basi per una nuova svolta. È successo davvero a metà degli anni Ottanta.

In questo momento, l'interesse scientifico e la possibilità della sua soddisfazione coincidevano. Apparentemente, quindi, il Congresso degli Stati Uniti ha dichiarato gli anni Novanta un decennio di studio del cervello umano. Questa iniziativa è diventata rapidamente internazionale. Centinaia dei migliori laboratori di tutto il mondo stanno ora lavorando allo studio del cervello umano.

Devo dire che a quel tempo nelle nostre alte sfere di potere c'erano molte persone intelligenti che sostenevano lo stato. Pertanto, nel nostro paese, hanno compreso la necessità di studiare il cervello umano e hanno suggerito che, sulla base di un team creato e guidato dall'accademico Bekhtereva, organizzo un centro scientifico per la ricerca sul cervello: l'Istituto del cervello umano del russo Accademia delle Scienze.

L'attività principale dell'istituto è la ricerca fondamentale sull'organizzazione del cervello umano e le sue complesse funzioni mentali: parola, emozioni, attenzione, memoria. Ma non solo. Allo stesso tempo, gli scienziati dovrebbero cercare metodi per trattare quei pazienti in cui queste importanti funzioni sono compromesse. La combinazione di ricerca fondamentale e lavoro pratico con i pazienti era uno dei principi di base dell'istituto, sviluppato dal suo direttore scientifico Natalya Petrovna Bekhtereva.

È inaccettabile sperimentare sugli esseri umani. Pertanto, la maggior parte delle ricerche sul cervello viene effettuata sugli animali. Tuttavia, ci sono fenomeni che possono essere studiati solo negli esseri umani. Ad esempio, ora un giovane impiegato del mio laboratorio sta difendendo la sua tesi sull'elaborazione del linguaggio, la sua ortografia e sintassi in varie strutture cerebrali. Concordo sul fatto che è difficile studiare su un topo. L'istituto è specificamente focalizzato sulla ricerca di ciò che non può essere studiato negli animali. Conduciamo ricerche psicofisiologiche su volontari utilizzando la cosiddetta tecnica non invasiva, senza "entrare" nel cervello e senza causare particolari disagi a una persona. È così che vengono eseguiti, ad esempio, esami tomografici o mappature cerebrali mediante elettroencefalografia.

Ma succede che una malattia o un incidente "avvii un esperimento" sul cervello umano - ad esempio, il linguaggio o la memoria del paziente sono disturbati. In questa situazione, è possibile e necessario esaminare quelle aree del cervello il cui lavoro è compromesso. Oppure, al contrario, un pezzo di cervello viene perso o danneggiato nel paziente e agli scienziati viene data l'opportunità di studiare quali "doveri" il cervello non può svolgere con una tale violazione.

Ma semplicemente osservare tali pazienti è, per dirla in parole povere, immorale, e il nostro istituto non solo esamina i pazienti con varie lesioni cerebrali, ma li aiuta anche, anche con l'aiuto degli ultimi metodi di trattamento sviluppati dai nostri dipendenti. A tale scopo, l'istituto dispone di una clinica con 160 posti letto. Due compiti - ricerca e trattamento - sono indissolubilmente legati nel lavoro dei nostri dipendenti.

Abbiamo ottimi medici e infermieri altamente qualificati. È impossibile senza questo: dopotutto, siamo in prima linea nella scienza e sono necessarie le più alte qualifiche per implementare nuovi metodi. Quasi tutti i laboratori dell'istituto sono chiusi ai reparti della clinica, e questa è la chiave per il continuo emergere di nuovi approcci. Oltre ai metodi di trattamento standard, eseguiamo il trattamento chirurgico dell'epilessia e del parkinsonismo, le operazioni psicochirurgiche, il trattamento del tessuto cerebrale con stimolazione magnetica, il trattamento dell'afasia con stimolazione elettrica e molto altro. I pazienti gravi giacciono nella clinica e talvolta è possibile aiutarli in casi considerati senza speranza. Naturalmente, questo non è sempre possibile. In generale, quando si sentono garanzie illimitate nel trattamento delle persone, ciò solleva seri dubbi.

È possibile "rieducare" le cellule nervose?

Una delle direzioni più moderne nel lavoro dell'istituto è la stereotassi. Questa è una tecnologia medica che offre la possibilità di un accesso poco traumatico, parsimonioso e mirato alle strutture profonde del cervello e un impatto dosato su di esse. Questa è la neurochirurgia del futuro. Invece di interventi neurochirurgici "aperti", quando viene eseguita una grande trapanazione per raggiungere il cervello, vengono offerti effetti poco traumatici e parsimoniosi sul cervello.

Nei paesi sviluppati, principalmente negli Stati Uniti, la stereotassi clinica ha preso il suo legittimo posto nella neurochirurgia. Circa 300 neurochirurghi, membri dell'American Stereotaxic Society, lavorano oggi in questo settore negli Stati Uniti. La base della stereotassi è la matematica e gli strumenti di precisione che forniscono un'immersione mirata nel cervello di strumenti raffinati. Ti permettono di "guardare" nel cervello di una persona vivente. In questo caso vengono utilizzate la tomografia a emissione di positroni, la risonanza magnetica e la tomografia a raggi X computerizzata. "La stereotassi è una misura della maturità metodologica della neurochirurgia" - l'opinione del defunto neurochirurgo L. V. Abrakov. Per il metodo di trattamento stereotassico, è molto importante conoscere il ruolo dei singoli "punti" nel cervello umano, comprendere la loro interazione, sapere dove e cosa esattamente deve essere cambiato nel cervello per curare una particolare malattia.

L'istituto dispone di un laboratorio di metodi stereotassici, diretto da A. D. Anichkov, dottore in scienze mediche, vincitore del Premio di Stato dell'URSS. In sostanza, questo è il principale centro stereotassico in Russia. Qui è nata la direzione più moderna: la stereotassi informatica con software e supporto matematico, che viene eseguita su un computer elettronico. Prima dei nostri sviluppi, i calcoli stereotassici venivano eseguiti manualmente dai neurochirurghi durante gli interventi chirurgici, ma ora abbiamo sviluppato dozzine di dispositivi stereotassici; alcuni sono stati clinicamente testati e sono in grado di risolvere i problemi più complessi. Insieme ai colleghi dell'Istituto centrale di ricerca "Elektropribor" è stato creato un sistema stereotassico computerizzato e per la prima volta in Russia viene prodotto in serie, che supera modelli stranieri simili in una serie di indicatori chiave. Come ha affermato un autore ignoto, "finalmente, i timidi raggi della civiltà hanno illuminato le nostre oscure caverne".

