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 più alto livello", ma è su questa strada che è necessario 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 il comando di una nave: uno è bravo a guidare la nave, l'altro è bravo a sparare, il terzo è bravo 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 diverse malattie in diverse aree del cervello, il 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 effettuate diverse centinaia (soprattutto negli Stati Uniti) di interventi psicochirurgici stereotassici per trattare pazienti affetti da alcuni disturbi mentali (principalmente 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 cerebrali superiori: attenzione, memoria, pensiero, parola, 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 cerebrali inerenti solo all'uomo vengono studiate utilizzando vari approcci: viene utilizzato un elettroencefalogramma "normale", ma a un nuovo livello di mappatura cerebrale, lo studio dei potenziali evocati, la registrazione di questi processi insieme all'attività impulsiva dei neuroni a diretto contatto con il tessuto cerebrale - per questa tomografia a emissione di positroni vengono utilizzati elettrodi e attrezzature impiantati.

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 in un momento in cui 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, come 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 (tazza), 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, per così dire, risolvono qualsiasi problema con il mondo intero. Quadro completamente diverso nella corteccia cerebrale. Un neurone sembra dire: "Dai, ragazzi, state zitti, sono affari miei e lo farò da solo". 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 viene condotta in collaborazione con un team di scienziati guidati dal professore finlandese R. Naatanen, che ha scoperto il cosiddetto meccanismo di 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 in una persona 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 tutto i suoni del mondo che lo circonda, la sua attenzione è distratta e improvvisamente un motore silenzioso sposta immediatamente la sua attenzione sull'auto - si rende conto che qualcosa 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 improvvisamente scoperto 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 della 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, c'è anche quella 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.

I segreti del cervello stanno ancora aspettando dietro le quinte

Spesso dimentichiamo l'ovvio: una persona non è solo un cervello, ma anche un corpo. È impossibile capire come funziona il cervello senza considerare la ricchezza dell'interazione dei sistemi cerebrali con i vari sistemi del corpo. A volte questo è ovvio, ad esempio il rilascio di adrenalina nel flusso sanguigno fa sì che il cervello passi a una nuova modalità operativa. Una mente sana in un corpo sano riguarda l'interazione tra il corpo e il cervello. Tuttavia, non tutto è chiaro qui. Lo studio di questa interazione sta ancora aspettando i suoi ricercatori.

Oggi possiamo dire di avere una buona idea di come funziona una cellula nervosa. Molte macchie bianche sono scomparse sulla mappa del cervello, sono state individuate le aree responsabili delle funzioni mentali. Ma tra la cellula e l'area del cervello c'è un altro livello molto importante: la totalità delle cellule nervose, l'insieme dei neuroni. C'è ancora molta incertezza qui. Con l'aiuto della PET, possiamo tracciare quali aree del cervello sono "accese" durante l'esecuzione di determinati compiti, ma cosa succede all'interno di queste aree, quali segnali si inviano le cellule nervose, in quale sequenza, come interagiscono tra loro - ne parleremo per ora, sappiamo poco. Anche se ci sono alcuni progressi in questa direzione.

In precedenza si credeva che il cervello fosse diviso in aree chiaramente delimitate, ognuna delle quali è "responsabile" della sua funzione: questa è la zona di flessione del mignolo, e questa è la zona dell'amore per i genitori. Queste conclusioni si basavano su semplici osservazioni: se una determinata area è danneggiata, anche la sua funzione è compromessa. Nel corso del tempo, è diventato chiaro che tutto è più complicato: i neuroni all'interno di zone diverse interagiscono tra loro in modo molto complesso ed è impossibile eseguire ovunque un chiaro "legame" di una funzione a una regione del cervello in termini di fornitura di maggiore funzioni. Possiamo solo dire che quest'area è legata alla parola, alla memoria, alle emozioni. E dire che questo insieme neurale del cervello (non un pezzo, ma una rete ampiamente diffusa) e solo esso è responsabile della percezione delle lettere, e questo - parole e frasi, non è ancora possibile. Questo è il compito del futuro.

Il lavoro del cervello nel fornire tipi più elevati di attività mentale è simile al lampo di un saluto: all'inizio vediamo molte luci, poi iniziano a spegnersi e ad accendersi di nuovo, ammiccandosi a vicenda, alcuni pezzi rimangono buio, altri lampeggiano. Inoltre, il segnale di eccitazione viene inviato a una certa area del cervello, ma l'attività delle cellule nervose al suo interno è soggetta ai propri ritmi speciali, alla propria gerarchia. In connessione con queste caratteristiche, la distruzione di alcune cellule nervose può essere una perdita irreparabile per il cervello, mentre altre potrebbero benissimo sostituire i vicini neuroni "riappresi". Ogni neurone può essere considerato solo all'interno dell'intero accumulo di cellule nervose. Secondo me, ora il compito principale è decifrare il codice nervoso, cioè capire in che modo vengono fornite specificamente le funzioni superiori del cervello. Molto probabilmente, questo può essere fatto attraverso lo studio dell'interazione degli elementi cerebrali, attraverso la comprensione di come i singoli neuroni sono combinati in una struttura e la struttura - in un sistema e in un intero cervello. Questo è il compito principale del prossimo secolo. Anche se c'è ancora qualcosa per il ventesimo.

La scienza del cervello è una. Include non solo la fisiologia, ma praticamente tutte le discipline biologiche e una serie di discipline mediche, la fisica con i suoi risultati tecnici, la chimica con le sue possibilità per la sintesi di nuovi farmaci, la matematica e l'informatica, perché è tempo di cercare di sistematizzare l'enorme schiera di dati accumulati e costruire, almeno in prima approssimazione, la teoria dell'informazione del cervello. E, naturalmente, questa scienza include psicologia e filosofia.

Uno dei primi che ha iniziato a costruire un ponte dalla fisiologia alla psicologia sono stati i nostri grandi scienziati Ivan Sechenov e Ivan Pavlov, che hanno dato un forte impulso allo sviluppo della scuola fisiologica russa. Fortunatamente, è sopravvissuta. I risultati della moderna scienza del cervello sono sorprendenti. Ora stanno dando vita a grandiosi progetti nazionali finalizzati alla salute umana e alla creazione di nuove tecnologie dell'informazione (Stati Uniti e Cina stanno già iniziando a implementarle). Questa sfida del tempo deve essere accettata dalla Russia. Abbiamo il potenziale scientifico per questo. Tutto ciò di cui hai bisogno è un forte supporto. Quali aree della ricerca neuroscientifica sono più importanti per noi? Mi sembra che ci siano almeno sei direzioni attuali nello studio del cervello.

Un canale ionico è una proteina di membrana "inserita" in una membrana biologica - un "chip" molecolare chiave di una cellula vivente.

EVOLUZIONE E SVILUPPO INDIVIDUALE

È impossibile comprendere la natura del cervello umano con le sue capacità mentali superiori senza comprendere la natura del processo evolutivo. Per inciso, il termine "fisiologia evolutiva" fu proposto nel 1914 dallo zoologo Alexei Severtsov (accademico dal 1920). E la formazione di questa direzione scientifica fondamentale è collegata alla scienza domestica, con i nomi dei fisiologi Accademico Leon Orbeli e membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS Khachatur Koshtoyants. Nel 1956, Orbeli creò l'Istituto di fisiologia e biochimica evolutiva a Leningrado, ottenendo l'assegnazione del nome di Ivan Sechenov. Per più di mezzo secolo qui si è svolta una ricerca attiva nel campo della fisiologia evolutiva. Allo stesso tempo, vengono presi in considerazione vari livelli di complessità dei sistemi viventi. Pertanto, secondo l'idea sviluppata dall'accademico Yuri Natochin e membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Nikolai Veselkin, il sistema di regolazione e segnalazione chimica, sorto nelle prime fasi del processo evolutivo negli organismi unicellulari primitivi, si è rivelato essere richiesto quando apparvero organismi multicellulari, fino ai primati e agli umani. Allo stesso tempo, si è evoluto in un sistema neuroendocrino ormonale e specializzato. Quest'ultimo mantiene l'omeostasi, regola le funzioni più importanti del cervello e dei sistemi viscerali (relativi agli organi interni).