Nel nostro istituto, la stereotassi viene utilizzata nel trattamento di pazienti affetti da disturbi motori (parkinsonismo, morbo di Parkinson, corea di Huntington e altri), epilessia, dolore incontrollabile (in particolare, sindrome del dolore fantasma) e alcuni disturbi mentali. Inoltre, la stereotassi viene utilizzata per chiarire la diagnosi e il trattamento di alcuni tumori cerebrali, per trattare ematomi, ascessi e cisti cerebrali. Gli interventi stereotassici (come tutti gli altri interventi neurochirurgici) vengono offerti al paziente solo se tutte le possibilità di trattamento farmacologico sono state esaurite e la malattia stessa minaccia la salute del paziente o lo disabilita, lo rende asociale. Tutte le operazioni vengono eseguite solo con il consenso del paziente e dei suoi parenti, dopo aver consultato specialisti in vari campi.

Esistono due tipi di stereotassi. Il primo, non funzionale, viene utilizzato quando c'è una sorta di lesione organica nelle profondità del cervello, come un tumore. Se viene rimosso utilizzando la tecnologia convenzionale, dovrà influenzare le strutture sane del cervello che svolgono funzioni importanti e il paziente potrebbe essere danneggiato accidentalmente, a volte anche incompatibile con la vita. Supponiamo che il tumore sia chiaramente visibile con l'aiuto della risonanza magnetica e dei tomografi a emissione di positroni. Quindi puoi calcolare le sue coordinate e introdurre sostanze radioattive usando una sonda sottile poco traumatica, che brucerà il tumore e si disintegrerà in breve tempo. Il danno durante il passaggio attraverso il tessuto cerebrale è minimo e il tumore verrà distrutto. Abbiamo già eseguito diverse operazioni di questo tipo, gli ex pazienti sono ancora in vita, sebbene con i metodi tradizionali di trattamento non avessero speranza.

L'essenza di questo metodo è che eliminiamo il "difetto" che vediamo chiaramente. Il compito principale è decidere come arrivarci, quale percorso scegliere per non toccare zone importanti, quale metodo scegliere per eliminare il "difetto".

La situazione è fondamentalmente diversa con la stereotassi "funzionale", che viene utilizzata anche nel trattamento della malattia mentale. La causa della malattia è spesso che un piccolo gruppo di cellule nervose o diversi di questi gruppi non funzionano correttamente. O non rilasciano le sostanze necessarie o ne rilasciano troppe. Le cellule possono essere patologicamente eccitate e quindi stimolare l'attività "cattiva" di altre cellule sane. Queste cellule "perdute" devono essere ritrovate e distrutte, isolate o "rieducate" con l'aiuto della stimolazione elettrica. In una situazione del genere, è impossibile "vedere" l'area interessata. Dobbiamo calcolarlo in modo puramente teorico, poiché gli astronomi hanno calcolato l'orbita di Nettuno.

È qui che la conoscenza fondamentale dei principi del cervello, dell'interazione delle sue parti, del ruolo funzionale di ciascuna parte del cervello è particolarmente importante per noi. Usiamo i risultati della neurologia stereotassica, una nuova direzione sviluppata presso l'istituto dal defunto professore V. M. Smirnov. La neurologia stereotassica è "il livello più alto", ma è su questa strada che si dovrebbe cercare la possibilità di curare molte malattie gravi, comprese quelle mentali.

I risultati della nostra ricerca e i dati di altri laboratori indicano che praticamente qualsiasi attività mentale, anche molto complessa, del cervello è fornita da un sistema distribuito nello spazio e variabile nel tempo, costituito da collegamenti di vari gradi di rigidità. È chiaro che è molto difficile interferire nel funzionamento di un tale sistema. Tuttavia, ora sappiamo come fare: ad esempio, possiamo creare un nuovo centro del linguaggio in sostituzione di quello distrutto durante un infortunio.

In questo caso si verifica una sorta di "rieducazione" delle cellule nervose. Il fatto è che ci sono cellule nervose pronte per il loro lavoro dalla nascita, ma ce ne sono altre che vengono "istruite" nel processo di sviluppo umano. Imparando a svolgere alcuni compiti, ne dimenticano altri, ma non per sempre. Pur avendo superato la "specializzazione", sono, in linea di principio, in grado di assumersi lo svolgimento di altri compiti, possono lavorare in modo diverso. Pertanto, puoi provare a costringerli a subentrare nel lavoro delle cellule nervose perse, per sostituirle.

I neuroni del cervello funzionano come la squadra di una nave: uno è bravo a navigare sulla nave, l'altro è bravo a sparare, il terzo è a cucinare. Ma anche a una freccia si può insegnare a cucinare il borscht e alla coca si può insegnare a puntare una pistola. Devi solo spiegare loro come si fa. In linea di principio, questo è un meccanismo naturale: se si verifica una lesione cerebrale in un bambino, le sue cellule nervose "riaprendono" spontaneamente. Negli adulti, per la "riqualificazione" delle cellule, devono essere utilizzati metodi speciali.

Questo è ciò che stanno facendo i ricercatori: stanno cercando di stimolare alcune cellule nervose a svolgere il lavoro di altre che non possono più essere ripristinate. Buoni risultati sono già stati ottenuti in questa direzione: ad esempio, ad alcuni pazienti con compromissione dell'area di Broca, responsabile della formazione della parola, è stato insegnato a parlare di nuovo.

Un altro esempio è l'effetto terapeutico delle operazioni psicochirurgiche volte a "spegnere" le strutture dell'area cerebrale chiamata sistema limbico. In varie malattie in diverse aree del cervello, si verifica un flusso di impulsi patologici che circolano lungo le vie nervose. Questi impulsi compaiono come risultato di una maggiore attività delle aree cerebrali e questo meccanismo porta a una serie di malattie croniche del sistema nervoso, come il parkinsonismo, l'epilessia e i disturbi ossessivo-compulsivi. Le vie lungo le quali passa la circolazione degli impulsi patologici devono essere trovate e "spegnete" il più parsimoniosamente possibile.

Negli ultimi anni sono state eseguite molte centinaia (soprattutto negli USA) di interventi psicochirurgici stereotassici per il trattamento di pazienti affetti da alcuni disturbi mentali (in primis disturbi ossessivo-compulsivi), per i quali i metodi di cura non chirurgici si sono rivelati inefficaci . Secondo alcuni narcologi, anche la tossicodipendenza può essere considerata una sorta di questo tipo di disturbo, pertanto, in caso di inefficacia del trattamento farmacologico, può essere raccomandato l'intervento stereotassico.

Rilevatore di errori

Una direzione molto importante del lavoro dell'Istituto è lo studio delle funzioni superiori del cervello: attenzione, memoria, pensiero, parola ed emozioni. Diversi laboratori si stanno occupando di questi problemi, compreso quello da me diretto, il laboratorio dell'accademico N. P. Bekhtereva e il laboratorio del dottore in biologia Yu D. Kropotov.