Lo studio del meccanismo dell'ontogenesi è la direzione più attuale nella moderna scienza del cervello. L'accademico Mikhail Ugryumov sta affrontando con successo questo problema presso l'Istituto di biologia dello sviluppo. N. K. Koltsova dell'Accademia Russa delle Scienze (Mosca), che collabora attivamente con neurobiologi francesi.

L'evoluzione della coscienza è un'altra area rilevante ed eccitante delle moderne neuroscienze. Se gli animali hanno la "coscienza primaria", allora le persone - in gran parte a causa della presenza del linguaggio - la sua forma più alta. Ecco perché la natura della coscienza umana non può essere compresa senza la conoscenza dei fondamenti genetici e dello sviluppo evolutivo del linguaggio. La questione di come e quando è nata la lingua rimane aperta. Vengono discusse due possibilità: o è il prodotto di una "esplosione" genetica o il risultato di una selezione graduale e naturale di piccole mutazioni. Indipendentemente dalla risposta, gli esperti mettono la seguente datazione sull'albero evolutivo dell'ordine dei primati, la famiglia degli ominidi, il genere Homo sapiens: il substrato neuroanatomico del linguaggio è sorto nell'Homo erectus circa 2 milioni di anni fa; il proto-linguaggio apparve nell'Homo habilis circa 1 milione di anni fa; infine, un linguaggio pienamente formato nell'Homo sapiens risale a circa 75 mila anni fa. La ricerca neurolinguistica più interessante all'intersezione tra fisiologia e linguistica è condotta attivamente all'Università di San Pietroburgo dal dottore in biologia e dottore in filologia Tatyana Chernigovskaya.

FISIOLOGIA MOLECOLARE

Il cervello adulto contiene circa 100 miliardi di cellule nervose e circa 100 trilioni di connessioni tra di esse, chiamate sinapsi. Quando si parla di elaborazione delle informazioni nel cervello, di "reti neurali", bisogna tenere presente che le "reti" sono un concetto puramente informativo. In effetti, il sistema nervoso non è affatto una rete, come si pensava in precedenza, ma 100 miliardi di singole cellule in contatto tra loro.

Il trasferimento di informazioni tra di loro viene effettuato utilizzando segnali elettrici e chimici. Uno dei compiti chiave della fisiologia molecolare è capire esattamente come un segnale elettrico (non stiamo parlando di una corrente elettrica, ovviamente, ma di correnti ioniche - ioni caricati positivamente di potassio, sodio, calcio e ioni caricati negativamente, per esempio , cloro) si propaga lungo un processo lungo (assone)) e corto (dendritico) della cellula nervosa e come viene trasmesso chimicamente nel punto di contatto (alla sinapsi).

I portatori di trasmissione chimica (neurotrasmettitori o neurotrasmettitori) sono composti a basso peso molecolare: acetilcolina, glutammato, dopamina e molti altri.

La "base elementare" di una cellula nervosa comprende le cosiddette "proteine ​​di membrana", come se fossero "inserite" nella membrana biologica. Di queste proteine ​​​​integrate nella membrana, soffermiamoci sui canali ionici (attraverso i quali vengono trasferiti selettivamente ioni caricati positivamente o negativamente - cationi o anioni) e sui recettori - proteine ​​​​di membrana, su cui le molecole di neurotrasmettitore "si siedono" e interagiscono con esse. La composizione dei recettori proteici comprende sia, infatti, la parte del recettore, che "riconosce" la molecola del neurotrasmettitore, sia la parte del canale - gli ioni vengono trasferiti attraverso di essa. I canali ionici "classici" sono gated, cioè aprire e chiudere cambiando la tensione elettrica attraverso la membrana. Sono i canali ionici che assicurano la propagazione di un segnale elettrico (impulso nervoso) lungo i processi delle cellule nervose. Le informazioni trasmesse dai neuroni ai neuroni sono codificate da una sequenza di tali impulsi. Essenzialmente, la sequenza degli impulsi è il "linguaggio" informativo del cervello.

La composizione di un'enorme famiglia di recettori proteici comprende le cosiddette proteine ​​G, o proteine ​​segnale, perché fungono da intermediari universali nella trasmissione intracellulare di segnali luminosi, chimici (gusto, olfatto), nervosi, ormonali ad altre proteine ​​responsabili per l'una o l'altra funzione specifica di una cellula vivente. Della "superfamiglia" dei recettori che legano la proteina G, la rodopsina, proteina visiva sensibile alla luce, è la più studiata. La sua struttura primaria (sequenza amminoacidica) è stata stabilita all'inizio degli anni '80 dall'accademico Yuri Ovchinnikov e dai suoi collaboratori presso l'Istituto di chimica bioorganica di Mosca, Accademia delle scienze russa, che ora prende il nome da M. M. Shemyakin e Yu. A. Ovchinnikov.

Un compito urgente della fisiologia molecolare oggi è una descrizione dettagliata della struttura tridimensionale di canali e recettori, comprendendo le complessità della loro interazione con altre proteine. È ovvio che solo una conoscenza fondamentale della "base elementare" della cellula consentirà di comprendere la natura dei suoi disturbi. Semplicemente non c'è altro modo per scoprire le cause alla base delle malattie e trattarle con successo, così come per creare nuovi farmaci, compresi quelli neuro e psicotropi.

Per gli straordinari progressi compiuti negli ultimi decenni nello studio della struttura e della funzione dei canali ionici e delle proteine ​​recettoriali, è stato ricevuto più di un premio Nobel. Diverse scuole, laboratori e gruppi scientifici stanno lavorando con successo in questo settore. Pertanto, l'accademico Platon Kostyuk ha dato un enorme contributo allo studio dei canali ionici. I suoi discepoli ora possono essere trovati in Russia, Ucraina e in molti altri paesi. Uno dei rappresentanti più brillanti di questa scuola è Oleg Kryshtal, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa e accademico dell'Accademia nazionale delle scienze dell'Ucraina. Il suo lavoro, anche sui canali ionici sensibili ai protoni da lui scoperti, è pubblicato nelle più prestigiose riviste scientifiche. La scuola scientifica del dottore in scienze mediche Boris Khodorov (Istituto di patologia generale e fisiopatologia dell'Accademia russa delle scienze mediche), le cui opere sui canali ionici e l'eccitabilità delle cellule nervose sono diventate dei classici, è ampiamente nota. La ricerca della più alta classe in quest'area della fisiologia molecolare è condotta dal membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Galina Mozhaeva e dai suoi colleghi dell'Istituto di citologia dell'Accademia delle scienze russa (San Pietroburgo).

Una direzione eccezionalmente importante è lo studio dei sistemi modello, ad es. membrane artificiali e canali ionici "inseriti" in esse. Membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Yury Chizmadzhev e dei suoi studenti presso l'Istituto di chimica fisica ed elettrochimica intitolato a I.I. A. N. Frumkin RAS (Mosca).

Ora un po' di più sui recettori sinaptici che "riconoscono" e interagiscono con le molecole dei neurotrasmettitori. Ci sono circa 100 trilioni di contatti sinaptici nel cervello. Ma la sinapsi non è solo un contatto, ma la più complessa "macchina" molecolare. Contiene tutti i processi che portano ai principali tipi di attività cerebrale: percezione, movimento, apprendimento, comportamento e memoria. La sinapsi è una struttura così importante che il suo studio ha portato a un'area separata della neuroscienza: la sinaptologia, in cui gli scienziati russi occupano un posto degno.