Le funzioni del cervello inerenti solo all'uomo vengono studiate utilizzando vari approcci: viene utilizzato un elettroencefalogramma "normale", ma a un nuovo livello di mappatura del cervello, lo studio dei potenziali evocati, la registrazione di questi processi insieme all'attività impulsiva dei neuroni a diretto contatto con il tessuto cerebrale - per questo vengono utilizzati elettrodi impiantati e la tecnica della tomografia a emissione di positroni.

Il lavoro dell'accademico N. P. Bekhtereva in quest'area è stato ampiamente trattato dalla stampa scientifica e divulgativa. Ha iniziato uno studio sistematico dei processi mentali nel cervello anche quando la maggior parte degli scienziati lo considerava quasi inconoscibile, una questione di un lontano futuro. È positivo che almeno nella scienza la verità non dipenda dalla posizione della maggioranza. Molti di coloro che negavano la possibilità di tali studi ora li considerano una priorità.

Nell'ambito di questo articolo, possiamo solo menzionare i risultati più interessanti, ad esempio il rilevatore di errori. Ognuno di noi ha sperimentato il suo lavoro. Immagina di essere uscito di casa e già per strada una strana sensazione inizia a tormentarti: qualcosa non va. Stai tornando... lo sei, hai dimenticato di spegnere la luce in bagno. Cioè, hai dimenticato di eseguire la solita azione stereotipata: premere l'interruttore e questa omissione ha attivato automaticamente il meccanismo di controllo nel cervello. Questo meccanismo è stato scoperto a metà degli anni Sessanta da N. P. Bekhtereva e dai suoi collaboratori. Nonostante i risultati siano stati pubblicati su riviste scientifiche, anche straniere, ora vengono "riscoperti" in Occidente da persone che conoscono il lavoro dei nostri scienziati, ma non disdegnano di prenderli in prestito direttamente da loro. La scomparsa di un grande potere ha anche portato al fatto che ci sono più casi di plagio diretto nella scienza.

Chi è responsabile della grammatica?

Un'area di lavoro molto importante è la cosiddetta micromappatura del cervello. Nella nostra ricerca congiunta sono stati scoperti anche meccanismi come il rilevatore di correttezza grammaticale di una frase significativa. Ad esempio, "nastro azzurro" e "nastro azzurro". Il significato è chiaro in entrambi i casi. Ma c'è un "piccolo ma fiero" gruppo di neuroni che "si gonfia" quando la grammatica viene interrotta e lo segnala al cervello. Perché è necessario? È probabile che la comprensione del discorso avvenga spesso prima di tutto attraverso l'analisi della grammatica (ricorda il "cupo kuzdra" dell'accademico Shcherba). Se qualcosa non va nella grammatica, arriva un segnale: è necessario eseguire ulteriori analisi.

Trovato microaree del cervello, che sono responsabili del conto, per la distinzione tra parole concrete e astratte. Vengono mostrate le differenze nel lavoro dei neuroni nella percezione della parola della lingua madre (coppa), della quasi-parola della lingua madre (chokhna) e della parola di una lingua straniera (vaht - tempo in azero).

I neuroni della corteccia e le strutture profonde del cervello sono coinvolti in questa attività in modi diversi. Nelle strutture profonde si osserva principalmente un aumento della frequenza delle scariche elettriche, che non è molto "legato" a nessuna zona particolare. Questi neuroni sono come tutti
problema risolto da tutto il mondo. Quadro completamente diverso nella corteccia cerebrale. Un neurone sembra dire: "Dai, ragazzi, state zitti, sono affari miei e lo farò da solo". E infatti, per tutti i neuroni, tranne alcuni, la frequenza degli impulsi diminuisce, mentre per gli "eletti" aumenta.

Grazie alla tecnica della tomografia ad emissione di positroni (o PET in breve), è stato possibile studiare in dettaglio simultaneamente tutte le aree del cervello responsabili di complesse funzioni "umane". L'essenza del metodo è che una piccola quantità di un isotopo viene introdotta in una sostanza coinvolta nelle trasformazioni chimiche all'interno delle cellule cerebrali, e quindi osserviamo come cambia la distribuzione di questa sostanza nella regione del cervello che ci interessa. Se il flusso di glucosio con un'etichetta radioattiva aumenta in quest'area, significa che il metabolismo è aumentato, il che indica un aumento del lavoro delle cellule nervose in questa parte del cervello.

Ora immagina che una persona stia svolgendo una sorta di compito complesso che gli richiede di conoscere le regole dell'ortografia o del pensiero logico. Allo stesso tempo, le sue cellule nervose lavorano più attivamente nell'area del cervello che è "responsabile" di queste abilità. Il rafforzamento del lavoro delle cellule nervose può essere registrato utilizzando la PET aumentando il flusso sanguigno nella zona attivata. Pertanto, è stato possibile determinare quali aree del cervello sono "responsabili" della sintassi, dell'ortografia, del significato del discorso e della risoluzione di altri problemi. Ad esempio, sono note zone che si attivano alla presentazione di parole, indipendentemente dal fatto che debbano essere lette o meno. Ci sono anche zone che si attivano per "non fare nulla" quando, ad esempio, una persona ascolta una storia, ma non la sente, seguendo qualcos'altro.

Cos'è l'attenzione?

È altrettanto importante capire come "funziona" l'attenzione in una persona. Sia il mio laboratorio che il laboratorio di Yu.D. Kropotov si occupano di questo problema nel nostro istituto. La ricerca è condotta in collaborazione con un team di scienziati guidati dal professore finlandese R. Naatanen, che ha scoperto il cosiddetto meccanismo dell'attenzione involontaria. Per capire qual è la posta in gioco, immagina la situazione: un cacciatore si intrufola nella foresta, inseguendo la preda. Ma lui stesso è preda di una bestia predatrice, di cui non si accorge, perché è sintonizzato solo per cercare un cervo o una lepre. E all'improvviso uno scoppiettio casuale tra i cespugli, forse poco percettibile sullo sfondo del cinguettio degli uccelli e del rumore di un ruscello, distoglie istantaneamente la sua attenzione, dà un segnale: "Il pericolo è vicino". Il meccanismo dell'attenzione involontaria si è formato nell'uomo in tempi antichi come meccanismo di sicurezza, ma funziona ancora: ad esempio, un guidatore guida un'auto, ascolta la radio, sente le grida dei bambini che giocano per strada, percepisce tutti i suoni del mondo che lo circonda, la sua attenzione è distratta e improvvisamente il battito del motore si calma immediatamente spostando la sua attenzione sull'auto - si rende conto che c'è qualcosa che non va nel motore (a proposito, questo fenomeno è simile a un errore rivelatore).