Già nel 1946, il già citato Khachatur Koshtoyants e Tigran Turpaev (accademico dal 1992) pubblicarono un articolo pionieristico sulla rivista Nature, dove presentarono per la prima volta i risultati che indicavano la natura proteica del recettore sinaptico per il neurotrasmettitore acetilcolina. Negli anni '60 - primi anni '80 del XX secolo. Il lavoro di livello mondiale sulle sinapsi del midollo spinale e l'evoluzione della trasmissione sinaptica è stato eseguito dal membro corrispondente dell'Accademia delle scienze dell'URSS Alexander Shapovalov dell'Istituto di fisiologia evolutiva e biochimica. IM Sechenov.

E recentemente, i dipendenti dello stesso Istituto - Membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Lev Magazanik e il suo allievo Denis Tikhonov, dottore in scienze biologiche - hanno pubblicato un documento sull'evoluzione dei recettori del glutammato - la classe più importante di recettori proteici nel centro sistema nervoso e cervello.

Il glutammato è un neurotrasmettitore eccitatorio chiave e il suo recettore, come si è scoperto, è uno dei più antichi: i suoi precursori si trovano anche nelle piante e nei procarioti (organismi unicellulari primitivi non nucleari). La conoscenza dell'organizzazione spaziale e della fisiologia molecolare di questi recettori consente al laboratorio di Magazanik di condurre una ricerca significativa e mirata di nuovi farmaci neuro e psicotropi. Alcuni di loro sono già in fase di sperimentazione sugli animali.

Un altro esempio di progresso nella comprensione dell'evoluzione, della struttura e della funzione del recettore proteico è lo studio del recettore dell'acetilcolina. Come il glutammato, anche l'acetilcolina è un neurotrasmettitore chiave. La ricerca prioritaria in questa area "calda" della sinaptologia è condotta dai membri corrispondenti dell'Accademia delle scienze russa Viktor Tsetlin e Evgeny Grishin presso l'Istituto di chimica bioorganica. M.M. Shemyakin e Yu.A.Ovchinnikov.

Una direzione originale e allo stesso tempo tradizionale della sinaptologia è lo studio della sinapsi tra cellule nervose e muscolari. È stato sviluppato con successo dal membro corrispondente della RAS Evgeny Nikolsky e dal membro corrispondente della RAMS Andrey Zefirov (Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics RAS e Kazan State Medical University).

Ripeto: la sinapsi è la più complessa "macchina" molecolare. Nelle sue violazioni risiedono le cause dei disturbi nervosi e mentali; la neuro- e psicofarmacologia del presente e del futuro è connessa con la sinapsi.

FISIOLOGIA DEI SISTEMI SENSORIALI

Nel nostro paese, questa è tradizionalmente una delle aree forti. Alle sue origini c'erano gli accademici fisiologo Leon Orbeli e il fisico Sergei Vavilov. Furono loro che negli anni '30 diedero un forte impulso alla ricerca, prima nel campo della fisiologia della visione, di cui essi stessi si occuparono, e poi dell'udito e delle altre modalità sensoriali. Ci sono tre fasi principali nel funzionamento di qualsiasi sistema sensoriale. Il primo è l'accoglienza, ad es. percezione e trasformazione dell'energia dell'influenza esterna - luminosa (visione), meccanica (tatto, udito) o chimica (gusto, olfatto) in un segnale fisiologico. Il secondo è la trasmissione del segnale e l'elaborazione delle informazioni a tutti i livelli del sistema sensoriale: dal recettore alle parti subcorticali e corticali specializzate del cervello. Il terzo è la formazione nella corteccia cerebrale di un'immagine soggettiva del mondo esterno oggettivo. Ogni fase è oggetto di ricerca da parte di specialisti in vari campi del sapere.

La fotoricezione sensoriale è studiata con successo in diversi laboratori, tra cui i dottori in scienze biologiche Viktor Govardovsky presso l'Istituto di fisiologia evolutiva e biochimica. I. M. Sechenov dell'Accademia Russa delle Scienze, Oleg Sineshchekov e Pavel Filippov dell'Università Statale di Mosca. M. V. Lomonosov, l'autore di questo articolo presso l'Istituto di fisica biochimica. NM Emanuel RAS. Il lavoro sulla ricezione del gusto viene svolto con successo nel laboratorio di Stanislav Kolesnikov presso l'Istituto di biofisica cellulare dell'Accademia delle scienze russa a Pushchino La comprensione del "macchinario molecolare" della ricezione sensoriale apre nuove possibilità sia per la medicina che per la tecnologia. Ad esempio, i risultati dello studio delle reazioni fotochimiche primarie nella molecola della rodopsina, proteina visiva sensibile alla luce, potrebbero essere promettenti per la creazione di dispositivi ad alta velocità per l'elaborazione delle informazioni. Il fatto è che questa reazione fotochimica avviene nella rodopsina in un tempo ultrabreve - 100 - 200 fs (1 femtosecondo - 10 - 15 s). Recentemente, nel lavoro congiunto dei laboratori del dottore in scienze fisiche e matematiche Oleg Sarkisov presso l'Istituto di fisica chimica. N. N. Semenov RAS, accademico Mikhail Kirpichnikov presso l'Istituto di chimica bioorganica. M. M. Shemyakin e Yu. A. Ovchinnikov dell'Accademia delle scienze russa e l'autore di questo articolo hanno dimostrato che questa reazione non è solo ultraveloce, ma anche fotoreversibile. Ciò significa che, a immagine e somiglianza della rodopsina, può essere creato un "fotointerruttore" o "fotochip" molecolare operante nelle scale temporali del femto e del picosecondo.

La trasmissione e l'elaborazione delle informazioni sensoriali, il riconoscimento e la formazione di un'immagine soggettiva del mondo esterno, la valutazione del suo significato biologico e semantico è un'area in rapido sviluppo della fisiologia sensoriale. In quest'area abbiamo un fruttuoso laboratorio presso l'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze russa, che fino all'inizio del 2010 era diretto dall'accademico Igor Shevelev, nonché i laboratori del dottore in scienze mediche Yuri Shelepin , Membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Yakov Altman presso l'Istituto di fisiologia. IP Pavlov RAS (San Pietroburgo), dottore in scienze biologiche Alexander Supin presso l'Istituto di ecologia ed evoluzione. A. N. Severtsov RAS (Mosca).

FISIOLOGIA DEL MOVIMENTO

Le parole di Sechenov secondo cui "tutte le manifestazioni esterne dell'attività cerebrale possono essere ridotte al movimento muscolare" sono vere anche oggi. La moderna fisiologia del movimento è un'area di interesse per fisiologi, matematici e specialisti nel campo della teoria del controllo.

Un ruolo chiave nell'organizzazione del comportamento motorio è svolto dal feedback, che consente di valutare l'andamento della prestazione e il risultato del movimento e, se necessario, correggerli. I nostri eccezionali fisiologi Nikolai Bernshtein, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze mediche dell'URSS, e l'accademico Pyotr Anokhin furono i primi a rendersene conto negli anni '30 e '40. Studi successivi condotti negli anni '60 dal fisiologo accademico Viktor Gurfinkel e dal matematico Israel Gelfand, insieme ai loro studenti, divennero dei classici. I risultati ottenuti hanno poi costituito la base per la creazione di un robot che cammina, nuovi metodi per la riabilitazione di pazienti con lesioni del midollo spinale. Anche il lavoro di Grigory Orlovsky, Fedor Severin e Mark Shik, dipendenti dell'Istituto per i problemi di trasmissione delle informazioni dell'Accademia delle scienze dell'URSS, pubblicato nel 1967, in cui fu descritto per la prima volta il generatore spinale dei movimenti del passo, divenne un classico.