Questo cambio di attenzione funziona per ogni persona. Abbiamo trovato zone che vengono attivate sul PET durante il funzionamento di questo meccanismo e Yu D. Kropotov lo ha studiato utilizzando il metodo degli elettrodi impiantati. A volte nel lavoro scientifico più difficile ci sono episodi divertenti. Così è stato quando abbiamo finito in fretta e furia questo lavoro prima di un simposio molto importante e prestigioso. Yu. D. Kropotov ed io siamo andati al simposio per fare presentazioni, e solo lì, con sorpresa e "un sentimento di profonda soddisfazione", abbiamo scoperto inaspettatamente che l'attivazione dei neuroni avviene nelle stesse zone. Sì, a volte i due seduti uno accanto all'altro hanno bisogno di andare in un altro paese per parlare.

Se i meccanismi dell'attenzione involontaria vengono violati, allora possiamo parlare di una malattia. Il laboratorio di Kropotov studia i bambini con il cosiddetto disturbo da deficit di attenzione e iperattività. Si tratta di bambini difficili, più spesso ragazzi, che non riescono a concentrarsi sulla lezione, spesso vengono rimproverati a casa ea scuola, ma in realtà hanno bisogno di essere curati, perché hanno alcuni meccanismi cerebrali che sono interrotti. Fino a poco tempo fa, questo fenomeno non era considerato una malattia e i metodi "di potere" erano considerati il miglior metodo per affrontarlo. Ora possiamo non solo definire questa malattia, ma anche offrire metodi per trattare i bambini con deficit di attenzione.

Tuttavia, voglio turbare alcuni giovani lettori. Non tutti gli scherzi sono associati a questa malattia, e quindi ... i metodi di "potere" sono giustificati.

Oltre all'attenzione involontaria, esiste anche l'attenzione selettiva. Questa è la cosiddetta "attenzione alla reception", quando tutti intorno parlano contemporaneamente, e tu segui solo l'interlocutore, senza prestare attenzione alle chiacchiere poco interessanti del tuo vicino di destra. Durante l'esperimento, al soggetto vengono raccontate storie: in un orecchio - uno, nell'altro - l'altro. Seguiamo la reazione alla storia nell'orecchio destro, poi in quello sinistro e vediamo sullo schermo come cambia radicalmente l'attivazione delle regioni cerebrali. Allo stesso tempo, l'attivazione delle cellule nervose per storia nell'orecchio destro è molto inferiore, perché la maggior parte delle persone prende il ricevitore del telefono con la mano destra e lo applica all'orecchio destro. È più facile per loro seguire la storia nell'orecchio destro, hanno bisogno di sforzarsi di meno, il cervello è meno eccitato.

Penso, quindi esisto!

Per molti anni, gli scrittori di fantascienza hanno scritto di dispositivi in miniatura che vengono impiantati nel cervello e consentono a una persona di controllare dispositivi e macchine con l'aiuto dei pensieri. Impossibile, dici? Non risulta affatto. Almeno la prima versione di tali dispositivi è già stata creata e persino approvata per studi clinici.

Stiamo parlando di un chip creato dalla società del Massachusetts Cyberkinetics. È una piccola piastra con elettrodi che viene impiantata nel lobo frontale del cervello umano e trasforma gli impulsi nervosi in segnali elettrici che vengono trasmessi a un personal computer. Con l'aiuto di questo chip, una persona può, ad esempio, lavorare al computer (spostare il cursore e "fare clic" su determinati elementi dell'interfaccia) e, con una piccola modifica, persino controllare complessi dispositivi elettromeccanici, in particolare protesi. Si prevede che verrà utilizzato per migliorare la qualità della vita delle persone con paralisi cerebrale o altre malattie accompagnate da compromissione della trasmissione neuromuscolare.

Ora "Cyberkinetics" si prepara ad iniziare gli studi clinici, che coinvolgeranno sei pazienti. Sono già state ricevute le opportune approvazioni dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense. Resta solo da sperare che i test finiscano con successo.

E parli ancora di "comprensione reciproca"? ;)

È improbabile che qualcuno possa discutere con l'affermazione che donne e uomini risolvono gli stessi problemi in modi diversi. E si scopre che ciò è spiegato non solo dalle peculiarità della psicologia maschile e femminile, ma anche da alcune differenze nella struttura del cervello.

Studiando le caratteristiche strutturali del cervello di persone diverse, gli scienziati dell'Università della California hanno scoperto che uomini e donne, anche con le stesse capacità intellettuali, hanno una netta differenza nel rapporto tra materia grigia e bianca in alcune aree del cervello. Quindi, si è scoperto che nei "centri intellettuali" (aree responsabili dell'analisi logica e dell'elaborazione delle informazioni astratte) del cervello degli uomini c'è circa sei volte più materia grigia che nelle donne. Ma le donne in queste stesse aree contengono nove volte più materia bianca degli uomini. Dato che la materia grigia è prevalentemente il corpo delle cellule nervose, cioè gli "elementi strutturali" del cervello che forniscono l'effettiva elaborazione delle informazioni, e la materia bianca sono i processi dei neuroni che trasmettono le informazioni, il quadro diventa piuttosto interessante . Dai dati ottenuti dai ricercatori, si può concludere che il cervello femminile e quello maschile hanno una fisiologia fondamentalmente diversa: utilizzano "principi di base" diversi per l'elaborazione e l'analisi dei segnali provenienti dall'esterno e reagiscono anche in modo diverso agli stimoli corrispondenti alla soluzione di problemi astratti.

I ricercatori hanno identificato alcune altre differenze tra il cervello maschile e quello femminile che spiegano le principali caratteristiche del comportamento dei rappresentanti di sessi diversi. Quindi, si è scoperto che quando si risolvono problemi logici nelle donne, vengono attivate principalmente zone corticali situate nel lobo frontale del cervello, dove si trovano i centri di controllo dei movimenti, delle emozioni e della parola. Secondo gli esperti, questo spiega l'elevata emotività delle donne, nonché il loro tratto caratteristico: la tendenza a prendere decisioni non logiche, ma "sensuali-emotive". Ma negli uomini, i centri logici sono strettamente associati principalmente alle zone responsabili dell'elaborazione degli stimoli esterni. Ecco perché, secondo gli scienziati, gli uomini tendono a soppesare più attentamente tutti i fattori ea prendere decisioni logiche fondate.

“Non vogliamo in alcun modo affermare che le donne abbiano capacità intellettive inferiori rispetto agli uomini, o viceversa”, ha commentato sui risultati uno degli autori di questo studio, il professore di psicologia Richard Heyer, “ma resta il fatto che la struttura del cervello maschile è fondamentalmente diverso sulla struttura del cervello di una donna... E anche se un uomo e una donna risolvono i compiti loro assegnati in modo altrettanto efficace, usano algoritmi fondamentalmente diversi.