Più recentemente, il dottore in scienze biologiche Yuri Gerasimenko del Laboratorio di fisiologia del movimento dell'Istituto di fisiologia prende il nome. IP Pavlova Institute of Sciences dell'Accademia delle scienze russa, insieme a fisiologi americani, ha dimostrato che la stimolazione elettrica del midollo spinale in combinazione con l'azione farmacologica ha causato movimenti di passo ben coordinati nei ratti, ad es. camminare, con il pieno supporto del peso corporeo (questi risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica neurobiologica "Nature Neuroscience" nel 2009)

Il successo degli esperimenti sugli animali dà speranza a migliaia di pazienti con paralisi spinale per una riabilitazione almeno parziale.

La fisiologia del movimento continua ad essere oggetto di studio attivo.

La fisiologia del sistema motorio è la componente più importante della fisiologia gravitazionale, alla quale i nostri scienziati hanno dato un contributo eccezionalmente ampio. Gli studi in condizioni di assenza di peso hanno permesso di determinare il ruolo dei sistemi cerebrali, principalmente quelli sensoriali, nel garantire il normale comportamento motorio. Il laboratorio del membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Inesa Kozlovskaya presso l'Istituto di problemi biomedici dell'Accademia delle scienze russa sta lavorando attivamente in questa direzione.

Comprendere i meccanismi fisiologici del movimento è la base della neurologia, e in questa importante area medica e fisiologica, il laboratorio del Dr. Marat Ioffe presso l'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze russa ha lavorato con successo per lungo tempo tempo.

BASI FISIOLOGICHE DELLE FUNZIONI MENTALI

Questa direzione è una delle più eccitanti, in rapido sviluppo e, si potrebbe dire, rivoluzionaria. Negli ultimi anni sono stati compiuti notevoli progressi in questo settore e, cosa forse più importante, sono state poste nuove domande a cui resta ancora una risposta. Il ponte gettato da Ivan Sechenov e Ivan Pavlov dalla fisiologia alla psicologia si sta trasformando nel percorso generale delle moderne neuroscienze. Qual è la cosa principale qui dal punto di vista dei meccanismi fisiologici? Il fatto che siano coinvolte sia sinapsi che geni, sia interazioni intercellulari che "macchine" intracellulari. Impossibile non ricordare, a questo proposito, il grande istologo spagnolo Ramón y Cajal. Già nel 1894, espresse l'idea che l'apprendimento si basa sull'aumento dell'efficienza della sinapsi (ora questo è stato stabilito utilizzando sottili metodi moderni). Inoltre, l'attivazione ripetuta porta a un'efficienza ancora maggiore.

Di eccezionale importanza è lo studio elettrofisiologico dei meccanismi dell'apprendimento e della memoria. Nel nostro paese si sta sviluppando con successo, ad esempio, nel laboratorio di Vladimir Skrebitsky, membro corrispondente dell'Accademia russa delle scienze e dell'Accademia russa delle scienze mediche (Centro scientifico di neurologia dell'Accademia russa delle scienze mediche): i farmaci vengono sviluppato qui che migliora la memoria, compromessa nelle malattie del cervello o indebolimento dovuto all'invecchiamento.

A partire dagli anni '70, i progressi nello studio dei meccanismi cellulari e molecolari della memoria sono stati in gran parte associati allo studio del sistema nervoso semplice degli invertebrati. In primo luogo, sono un oggetto conveniente per vari tipi di esperimenti e, in secondo luogo, sono estremamente interessanti dal punto di vista dell'evoluzione e della fisiologia comparata. Uno dei primi che ha studiato in dettaglio negli anni '60 - '70 la trasmissione sinaptica e la diversità dei neurotrasmettitori nei molluschi è stato Dmitry Sakharov, dottore in scienze biologiche, presso l'Istituto di biologia dello sviluppo dal nome. NK Koltsova RAS. Tra i principali team scientifici che studiano i meccanismi di apprendimento, memoria e comportamento negli invertebrati c'è il laboratorio del dottore in biologia Pavel Balaban presso l'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze russa. Utilizzando moderni metodi elettrofisiologici e ottici per registrare l'attività dei neuroni cocleari, lui ei suoi colleghi sono riusciti a descrivere l'organizzazione delle reti nervose nei sistemi nervosi semplici. Per la costruzione di una futura teoria dell'informazione del cervello, l'accumulo di dati sperimentali di questo tipo è di eccezionale valore.

Sia le sinapsi che i "macchinari" intracellulari sono coinvolti nei meccanismi dell'apprendimento e della memoria. La memoria a breve termine (minuti - decine di minuti) dipende dai cambiamenti conformazionali nelle molecole proteiche delle strutture sinaptiche, mentre la memoria a lungo termine (giorni e anni) è dovuta all'espressione genica, alla sintesi di nuove proteine, molecole di RNA e comparsa di nuove sinapsi. La domanda è: quali geni vengono attivati ​​durante l'apprendimento e cosa fanno esattamente nelle cellule nervose? In questa direzione, il laboratorio del corrispondente membro dell'Accademia delle scienze russa e dell'Accademia russa delle scienze mediche Konstantin Anokhin sta lavorando con successo in questa direzione presso l'Istituto di fisiologia normale. PK Anokhin RAMS (Mosca).

Sono stati compiuti notevoli progressi nella comprensione della posizione di diversi tipi di memoria grazie alle nuove tecniche di imaging cerebrale. Prima di tutto, stiamo parlando di risonanza magnetica funzionale, anche se nel nostro paese è ancora utilizzata principalmente in clinica. Per quanto riguarda la tomografia a emissione di positroni, viene utilizzata con successo per la ricerca fondamentale dal membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa Svyatoslav Medvedev e dal suo staff presso l'Istituto del cervello umano. N. P. Bekhtereva RAS (San Pietroburgo).

Utilizzando questi metodi, è stato dimostrato che la memoria non è diffusamente distribuita in tutto il cervello, come si pensava in precedenza, ma è localizzata in alcune parti di esso. Questa è una conclusione di fondamentale importanza per la fisiologia (neuro e psicofisiologia) e la medicina (neurologia, neurochirurgia, psichiatria).

Ora sulla coscienza - un problema all'incrocio di almeno tre scienze - fisiologia, psicologia e filosofia. Qual è la cosa principale qui? Consapevolezza della posizione più importante, secondo la quale la COSCIENZA è un processo, un'azione, e non "qualcosa" che giace passivamente nel cervello. Nessuno può ora dare una definizione concisa e chiara della coscienza. Sono state avanzate diverse ipotesi sui suoi meccanismi. Uno di questi è stato proposto negli anni '80 -'90 da Alexei Ivanitsky, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa (Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia, Accademia delle scienze russa). La sua essenza è che l'elemento più importante della coscienza - l'immagine soggettiva del mondo esterno - sorge nella corteccia di proiezione del cervello come risultato della sintesi delle informazioni sensoriali provenienti dall'esterno con le informazioni contenute nella memoria. Il confronto del flusso di informazioni nuove, in arrivo e memorizzate è un momento chiave nel "flusso di coscienza". La sintesi si verifica a seguito del movimento circolare degli impulsi nervosi. Idee simili furono sviluppate un po 'più tardi da altri scienziati, incluso il premio Nobel nel 1972 Gerald Edelman (USA).

Concludendo questa sezione, va sottolineato che il problema della "coscienza e del cervello" richiede la combinazione di scienze naturali e conoscenze umanitarie.

NEUROINFORMATICA

Diventa ovvio che la politica scientifica dei paesi sviluppati nella prima metà del XXI secolo. si concentrerà sullo studio del cervello e delle sue funzioni superiori. Il ruolo più importante nella soluzione di questi problemi appartiene alla neuroinformatica. La matematica e il calcolo nella neuroinformatica sono impensabili al di fuori delle neuroscienze.

Il substrato materiale per la trasmissione, l'elaborazione e l'analisi delle informazioni nel cervello sono gli impulsi nervosi elettrici nelle sinapsi, da neurone a neurone. Pertanto, quando si parla di elaborazione delle informazioni nelle "reti neurali", si parla della comprensione dei codici degli impulsi che trasportano le informazioni e della struttura di queste stesse "reti", vale a dire sistemi di comunicazione tra i neuroni. Inoltre, è necessario comprendere il "macchinario molecolare" dei singoli neuroni. Ciò è necessario perché molti processi fisico-chimici che si verificano all'interno della cellula non solo assicurano la sua attività vitale, ma, a quanto pare, svolgono contemporaneamente il ruolo di operazioni computazionali.

Nonostante l'enorme portata del lavoro nel campo della neuroinformatica, va riconosciuto che non è stato ancora creato un linguaggio matematico soddisfacente per descrivere sistemi viventi non formalizzabili - una cellula vivente o "reti nervose". Questo è uno dei punti più "caldi" della moderna scienza del cervello. Le neuroscienze computazionali in tutto il mondo sono molto attive. Gruppi e laboratori a Mosca, Rostov sul Don, San Pietroburgo, Nizhny Novgorod stanno lavorando con successo in questa direzione. Ma, a differenza degli Stati Uniti, molti paesi dell'Europa e dell'Asia, purtroppo sono estremamente pochi.

Per quanto riguarda le applicazioni pratiche, in particolare quelle mediche, sono disponibili e piuttosto impressionanti. Uno di questi è la tecnologia della connessione diretta del cervello con un dispositivo tecnico esterno. Ora sono stati creati sistemi in grado di trasmettere informazioni in una direzione, dal cervello al computer. Ad esempio, registrando i potenziali evocati da determinate aree della corteccia cerebrale e trasmettendoli a un dispositivo esterno, un paziente impossibilitato a parlare ea muoversi può comunicare a distanza le informazioni necessarie al personale medico. Per il prossimo futuro, sarà una procedura operativa standard impiantare un sistema elettronico nel cervello che consentirà di controllare una sedia a rotelle, un braccio o una gamba protesici.

In tutti questi casi si tratta della registrazione e trasmissione di segnali elettrici rilevabili in modo affidabile (potenziali) generati da determinate aree del cervello. Il lavoro in quest'area applicata viene svolto da diversi team. Ad esempio, nel laboratorio del dottore in biologia Alexander Frolov presso l'Istituto di attività nervosa superiore e neurofisiologia dell'Accademia delle scienze russa, sono stati proposti metodi originali per la diagnosi precoce delle malattie del movimento.

Un'altra applicazione medica è la neuroprotesi. Milioni di pazienti hanno già installato chip uditivi che percepiscono il suono e trasmettono informazioni direttamente ai neuroni dei centri cerebrali corrispondenti. Di conseguenza, le persone sorde possono ascoltare e comprendere il parlato. In futuro è possibile la comparsa di protesi elettroniche visive e olfattive. Si sta tentando di trasmettere informazioni dall'esterno, oltre agli organi di senso, direttamente al cervello.

Un'altra area in rapido sviluppo dell'applicazione pratica della neuroinformatica è la robotica. Negli anni '70 e '90, è stato in quest'area che è stato svolto un lavoro pionieristico nell'ambito del programma lunare nazionale. Stiamo parlando di creare un robot in grado di muoversi su terreni accidentati. All'inizio, il compito sembrava quasi impossibile. È stato possibile risolverlo comprendendo i meccanismi di organizzazione dell'attività motoria degli animali. Un team di fisiologi guidati dall'accademico Viktor Gurfinkel (Istituto per i problemi di trasmissione delle informazioni dell'Accademia delle scienze dell'URSS) e meccanici guidati dall'accademico Dmitry Okhotsimsky e dal dottore in scienze fisiche e matematiche Evgeny Devyanin (Istituto di matematica applicata dell'Accademia delle scienze dell'URSS e l'Istituto di Meccanica dell'Università Statale di Mosca intitolato a M. V. Lomonosov) ha creato il famoso "Sei zampe" - un "insetto" meccanico. È diventata il prototipo di molti robot antropomorfi moderni e sofisticati, capaci, ad esempio, di giocare a ping pong (Giappone). Il lavoro in questa direzione (controllo del movimento) continua nel laboratorio del dottore in biologia Yuri Levik presso l'Istituto per i problemi di trasmissione delle informazioni. AA Kharkevich RAS.

Per quanto riguarda la creazione di intelligenza artificiale e computer di nuova generazione, in questo settore in rapido sviluppo vengono impiegati specialisti di vari profili. Naturalmente, i supercomputer di oggi sono per molti versi superiori alle capacità del cervello umano. Ma a differenza dell'Homo sapiens, anche il più perfetto di loro non possiede intelligenza. Tuttavia, secondo un certo numero di ricercatori nel campo dell'informatica, questo problema è tecnico e sarà risolto in un futuro relativamente prossimo.

Un futuro meraviglioso o terribile attende l'umanità? I rapidi progressi nel campo delle neuroscienze stanno portando a questa questione etica fondamentale. Le incredibili possibilità che si aprono per influenzare la personalità umana e la vita sociale della società, la prospettiva di creare "computer cognitivi" antropomorfi e molto altro sollevano inevitabilmente questa "dannata" domanda. La risposta, come più volte è accaduto nella storia, dipende non solo e non tanto dagli scienziati, ma dalla società stessa.

Accademico Mikhail OSTROVSKII, Presidente della Società di Fisiologia. I. P. Pavlova, capo del laboratorio dell'Istituto di fisica biochimica. NM Emanuel RAS

Cervello contro cervello: chi vince?

Il problema dello studio del cervello umano, il rapporto tra cervello e psiche, è uno dei problemi più entusiasmanti che siano mai sorti nella scienza. Per la prima volta, l'obiettivo è conoscere qualcosa di pari complessità allo stesso strumento di cognizione. 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, oltre a strumenti e metodi, il nostro cervello umano rimane il principale mezzo per comprendere il cervello. Di solito un dispositivo che studia un fenomeno o un oggetto è più complicato di questo oggetto, in questo caso stiamo cercando di agire su un piano di parità: cervello contro cervello.
L'enormità del compito ha attirato molte grandi menti: Ippocrate, Aristotele, Cartesio e molti altri hanno parlato dei principi del cervello.
Nel secolo scorso sono state scoperte le aree del cervello responsabili della parola - dopo gli scopritori sono chiamate le aree di Broca e Wernicke. Tuttavia, il vero studio scientifico del cervello è iniziato con il lavoro del nostro brillante connazionale I. M. Sechenov. Avanti - V. M. Bekhterev, I. P. Pavlov ... Qui smetterò di elencare i nomi, poiché ci sono molti eccezionali ricercatori del cervello nel ventesimo secolo e il pericolo di perdere qualcuno è troppo grande (specialmente da coloro che sono ancora vivi, Dio non voglia ). Sono state fatte grandi scoperte, ma le possibilità dei metodi dell'epoca per lo studio delle funzioni umane sono molto limitate: test psicologici, osservazioni cliniche e, dagli anni Trenta, l'elettroencefalogramma. È come cercare di capire come funziona una TV dal ronzio di lampade e trasformatori o dalla temperatura di un case, o cercare di capire il ruolo dei suoi blocchi costituenti, in base a cosa succede alla TV se questo blocco viene rotto.
Tuttavia, la struttura del cervello, la sua morfologia, sono già state studiate abbastanza bene. Ma le idee sul funzionamento delle singole cellule nervose erano molto vaghe. Pertanto, mancava una conoscenza completa dei mattoni che compongono il cervello e degli strumenti necessari per il loro studio.