Un tale esperimento dà risultati interessanti. Al soggetto vengono raccontate contemporaneamente due storie diverse: una nell'orecchio sinistro, l'altra in quello destro. La foto 1 mostra diverse proiezioni del cervello: le frecce segnano le zone attivate quando l'attenzione è focalizzata sulla storia raccontata nell'orecchio sinistro. L'attenzione del soggetto è "passata" alla "storia nell'orecchio destro" (foto 2). Si può vedere che fissare l'attenzione sulla "storia nell'orecchio destro" richiede molta meno attività cerebrale. Ciò è dovuto al fatto che la maggior parte delle persone è destrorsa: di solito prendono il ricevitore con la mano destra e lo mettono all'orecchio destro.
ZONE DI ELABORAZIONE DEL COLORE PRIMARIO

ZONE COINVOLTE NELL'ELABORAZIONE DELLA STRUTTURA SINTASSICA DELLE FRASI

ZONA DI ELABORAZIONE ORTOGRAFICA DELLE PAROLE

AREA COINVOLTA NELL'ELABORAZIONE CONSAPEVOLE ED INVOLONTARIA DEL SIGNIFICATO DELLE PAROLE

AREE CHE SI SOSPETTA REGOLANO LA SOPPRESSIONE DELL'ELABORAZIONE DI CARATTERISTICHE VOCALI IN UN PROBLEMA DI ELABORAZIONE DI CARATTERISTICHE FISICHE DI PAROLE, AD ESEMPIO COLORE

L'umanità ha iniziato a esplorare il cervello ea pensare al suo scopo molto prima dell'avvento della scienza nella sua forma moderna. I reperti archeologici affermano che nel 3000-2000 aC le persone praticavano già attivamente la craniotomia, apparentemente come un modo per prevenire mal di testa, epilessia e disturbi mentali. Gli antichi medici e anatomisti greci Erofilo ed Erasistrato non solo chiamavano il cervello il centro del sistema nervoso, ma credevano anche che l'intelligenza "originasse" nel cervelletto. Nel Medioevo, il chirurgo italiano Mondino de Luzzi suggerì che il cervello fosse costituito da tre sezioni - o "vescicole": quella anteriore è responsabile dei sentimenti, quella centrale dell'immaginazione e quella posteriore immagazzina i ricordi.

Non solo gli scienziati hanno contribuito a questo processo. Nel 1848, il costruttore americano Phineas Gage, mentre lavorava alla posa della ferrovia, subì un terribile infortunio: un perno di metallo gli entrò nel cranio sotto l'orbita dell'occhio, uscendo al confine delle ossa frontali e parietali. Tuttavia, l'uomo ha vissuto relativamente bene per più di dieci anni. È vero, i conoscenti hanno affermato che a seguito dell'incidente era cambiato, ad esempio sembrava essere diventato più irascibile. E sebbene ci siano molti punti vuoti in questa storia, un tempo ha causato un'accesa discussione sulle funzioni di varie regioni del cervello.

Al giorno d'oggi, lo studio del cervello è il dominio non di uno ma di molti rami della scienza. La neurobiologia si occupa di questioni relative al lavoro dei recettori. Neurofisiologia - caratteristiche del corso dei processi fisiologici nel cervello. Psicofisiologia: il rapporto tra cervello e psiche. Neurofarmacologia: l'influenza dei farmaci sul sistema nervoso, compreso il cervello. Esiste anche una direzione relativamente giovane: la neuroeconomia: studia i processi di scelta e decisionali. Le neuroscienze cognitive più fondamentali si concentrano sullo studio di diversi tipi di percezione, processi di pensiero complessi e fenomeni correlati che riguardano la parola, l'ascolto di musica, la visione di film, ecc.

Perché viene fatto?

È logico presumere che qualsiasi organo del corpo umano venga esaminato prima di tutto per imparare a trattarlo efficacemente se necessario. Ma il cervello è un sistema troppo complesso e interessante per essere limitato a un approccio utilitaristico. Ci sono centinaia di laboratori nelle università di tutto il mondo che studiano aspetti completamente diversi dell'attività cerebrale. Alcuni si concentrano su tipi specifici di disturbi mentali, come la schizofrenia. Altri sono in un sogno. Il terzo è emotivo. Altri ancora vogliono scoprire cosa succede al cervello quando una persona sperimenta lo stress o beve alcol: lo fa, tra l'altro, il Laboratorio di Psicofisiologia dell'Istituto di Psicologia dell'Accademia Russa delle Scienze.

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Il risultato di tale ricerca non sempre diventa un metodo per risolvere un particolare problema relativo all'attività cerebrale. I neuroscienziati spesso ricevono informazioni che ci aiutano principalmente a comprendere meglio le specificità delle relazioni tra le persone e scoprire, ad esempio, su quali basi classifichiamo gli altri in "noi" e "loro". Cosa fare ulteriormente con questa conoscenza, come applicarla nella pratica è una buona domanda.

D'altra parte, gli esperimenti con un cervello umano "standard" e stimoli naturalistici (naturali) danno agli scienziati la possibilità di capire perché il cervello di qualcuno funziona in modo diverso. La Aalto University in Finlandia sta sperimentando persone con la sindrome di Asperger. Di norma, questa caratteristica dello sviluppo influenza fortemente le funzioni emotive, la capacità di interazione sociale. Gli esperimenti dimostrano che in una persona "normale", quando osserva come comunicano le altre persone, c'è un alto livello di sincronizzazione nelle aree sensoriali del cervello, nelle aree coinvolte nell'elaborazione delle informazioni sociali e nei processi di formazione delle emozioni. E in una persona con la sindrome di Asperger, questa sincronizzazione è molto meno pronunciata. Gli scienziati sperano di riuscire finalmente a capire come aiutare coloro che inizialmente trovano più difficile adattarsi alla società.

Ci sono laboratori impegnati sia nella ricerca applicata che in quella fondamentale. Nel 2012, gli scienziati dell'Università Ebraica di Gerusalemme hanno creato un dispositivo che consente ai non vedenti di "vedere" con l'udito. Consisteva in occhiali e una piccola telecamera che registrava informazioni visive e un programma speciale le convertiva in segnali sonori. Pertanto, una persona privata della vista potrebbe riconoscere oggetti domestici nelle vicinanze, altre persone e persino lettere grandi. Allo stesso tempo, gli sviluppatori del dispositivo hanno scoperto che nel cervello di chi impara a "vedere" con l'aiuto dell'udito, si attivano gli stessi flussi di chi vede in modo tradizionale - con gli occhi. Pertanto, il mondo scientifico si trova di fronte a un problema fondamentale e fondamentale: la corteccia visiva del cervello è davvero responsabile della visione nel senso comune? E che cos'è comunque la visione?

Si presume inoltre che uno dei risultati di uno studio rigoroso e versatile del cervello sarà la possibilità di creare intelligenza artificiale. Nel 2005 è stato lanciato il famoso progetto multimiliardario Blue Brain, il cui obiettivo era realizzare un modello computerizzato del cervello umano e simulare la coscienza. Finora le cose sono ancora lì e molti rappresentanti del mondo scientifico sono piuttosto scettici, se non altro perché non sappiamo esattamente cosa sia la coscienza. Inoltre, ci sono limitazioni tecniche: per simulare il cervello di un gatto al livello più elementare, era necessario uno dei più grandi supercomputer del mondo. Il cervello umano, ovviamente, è molto più complesso.