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 da neurone a neurone 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, se ne possono osservare solo decine, e anche in questo caso, non quelle cellule necessarie per la ricerca, ma quelle che si trovano accanto all'elettrodo terapeutico, spesso cadono nel campo visivo dei ricercatori.
Nel frattempo, il mondo stava subendo una rivoluzione tecnologica. Nuove capacità computazionali hanno permesso di portare lo studio delle funzioni cerebrali superiori a un nuovo livello 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. Widsch, quindi, il Congresso degli Stati Uniti ha dichiarato gli anni Novanta un decennio dello studio del cervello umano. Questa iniziativa è diventata rapidamente internazionale. Ora in tutto il mondo centinaia dei migliori laboratori stanno 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.
La direzione principale dell'attività 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 arrecare particolari disagi alla persona. È così che vengono eseguiti, ad esempio, esami tomografici o mappature cerebrali mediante elettroencefalografia.
Ma capita che una malattia o un incidente "avvii un esperimento" sul cervello umano, ad esempio la parola o la memoria di un paziente sono compromesse. 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. Ci sono pazienti gravemente malati nella clinica e talvolta è possibile
aiutarli nei casi che erano considerati senza speranza. Naturalmente, questo non è sempre possibile. In generale, quando si sentono garanzie illimitate nel trattamento delle persone, ciò solleva seri dubbi.

Giorni feriali e ore migliori di laboratori

Ogni laboratorio ha le sue realizzazioni. Ad esempio, il laboratorio, diretto dal professor V. A. Ilyukhina, si sta sviluppando nel campo della neurofisiologia degli stati funzionali del cervello.
Cos'è? Cercherò di spiegarmi con un semplice esempio. Tutti sanno che la stessa frase a volte viene percepita da una persona in modi diametralmente opposti, a seconda dello stato in cui si trova: malato o sano, eccitato o calmo. Questo è simile a come la stessa nota, presa ad esempio da un organo, abbia un timbro diverso a seconda del registro. Il nostro cervello e il nostro corpo sono il sistema multi-registro più complesso, dove il ruolo del registro è svolto dalla condizione umana. Possiamo dire che l'intera gamma di relazioni tra una persona e l'ambiente è determinata dal suo stato funzionale. Determina sia la possibilità di un "fallimento" dell'operatore al pannello di controllo della macchina più complessa, sia la reazione del paziente all'assunzione del farmaco.
Nel laboratorio del professor Ilyukhina vengono studiati gli stati funzionali, nonché da quali parametri sono determinati, come questi parametri e gli stati stessi dipendono dai sistemi regolatori del corpo, come le influenze esterne e interne cambiano gli stati, a volte causando malattie, e come, a loro volta, gli stati del cervello e del corpo influenzano il decorso della malattia e l'effetto dei farmaci. Con l'aiuto dei risultati ottenuti, è possibile fare la scelta giusta tra metodi alternativi di trattamento. È in corso anche la determinazione delle capacità adattative di una persona: quanto sarà stabile sotto qualsiasi effetto terapeutico, stress.
Il laboratorio di neuroimmunologia è impegnato in un compito molto importante. Le violazioni dell'immunoregolazione spesso portano a gravi malattie cerebrali. Questa condizione deve essere diagnosticata e trattata - immunocorrezione. Un tipico esempio di malattia neuroimmune è la sclerosi multipla, studiata presso l'istituto da un laboratorio guidato dal professor I. D. Stolyarov. Non molto tempo fa, è entrato a far parte del consiglio del Comitato europeo per la ricerca e il trattamento della sclerosi multipla.
Nel ventesimo secolo l'uomo iniziò a cambiare attivamente il mondo che lo circondava, celebrando la vittoria sulla natura, ma si scoprì che era troppo presto per festeggiare: allo stesso tempo, i problemi creati dall'uomo stesso, il cosiddetto uomo quelli fatti, sono esacerbati. Viviamo sotto l'influenza di campi magnetici, alla luce di lampade a gas lampeggianti, guardiamo per ore il display di un computer, parliamo al cellulare... Tutto questo è tutt'altro che indifferente al corpo umano: ad esempio, è risaputo che la luce lampeggiante può provocare una crisi epilettica. Puoi eliminare il danno arrecato al cervello con misure molto semplici: chiudi un occhio. Per ridurre drasticamente l '"effetto dannoso" del radiotelefono (a proposito, non è stato ancora definitivamente dimostrato), è sufficiente modificarne il design in modo che l'antenna sia diretta verso il basso e il cervello non sia irradiato. Questi studi sono condotti da un laboratorio guidato dal dottore in scienze mediche E. B. Lyskov. Ad esempio, lui ei suoi collaboratori hanno dimostrato che l'esposizione a un campo magnetico alternato influisce negativamente sul processo di apprendimento.
A livello delle cellule, il lavoro del cervello è associato alle trasformazioni chimiche di varie sostanze, quindi per noi sono importanti i risultati ottenuti nel laboratorio di neurobiologia molecolare, diretto dal professor SA Dambinova. I dipendenti di questo laboratorio stanno sviluppando nuovi metodi per diagnosticare le malattie del cervello, alla ricerca di sostanze chimiche di natura proteica in grado di normalizzare i disturbi del tessuto cerebrale nel parkinsonismo, nell'epilessia, nella dipendenza da droghe e alcol. Si è scoperto che l'uso di droghe e alcol porta alla distruzione delle cellule nervose. I loro frammenti, entrando nel flusso sanguigno, inducono il sistema immunitario a produrre i cosiddetti "autoanticorpi". Gli "autoanticorpi" rimangono a lungo nel sangue, anche nelle persone che hanno smesso di usare droghe. Questo è un tipo di memoria corporea che memorizza informazioni sull'uso di droghe. Se misuri la quantità di autoanticorpi contro frammenti specifici di cellule nervose nel sangue di una persona, puoi fare una diagnosi di "tossicodipendenza" anche diversi anni dopo che la persona ha smesso di usare droghe.

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 meno 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 del Central Research Institute 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 del movimento (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 la "più alta acrobazia", ​​ma è su questa strada che si dovrebbe cercare la possibilità di curare molte gravi malattie, 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 che sostituisca quello distrutto dal trauma.
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 sono "educate" nel processo di sviluppo umano. Imparando a svolgere alcuni compiti, ne dimenticano altri, ma non per sempre. Pur avendo superato la "specializzazione", in linea di principio sono in grado di assumersi l'esecuzione 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 il comando di una nave: uno è bravo a guidare la nave, l'altro è bravo a sparare, il terzo è bravo 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, alcuni pazienti con area di Broca compromessa, responsabile della formazione della parola, sono stati in grado di imparare di nuovo a parlare.
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 effettuate diverse centinaia (soprattutto negli Stati Uniti) di interventi psicochirurgici stereotassici per trattare pazienti affetti da alcuni disturbi mentali (principalmente 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 cerebrali superiori: attenzione, memoria, pensiero, parola, 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 cerebrali inerenti solo all'uomo vengono studiate utilizzando vari approcci: viene utilizzato un elettroencefalogramma "normale", ma a un nuovo livello di mappatura cerebrale, lo studio dei potenziali evocati, la registrazione di questi processi insieme all'attività impulsiva dei neuroni a diretto contatto con tessuto cerebrale - per questa tomografia a emissione di positroni vengono utilizzati elettrodi e attrezzature impiantati.
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 in un momento in cui 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.
Il rilevamento degli errori può anche diventare una malattia quando questo meccanismo funziona più del necessario e a una persona sembra sempre di aver dimenticato qualcosa.
In termini generali, anche oggi ci è chiaro il processo di attivazione delle emozioni a livello cerebrale. Perché una persona li affronta e l'altra - "affonda", non può scappare
da un circolo vizioso dello stesso tipo di esperienze? Si è scoperto che in una persona "stabile", i cambiamenti nel metabolismo nel cervello, associati, ad esempio, al dolore, sono necessariamente compensati dai cambiamenti nel metabolismo in altre strutture dirette nella direzione opposta. In una persona "instabile", questa compensazione è interrotta.