Metodi ed esperimenti

Gli attuali metodi di ricerca sul cervello possono essere classificati in base a due criteri. Il primo è la frequenza di rimozione delle informazioni: varia da un millisecondo a diversi secondi. Il secondo è la risoluzione spaziale: quanto in dettaglio possiamo vedere il cervello stesso. Quindi, l'elettroencefalografia è in grado di raccogliere dati con una frequenza molto elevata. Ma la fMRI (risonanza magnetica funzionale) consente di coprire millimetri quadrati del cervello, e questo è parecchio, poiché ci sono circa 100.000 neuroni in un millimetro quadrato.

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Esistono anche l'encefalografia magnetica, la tomografia a emissione di positroni, la stimolazione magnetica transcranica. I metodi sono generalmente migliorati verso la non invasività: vogliamo imparare il più possibile sul cervello di una persona vivente con conseguenze minime per la sua salute e il suo stato psicologico. Allo stesso tempo, è stato con l'avvento della fMRI che gli scienziati hanno iniziato a studiare letteralmente ogni aspetto dell'attività cerebrale di seguito. Possiamo prendere quasi ogni tipo di comportamento ed essere sicuri che esista un laboratorio al mondo che lo studi usando la fMRI.

Per capire come gli scienziati lo fanno, puoi usare l'esempio dell'esperimento più elementare. Diciamo che vogliamo sapere se l'attività cerebrale di una persona differisce quando guarda i volti di altre persone e le case. Molte immagini sono selezionate con l'immagine di una varietà di case e una varietà di volti. Vengono mescolati e il loro ordine è casuale. È necessario che non ci siano schemi nella sequenza: se, ad esempio, dopo tre case appare sempre una faccia, sorge la domanda sull'attendibilità dei risultati dell'esperimento.

Prima di posizionare il soggetto nello scanner fMRI, rimuovere tutti i gioielli di metallo e avvertirli di non piegare le mani in un anello. Durante la scansione si verifica una rapida variazione del campo magnetico che, secondo le leggi della fisica, induce una corrente elettrica in un circuito chiuso. Le sensazioni non sono mortalmente spiacevoli, ma chi l'ha provato di solito non vuole ripeterlo. Per trenta o quaranta minuti, una persona giace nello scanner e guarda le immagini di case e volti che appaiono sullo schermo. È importante che non si addormenti durante il processo: affrontare tali esperimenti è spesso piuttosto noioso. Ma offrono una ricompensa, diciamo, un paio di biglietti gratuiti per il cinema.

È qui che finisce la parte più o meno interessante e inizia la parte difficile e ingrata: lo scienziato dovrà elaborare le informazioni ricevute con vari metodi statistici in modo che il risultato possa essere formattato in un articolo e pubblicato su una rivista scientifica. Il problema principale qui è che ci sono diverse decine di migliaia di modi per combinare diverse fasi della trasformazione dei dati, quindi non è così difficile ottenere un risultato falso positivo.

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Nel 2009 si è tenuto a San Francisco un esperimento che in seguito è diventato leggendario. Gli scienziati hanno posizionato un salmone dell'Atlantico morto in uno scanner fMRI e gli hanno mostrato fotografie di persone in varie situazioni sociali. Nel calcolare i dati, si è scoperto che il cervello del salmone non rispondeva solo agli stimoli: il pesce provava emozioni. Naturalmente, i salmoni morti non sono realmente capaci di empatia, ma a causa dell'errore - o del cosiddetto rumore statistico che si verifica quando si analizzano i dati raccolti utilizzando la fMRI, possiamo ottenere un effetto significativo. Chi cerca trova sempre.

Fino a poco tempo fa, il problema era aggravato dal fatto che le riviste occidentali accettavano articoli che sostanzialmente descrivevano solo risultati positivi di esperimenti. Se l'ipotesi del laboratorio non è stata confermata, i dati ottenuti sono effettivamente volati nel cestino. Ora immagina: un centinaio di laboratori hanno allestito lo stesso esperimento. Da un punto di vista puramente statistico, cinque di loro potrebbero ottenere risultati positivi. Verrà pubblicato un articolo scritto da rappresentanti di tale laboratorio, anche se i restanti 95 esperimenti hanno mostrato un risultato negativo. Per combattere tali distorsioni, ora è apparsa un'opzione importante: ora uno studio può essere registrato nuovamente con garanzia di pubblicazione, indipendentemente dal risultato: l'importante è che tutto sia fatto esattamente secondo i piani.

La specificità del lavoro di uno scienziato è che deve sapere molto, anche se solo nell'ambito del suo campo. Tuttavia, più sai, più dubiti. E maggiore è la probabilità che prima o poi incontri qualcosa che è fondamentalmente contrario alle tue convinzioni. Pertanto, quando comunicano con i media, gli scienziati non usano quasi mai la parola "senza ambiguità". Dicono invece: “molto probabilmente”, “probabilmente”, “possiamo indovinare”.

Per giornalisti e lettori, tali formulazioni suonano, per usare un eufemismo, poco allettanti. La psiche umana è progettata in modo tale da voler sapere esattamente di cosa è fatto il suo corpo, compreso il cervello. Le probabilità o non lo interessano o causano ansia. Inoltre, molte persone generalmente non leggono le notizie oltre il titolo. Di conseguenza, le informazioni sulle ultime ricerche scientifiche ci arrivano spesso in forma distorta, anche perché i media si sforzano di raccogliere più visualizzazioni, ma hanno paura di spaventare il pubblico con diciture troppo vaghe.

Nel 2007, un'ondata di note ha attraversato i media russi sugli scienziati dell'University College di Londra che hanno scoperto che l'alcol migliora la funzione cerebrale. A un esame più attento, si è scoperto che poiché l'alcol migliora il flusso sanguigno al cervello, che, a sua volta, è effettivamente correlato a un miglioramento delle prestazioni mentali, l'effetto positivo può essere, ma gli effetti negativi del bere eccessivo lo supereranno chiaramente.

Alcuni anni fa, la stampa occidentale ha ampiamente coperto il progetto No More Woof, i cui creatori hanno proposto di utilizzare uno strumento basato sull'elettroencefalografia per leggere i pensieri dei cani e "tradurli" in linguaggio umano. Ma, in primo luogo, l'EEG è tutt'altro che il metodo più accurato per raccogliere dati. In secondo luogo, come possiamo sapere come dovrebbero essere trasmessi i pensieri dei cani usando il linguaggio inglese? In terzo luogo, non ci sono studi che dimostrerebbero che tutti gli animali, inclusi umani e cani, parlano dialetti diversi di una lingua globale. Ma i media hanno cantato: evviva, finalmente impareremo a capire i nostri Sharikov e Bobik!

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In primo luogo, non essere pigro per leggere non solo il titolo, ma l'intero testo.

In secondo luogo, attenzione alle dichiarazioni categoriche. Ad esempio, se il materiale dice che gli scienziati hanno trovato una "zona d'amore" nel cervello, tieni presente che una delle tendenze moderne è studiare il cervello non come un costruttore composto da elementi completamente autonomi, ma come una rete complessa . Sì, e "amore" è un concetto troppo ambiguo per ricavarne una definizione universale.

Terzo, prestare attenzione alla fonte. I giornalisti spesso non fanno riferimento all'articolo originale in una rivista scientifica, ma a una pubblicazione su un altro portale di notizie su Internet o persino su un blog. A una mente curiosa, un tale riferimento deve sembrare poco convincente.

Il quarto, fai una domanda a Internet: "Chi sono tutte queste persone?". Sotto l'etichetta di "scienziati" nei media, possono apparire nei media sia i veri dipendenti di famosi laboratori che gli appassionati dilettanti che raccolgono fondi per la loro scoperta "rivoluzionaria" utilizzando piattaforme di crowdfunding.

Quinto trova l'originale. Dall'abstract (un breve riassunto dell'essenza dell'articolo) è spesso chiaro cosa hanno dimostrato esattamente gli scienziati e con quali metodi. Sì, l'abbonamento a molte riviste è a pagamento. Ma ci sono siti PubMed e Google Scholar che permettono di cercare tra i testi delle pubblicazioni scientifiche.

Contrariamente agli stereotipi, la scienza non può darci una garanzia al 100% di nulla. Non può, con una linea grassa e indelebile, separare la verità da tutto il resto. Ma può avvicinarsi il più possibile alla verità attraverso molti ripetuti esperimenti condotti in diverse parti del globo, i cui risultati convergeranno gradualmente in un punto. Circa. Con una certa probabilità.

L'uomo vola nello spazio e si tuffa nelle profondità del mare, ha creato la televisione digitale e computer super potenti. Tuttavia, il meccanismo stesso del processo del pensiero e l'organo in cui si svolge l'attività mentale, nonché le ragioni che inducono i neuroni a interagire, rimangono ancora un mistero.

Il cervello è l'organo più importante del corpo umano, il substrato materiale dell'attività nervosa superiore. Dipende da lui cosa sente, fa, cosa pensa una persona. Non sentiamo con le nostre orecchie e non vediamo con i nostri occhi, ma con le parti corrispondenti della corteccia cerebrale. Produce anche ormoni del piacere, provoca un'ondata di forza e allevia il dolore. L'attività nervosa si basa su riflessi, istinti, emozioni e altri fenomeni mentali. La comprensione scientifica di come funziona il cervello è ancora in ritardo rispetto alla comprensione del funzionamento dell'intero organismo. Questo è sicuramente dovuto al fatto che il cervello è un organo molto più complesso di qualsiasi altro. Il cervello è l'oggetto più complesso dell'universo conosciuto.

Riferimento

Negli esseri umani, il rapporto tra massa cerebrale e massa corporea è in media del 2%. E se la superficie di questo organo viene levigata, risulterà essere di circa 22 metri quadrati. metri di materia organica. Il cervello contiene circa 100 miliardi di cellule nervose (neuroni). Per darti un'idea di questo numero, ricorda che 100 miliardi di secondi sono circa 3000 anni. Ogni neurone è in contatto con altri 10.000. E ognuno di loro è in grado di trasmettere ad alta velocità impulsi provenienti da una cellula all'altra con mezzi chimici. I neuroni possono interagire simultaneamente con molti altri neuroni, compresi quelli situati in parti remote del cervello.

Solo i fatti

Il cervello è il leader nel consumo di energia nel corpo. Il 15% del cuore lavora per questo e consuma circa il 25% dell'ossigeno catturato dai polmoni. Tre grandi arterie lavorano per fornire ossigeno al cervello, che è progettato per rifornirlo costantemente.
Circa il 95% del tessuto cerebrale è completamente formato all'età di 17 anni. Alla fine della pubertà, il cervello umano è un organo completo.
Il cervello non sente dolore. Non ci sono recettori del dolore nel cervello: perché lo sono, se la distruzione del cervello porta alla morte dell'organismo? Il disagio può sentire il guscio in cui è racchiuso il nostro cervello: è così che sperimentiamo un mal di testa.
Gli uomini di solito hanno cervelli più grandi delle donne. Il peso medio del cervello di un maschio adulto è di 1375 g, una donna adulta è di 1275 g e differiscono anche per le dimensioni delle varie aree. Tuttavia, gli scienziati hanno dimostrato che ciò non ha nulla a che fare con le capacità intellettuali e il cervello più grande e pesante (2850 g) descritto dai ricercatori apparteneva a un paziente psichiatrico affetto da idiozia.
Una persona utilizza quasi tutte le risorse del suo cervello. Il fatto che il cervello funzioni solo al 10% è un mito. Gli scienziati hanno dimostrato che una persona utilizza le riserve disponibili del cervello in situazioni critiche. Ad esempio, quando qualcuno sta scappando da un cane feroce, potrebbe saltare un'alta recinzione che non avrebbe mai attraversato in condizioni normali. In un momento di emergenza, nel cervello vengono riversate alcune sostanze che stimolano le azioni di chi si trova in una situazione critica. Fondamentalmente, è doping. Tuttavia, è pericoloso farlo sempre: una persona può morire, perché esaurirà tutte le sue capacità di riserva.
Il cervello può essere sviluppato e addestrato intenzionalmente. Ad esempio, è utile per memorizzare testi, risolvere problemi logici e matematici, imparare lingue straniere, imparare cose nuove. Gli psicologi consigliano anche ai destrimani di fare periodicamente la mano sinistra con la mano "principale" e ai mancini di fare la mano destra.
Il cervello ha la proprietà della plasticità. Se uno dei dipartimenti del nostro organo più importante viene colpito, altri dopo un po' potranno compensare la sua funzione perduta. È la plasticità del cervello che svolge un ruolo estremamente importante nella padronanza di nuove abilità.
Le cellule cerebrali vengono rigenerate. Le sinapsi che collegano i neuroni e le stesse cellule nervose degli organi più importanti si rigenerano, ma non così velocemente come le cellule degli altri organi. Un esempio di ciò è la riabilitazione delle persone dopo lesioni cerebrali traumatiche. Gli scienziati hanno scoperto che nella parte del cervello responsabile dell'olfatto, i neuroni maturi sono formati da cellule progenitrici. Al momento giusto, aiutano a "riparare" il cervello ferito. Ogni giorno, nella sua corteccia possono formarsi decine di migliaia di nuovi neuroni, ma successivamente non più di diecimila possono attecchire. Oggi sono note due aree di crescita attiva dei neuroni: la zona della memoria e la zona responsabile del movimento.
Il cervello è attivo durante il sonno. È importante che una persona abbia una memoria. È a lungo termine ea breve termine. Il trasferimento di informazioni dalla memoria a breve termine a quella a lungo termine, memorizzazione, "smistamento", comprensione delle informazioni che una persona riceve durante il giorno, avviene proprio in sogno. E affinché il corpo non ripeta in realtà i movimenti del sonno, il cervello secerne uno speciale ormone.