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 orgoglioso" gruppo di neuroni che "si gonfia" quando la grammatica viene interrotta e lo segnala al cervello. Perché è necessario? Probabilmente, quindi, che la comprensione del discorso spesso passa prima di tutto attraverso l'analisi della grammatica (si ricordi 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, per così dire, risolvono qualsiasi problema con il mondo intero. 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 sono più attive nell'area del cervello che è "responsabile" proprio di queste abilità. Lavoro di rafforzamento
le cellule nervose possono essere registrate 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: "C'è pericolo nelle vicinanze". Il meccanismo dell'attenzione involontaria si è formato in una persona 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 tutto i suoni del mondo che lo circonda, la sua attenzione è distratta e improvvisamente un motore silenzioso sposta immediatamente la sua attenzione sull'auto - si rende conto che qualcosa 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 della malattia. Il laboratorio di Kropotov studia i bambini con il cosiddetto disturbo da deficit di attenzione e iperattività. Sono bambini difficili, più spesso ragazzi che non riescono a concentrarsi sulla lezione, spesso vengono rimproverati a casa ea scuola, ma in realtà hanno bisogno
essere curati perché alcuni dei meccanismi specifici del cervello sono interrotti. Fino a poco tempo fa, questo fenomeno non era considerato una malattia e i metodi di "potenza" 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.

I segreti del cervello stanno ancora aspettando dietro le quinte

Spesso dimentichiamo l'ovvio: una persona non è solo un cervello, ma anche un corpo. È impossibile capire come funziona il cervello senza considerare la ricchezza dell'interazione dei sistemi cerebrali con i vari sistemi del corpo. A volte questo è ovvio, ad esempio il rilascio di adrenalina nel sangue fa passare il cervello a ma
modalità operativa. Una mente sana in un corpo sano riguarda l'interazione tra il corpo e il cervello. Tuttavia, non tutto è chiaro qui. Lo studio di questa interazione sta ancora aspettando i suoi ricercatori.
Oggi possiamo dire di avere una buona idea di come funziona una cellula nervosa. Molte macchie bianche sono scomparse sulla mappa del cervello, sono state individuate le aree responsabili delle funzioni mentali. Ma tra la cellula e l'area del cervello c'è un altro livello molto importante: la totalità delle cellule nervose, l'insieme dei neuroni. C'è ancora molta incertezza qui. Con l'aiuto della PET, possiamo tracciare quali aree del cervello sono "accese" durante l'esecuzione di determinati compiti, ma cosa succede all'interno di queste aree, quali segnali si inviano le cellule nervose, in quale sequenza, come interagiscono tra loro - ne parleremo per ora, sappiamo poco. Anche se ci sono alcuni progressi in questa direzione.
In precedenza, si credeva che il cervello fosse diviso in aree chiaramente delimitate, ognuna delle quali è "responsabile" della sua funzione: questa è la zona di flessione del mignolo, e questa è la zona dell'amore per i genitori. Queste conclusioni si basavano su semplici osservazioni: se una determinata area è danneggiata, anche la sua funzione è compromessa. Nel tempo, è diventato chiaro che sempre più difficile:
i neuroni all'interno di zone diverse interagiscono tra loro in modo molto complesso, ed è impossibile eseguire un chiaro "legame" di funzione a una regione del cervello ovunque in termini di fornitura di funzioni superiori. Si può solo dire che quest'area è legata alla parola, alla memoria, alle emozioni. E dire che questo insieme neurale del cervello (non un pezzo, ma una rete ampiamente diffusa) e solo esso è responsabile della percezione delle lettere, e questo - parole e frasi, non è ancora possibile. Questo è il compito del futuro.
Il lavoro del cervello nel fornire tipi più elevati di attività mentale è simile al lampo di un saluto: all'inizio vediamo molte luci, poi iniziano a spegnersi e ad accendersi di nuovo, ammiccandosi a vicenda, alcuni pezzi rimangono buio, altri lampeggiano. Inoltre, il segnale di eccitazione viene inviato a una certa area del cervello, ma l'attività delle cellule nervose al suo interno è soggetta ai propri ritmi speciali, alla propria gerarchia. In connessione con queste caratteristiche, la distruzione di alcune cellule nervose può essere una perdita irreparabile per il cervello, mentre altre potrebbero benissimo sostituire i vicini neuroni "riappresi". Ogni neurone può essere considerato solo all'interno dell'intero accumulo di cellule nervose. Secondo me, ora il compito principale è decifrare il codice nervoso, cioè capire in che modo vengono fornite specificamente le funzioni superiori del cervello. Molto probabilmente, questo può essere fatto attraverso lo studio dell'interazione degli elementi cerebrali, attraverso la comprensione di come i singoli neuroni sono combinati in una struttura e la struttura - in un sistema e in un intero cervello. Questo è il compito principale del prossimo secolo. Anche se c'è ancora qualcosa per il ventesimo.

I genitori e gli insegnanti che leggono molto ad alta voce e discutono di ciò che leggono con i loro figli accelerano e stimolano il loro sviluppo mentale (dei bambini).

I neuroni nel cervello si formano per tutta la vita, in contrasto con il mito precedentemente diffuso secondo cui le cellule nervose non si rigenerano.

Affinché questa educazione abbia luogo, devi costantemente "caricare" il tuo cervello, ottenendo nuove impressioni.
Nelle persone mancine e con doppia impugnatura, il corpo calloso nel cervello è in media dell'11% più grande rispetto ai destrimani.

Il corpo calloso è una formazione speciale, costituita da 200-250 milioni di fibre nervose che collegano gli emisferi sinistro e destro, una sorta di bus dati.

Il cervello cresce di dimensioni fino a una media di 18 anni.

Se un bambino si trova in un ambiente che stimola lo sviluppo, sarà più bravo del 25% nell'assimilare le informazioni più avanti nella vita. Al contrario, un habitat primitivo riduce le capacità di apprendimento dello stesso 25%.

Il cervello di una persona creativa funziona in una modalità speciale, in contrasto con la "fetta biscottata" tecnologica

A New York è stato condotto uno studio interessante, secondo il quale gli studenti che escludevano dalla loro dieta cibi con aromi e conservanti artificiali avevano in media un QI superiore del 14% rispetto ai loro compagni meno schizzinosi. Qui, tuttavia, non è chiaro se l'aumento del QI abbia causato il rifiuto del cibo sintetico o l'assenza di sapori abbia causato un aumento del QI. Mi piacerebbe credere che il secondo.

Il cervello umano ha un innato desiderio di conoscenza, cioè curiosità. Ma in assenza di stimoli, questo desiderio scompare rapidamente, lasciando il posto alla noia.

Un altro studio ha dimostrato che lo studio di cose e fenomeni nuovi porta a un rapido cambiamento nella struttura dell'attività cerebrale, e anche dopo una settimana di allenamento.

La musica migliora l'apprendimento. La più efficace è una leggera melodia di sottofondo, in particolare la musica classica.

Ci sono due amigdala nel cervello (una in ogni emisfero) che sono responsabili della nostra capacità di leggere i volti degli altri e capire come si sentono.

La capacità di apprendere e ricordare è chiamata memoria dichiarativa, al contrario dei ricordi diretti, "localizza" in una parte diversa del cervello.

L'odore ti consente di assorbire meglio la conoscenza. Uno studio ha dimostrato che combinare l'apprendimento con determinati profumi migliora il processo di memorizzazione.

Ogni volta che ricordi qualcosa, nel tuo cervello si forma una nuova connessione.

La memoria è fortemente associata alle associazioni, quindi il modo associativo di apprendimento è molto efficace. Le associazioni sono connessioni tra vari fenomeni, concetti e così via.

Si ritiene che il cervello organizzi i ricordi durante il sonno.

La mancanza di sonno compromette la capacità di ricordare.

La memoria a breve termine è associata a interazioni elettrochimiche a breve termine nel cervello e la memoria a lungo termine è associata a un cambiamento nella struttura delle connessioni tra i neuroni.

Ogni volta che sbattiamo le palpebre, il nostro cervello "ricorda" l'immagine e la trattiene finché non iniziano ad arrivare nuove informazioni visive.

Se questo fenomeno non esistesse, sbattendo le palpebre dovremmo riesaminare l'ambiente circostante.

Sembrerebbe, cosa potrebbe esserci di più facile delle risate? Si scopre che questo processo richiede l'attività di almeno cinque aree del cervello: il lato sinistro della corteccia cerebrale, che analizza la frase e la smonta. Dopodiché entra in gioco una vasta parte del lobo frontale, responsabile del comportamento sociale. Inoltre, l'emisfero destro analizza il significato dello scherzo, "entra" in esso. Quindi il lobo occipitale si attiva ed elabora i segnali visivi o il modo in cui gli altri reagiscono a uno scherzo. Infine, le aree motorie del cervello inviano un segnale ai muscoli corrispondenti, provocando suoni caratteristici.

Non si sa ancora esattamente perché sbadigliamo e perché lo sbadiglio sia così contagioso. Secondo un'ipotesi, lo sbadiglio precedente era una sorta di rituale sociale, quindi le parti più profonde del nostro subconscio lavorano, provocando sbadigli e "rispondendo" allo sbadiglio degli altri.

Nel tempo, la funzione dello sbadiglio è diventata puramente decorativa, trasformandosi in un vestigio.

Harvard ha una banca del cervello che contiene oltre 7.000 copie del cervello umano per la ricerca.

I cartoni Disney sono una chiara dimostrazione di vari disturbi nervosi: i personaggi in essi spesso russano, hanno incubi e sonnambulismo.

È stato stimato che la persona media pensa 70.000 pensieri al giorno.

L'antico filosofo greco Aristotele credeva che il pensiero e la coscienza si trovassero nel cuore.

La funzione cerebrale è influenzata da molti fattori, persino dalla gravità. È stato stabilito che in condizioni di assenza di gravità, la natura dell'interazione dei neuroni nel cervello cambia.

Nei drammi di Shakespeare, la parola "cervello" ricorre 66 volte.

Gli archeologi hanno trovato prove che la chirurgia cerebrale primitiva veniva eseguita nel 2000 a.C. È vero, si limitavano a fare buchi nel cranio per ridurre la pressione intracranica.

Il cervello è per tre quarti acqua normale.

L'idea che usiamo il 10% della nostra capacità cerebrale è un mito. Anche con un'attività relativamente semplice, tutte le sue aree sono coinvolte.

Il peso medio del cervello umano è di 1300 grammi

Il cervello elabora i segnali del dolore da molte migliaia di recettori del dolore, ma allo stesso tempo non ha cellule sensibili al dolore, quindi non lo "sente".

Quindi cosa sappiamo oggi? Faktrum ha raccolto 25 fatti sul cervello umano meraviglioso, strano e incredibilmente potente.

1. Il cervello di una persona vivente ha una tinta rosa. Le cellule grigie, che costituiscono il 40% del nostro cervello, diventano grigie solo dopo la morte.

2. Ci sono circa 80-100 miliardi di neuroni (cellule nervose) nel cervello. Ci sono quasi 200 milioni di neuroni in più nell'emisfero sinistro che in quello destro.

3. I neuroni hanno dimensioni variabili da 4 a 100 µm di larghezza. Per avere un'idea di quanto sia piccolo, guarda il punto alla fine di questa frase, ha una circonferenza di circa 500 micron, quindi oltre 100 dei neuroni più piccoli possono stare al suo interno.

4. Le differenze di sesso nel cervello sono controverse, ma secondo uno studio del 2014 pubblicato sulla rivista Neuroscience, più materia grigia nel cervello delle donne.

5. Una percentuale maggiore di materia grigia può trovarsi nelle persone con una mentalità umanitaria.

6. La ricerca mostra che l'esercizio fisico regolare può portare ad un aumento della materia grigia all'interno dell'ippocampo.

7. Negli uomini, con meno materia grigia, più liquido bianco e cerebrospinale.

8. La materia bianca, che costituisce il restante 60% del cervello, prende il suo colore dalla mielina, che isola gli assoni e aumenta la velocità con cui viaggiano gli impulsi elettrici.

9. Il grasso può danneggiare il cuore, ma fa bene al cervello. Più della metà del cervello, inclusa la mielina, è costituita da grasso.

10. Con un peso di circa 1,3 kg, il cervello costituisce solo il 2-3% del peso corporeo, ma consuma il 20% dell'ossigeno corporeo e il 15-20% del suo glucosio.

11. Il cervello genera un'incredibile quantità di energia. L'energia di un cervello addormentato potrebbe accendere una lampadina da 25 watt.

12. La dimensione del cervello non influisce sulla capacità mentale di una persona. Quindi, ad esempio, il cervello di Albert Einstein pesava 1,2 kg, che è leggermente inferiore alla dimensione media del cervello umano.

13. Gli assoni (neuriti, lungo i quali gli impulsi nervosi viaggiano dal corpo cellulare agli organi innervati) nel cervello di ogni persona possono essere dell'ordine di 161.000 km e possono avvolgere la Terra 4 volte.

14. Non ci sono recettori del dolore nel cervello. Pertanto, i neurochirurghi possono tagliare il cervello di una persona nella coscienza.

15. Non credere allo stupido mito del 10%. Usiamo il 100% del nostro cervello.

16. Le rughe nel nostro cervello, le cosiddette convoluzioni, aumentano la superficie del cervello, permettendogli di contenere più neuroni responsabili della memoria e del pensiero.

17. Vuoi più colpi di scena? Prova la meditazione. Il processo di conoscenza del proprio mondo interiore è strettamente correlato all'aumento del numero di circonvoluzioni nell'area del cervello responsabile della concentrazione, dell'introspezione e del controllo emotivo.

19. Ma anche un cervello esausto può essere produttivo. Alcuni esperti affermano che una persona ha 70.000 pensieri al giorno.

20. Le informazioni nel cervello passano attraverso diversi tipi di neuroni a velocità diverse, che vanno da 1,5 km all'ora a 440 km all'ora (paragonabile alla velocità dell'auto più veloce del mondo).

21. I nostri cervelli possono scansionare ed elaborare immagini complesse (come una piattaforma della metropolitana durante l'ora di punta) in appena 13 millisecondi. Questo è abbastanza veloce, dato che battere le palpebre richiede alcune centinaia di millisecondi.

22. Anche 15 anni fa, gli scienziati credevano che il cervello si formasse durante i primi anni di vita umana. Ma recenti ricerche hanno dimostrato che gli adolescenti stanno subendo cambiamenti critici nel cervello, specialmente nella corteccia prefrontale e nel sistema limbico, che sono responsabili del processo decisionale sociale, del controllo degli impulsi e dell'elaborazione emotiva.

23. Quando si tratta del cervello, un ritardo nel suo sviluppo è assolutamente normale. Certo, si diventa legalmente adulti a 18 anni, ma secondo i neuroscienziati lo sviluppo del cervello continua fino all'età di 25 anni.