Il cervello è in grado di accelerare notevolmente il suo lavoro. Le persone che hanno vissuto situazioni pericolose per la vita dicono che in un attimo "tutta la vita è volata via" davanti ai loro occhi. Gli scienziati ritengono che il cervello al momento del pericolo e della consapevolezza della morte imminente acceleri il lavoro centinaia di volte: cerca circostanze simili nella memoria e un modo per aiutare una persona a salvarsi.

Studio completo

Il problema dello studio del cervello umano è uno dei compiti più entusiasmanti della scienza. L'obiettivo è imparare qualcosa che sia pari in complessità allo strumento stesso della conoscenza. Dopotutto, tutto ciò che è stato studiato finora: l'atomo, la galassia e il cervello di un animale era più semplice del cervello umano. Da un punto di vista filosofico, non è noto se una soluzione a questo problema sia possibile in linea di principio. Dopotutto, il principale mezzo di cognizione non sono strumenti e metodi, rimane il nostro cervello umano.

Esistono vari metodi di ricerca. Prima di tutto, è stato introdotto nella pratica il confronto clinico e anatomico: hanno esaminato quale funzione "cade" quando una certa area del cervello è danneggiata. Quindi, lo scienziato francese Paul Broca ha scoperto il centro della parola 150 anni fa. Ha notato che tutti i pazienti che non possono parlare hanno una certa area del cervello colpita. L'elettroencefalografia studia le proprietà elettriche del cervello: i ricercatori osservano come cambia l'attività elettrica delle diverse parti del cervello in base a ciò che fa una persona.

Gli elettrofisiologi registrano l'attività elettrica del "centro pensante" del corpo utilizzando elettrodi che consentono di registrare le scariche dei singoli neuroni, oppure utilizzando l'elettroencefalografia. Nelle gravi malattie cerebrali, gli elettrodi sottili possono essere impiantati nel tessuto dell'organo. Ciò ha permesso di ottenere informazioni importanti sui meccanismi del lavoro del cervello per garantire tipi di attività più elevati, sono stati ottenuti dati sul rapporto tra corteccia e sottocorteccia e sulle capacità compensative. Un altro metodo per studiare le funzioni cerebrali è la stimolazione elettrica di determinate aree. Così il neurochirurgo canadese Wilder Penfield ha studiato l '"omuncolo motorio". È stato dimostrato che stimolando alcuni punti della corteccia motoria si può provocare il movimento di diverse parti del corpo ed è stata stabilita la rappresentazione di vari muscoli e organi. Negli anni '70, dopo l'invenzione dei computer, si presentò l'opportunità di esplorare ancora più a fondo il mondo interiore della cellula nervosa, apparvero nuovi metodi di introscopia: magnetoencefalografia, risonanza magnetica funzionale e tomografia a emissione di positroni. Negli ultimi decenni è stato sviluppato attivamente il metodo del neuroimaging (osservazione della reazione di singole parti del cervello dopo l'introduzione di determinate sostanze).

Rilevatore di errori

Una scoperta molto importante è stata fatta nel 1968: gli scienziati hanno scoperto un rilevatore di errori. Questo è un meccanismo che ci dà la possibilità di compiere azioni di routine senza pensare: ad esempio lavarci, vestirci e allo stesso tempo pensare ai nostri affari. Il rilevatore di errori in tali circostanze monitora costantemente se stai agendo correttamente. Oppure, ad esempio, una persona inizia improvvisamente a sentirsi a disagio: torna a casa e scopre di essersi dimenticato di spegnere il gas. Il rilevatore di errori ci consente nemmeno di pensare a dozzine di compiti e di risolverli "sulla macchina", spazzando via immediatamente opzioni di azione inaccettabili. Negli ultimi decenni, la scienza ha appreso quanti meccanismi interni del corpo umano funzionano. Ad esempio, il percorso lungo il quale il segnale visivo viaggia dalla retina al cervello. Per risolvere un compito più complesso - pensare, riconoscere un segnale - è coinvolto un grande sistema, che è distribuito in tutto il cervello. Tuttavia, il "centro di controllo" non è stato ancora trovato e non si sa nemmeno se esista.

cervello geniale

Dalla metà del XIX secolo, gli scienziati hanno cercato di studiare le caratteristiche anatomiche del cervello di persone con abilità eccezionali. Molte facoltà mediche in Europa hanno conservato i preparativi corrispondenti, compresi i professori di medicina che, durante la loro vita, hanno lasciato in eredità il loro cervello alla scienza. Gli scienziati russi non sono rimasti indietro. Nel 1867, all'Esposizione etnografica tutta russa organizzata dalla Società imperiale degli amanti delle scienze naturali, furono presentati 500 teschi e le preparazioni del loro contenuto. Nel 1887, l'anatomista Dmitry Zernov pubblicò i risultati di uno studio sul cervello del leggendario generale Mikhail Skobelev. Nel 1908, l'accademico Vladimir Bekhterev e il professor Richard Weinberg indagarono su preparativi simili del defunto Dmitri Mendeleev. Preparazioni simili degli organi di Borodin, Rubinstein, del matematico Pafnuty Chebyshev sono conservate nel museo anatomico dell'Accademia medica militare di San Pietroburgo. Nel 1915, il neurochirurgo Boris Smirnov descrisse in dettaglio il cervello del chimico Nikolai Zinin, del patologo Viktor Pashutin e dello scrittore Mikhail Saltykov-Shchedrin. A Parigi è stato studiato il cervello di Ivan Turgenev, il cui peso ha raggiunto un record nel 2012. A Stoccolma, hanno lavorato con i preparativi appropriati di famosi scienziati, tra cui Sofya Kovalevskaya. Gli specialisti del Moscow Brain Institute hanno studiato attentamente i "centri di pensiero" dei leader del proletariato: Lenin e Stalin, Kirov e Kalinin, hanno studiato le circonvoluzioni del grande tenore Leonid Sobinov, dello scrittore Maxim Gorky, del poeta Vladimir Mayakovsky, del regista Sergei Eisenstein . .. Oggi gli scienziati sono convinti che, a prima vista, il cervello delle persone di talento non si distingua dalla media. Questi organi differiscono per struttura, dimensioni, forma, ma nulla dipende da questo. Non sappiamo ancora cosa renda esattamente talentuosa una persona. Possiamo solo supporre che il cervello di queste persone sia un po '"rotto". Può fare cose che le persone normali non possono fare, il che significa che non è come tutti gli altri.