چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است

چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است دانشمندان هنوز معمای نحوه کار مغز را با هم جمع می کنند. Yuichiro Chino / لحظه ای از طریق گتی ایماژ

اینکه مغز چگونه کار می کند یک معما باقی مانده است که فقط چند قطعه در آن جای دارد. از این میان ، یک قطعه بزرگ در واقع یک حدس است: اینکه بین این رابطه وجود دارد ساختار بدنی مغز و عملکرد آن.

مشاغل مغز شامل تفسیر ورودی های لمسی ، دیداری و صوتی و همچنین گفتار ، استدلال ، احساسات ، یادگیری ، کنترل خوب حرکات و بسیاری موارد دیگر است. دانشمندان علوم اعصاب تصور می کنند که آناتومی مغز - با صدها میلیارد فیبر عصبی - همه این عملکردها را ممکن می سازد. "سیمهای زنده" مغز در شبکه های پیچیده عصبی مرتبط هستند که توانایی های شگفت انگیز انسان را به وجود می آورند.

به نظر می رسد اگر دانشمندان بتوانند الیاف عصبی و اتصالات آنها را نقشه برداری کرده و زمان حرکت تکانه هایی که از طریق آنها جریان می یابد را برای عملکرد بالاتر مانند بینایی ثبت کنند ، باید بتوانند این سؤال را که چگونه فرد می بیند ، حل کنند. محققان در نقشه برداری از مغز با استفاده بهتر می شوند تراکتوگرافی - تکنیکی که بصری مسیرهای فیبر عصبی را با استفاده از مدل سازی سه بعدی نشان می دهد. آنها در ضبط چگونگی حرکت اطلاعات از طریق مغز با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی برای اندازه گیری جریان خون بهتر می شوند.

اما به رغم این ابزارها ، هیچ کس به نظر نمی رسد خیلی نزدیک باشد چگونه واقعاً می بینیم. علوم اعصاب فقط درک درستی از چگونگی همخوانی آن با یکدیگر دارند.

برای رفع این کمبود ، تحقیقات زیست مهندسی تیم من تمرکز روی روابط بین ساختار مغز و عملکرد است. هدف کلی توضیح علمی کلیه ارتباطات - اعم از آناتومیکی و بی سیم - است که در طی وظایف شناختی نواحی مختلف مغز را فعال می کند. ما در حال کار بر روی مدل های پیچیده ای هستیم که دانشمندان را از عملکرد مغز می دانند.

درنهایت ، تصویری واضح تر از ساختار و عملکرد ممکن است روش هایی را که جراحی مغز برای اصلاح ساختار و همچنین برعکس ، دارو سعی در اصلاح عملکرد دارد ، تنظیم کند.

چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است اتصالات الکتریکی نزدیک میدان سطح دیگری از ارتباطات درون مغز را فراهم می کند. تصاویر PM / سنگ از طریق گتی ایماژ


آخرین مطالب را از InnerSelf دریافت کنید


نقاط داغ بی سیم در سر شما

عملکردهای شناختی مانند استدلال و یادگیری از تعدادی از مناطق مجزا مغز به صورت توالی زمانی استفاده می کنند. آناتومی به تنهایی - نورونها و الیاف عصبی - نمی توانند تحریک این مناطق را به طور همزمان یا پشت سر هم توضیح دهند.

برخی اتصالات در واقع "بی سیم" هستند. اینها هستند اتصالات برقی نزدیک میدانو نه پیوندهای بدنی که در تراکتور ثبت شده اند.

[در صندوق ورودی خود تخصص داشته باشید. برای خبرنامه The Conversation ثبت نام کنید و هر روز خبرهای جدید را دریافت کنید.]

تیم تحقیقاتی من چندین سال با جزئیات کار کرده است منشاء این اتصالات بی سیم و اندازه گیری نقاط قوت میدان آنها یک قیاس بسیار ساده از آنچه در مغز اتفاق می افتد ، نحوه کار یک روتر بی سیم است. اینترنت از طریق اتصال سیمی به روتر تحویل داده می شود. سپس روتر با استفاده از اتصالات بی سیم ، اطلاعات را به لپ تاپ شما ارسال می کند. سیستم کلی انتقال اطلاعات به دلیل اتصال سیمی و بی سیم کار می کند.

چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است میدان های الکتریکی از ذرات باردار که در گره های غیر عایق شده خود از Ranvier جریان دارند و از سلولهای عصبی سرچشمه می گیرند ، ناشی می شوند. ttsz / iStock از طریق Getty Images Plus

در مورد مغز ، سلولهای عصبی باعث تحریک الكتریكی در بازوهای نخ های بلند مانند آكون از بدن سلول به سلولهای عصبی دیگر می شوند. در طول راه ، سیگنال های بی سیم به طور طبیعی از قسمت های غیر عایق سلول های عصبی ساطع می شوند. به این نقاط که فاقد عایق محافظتی است که بقیه آکسون را می پوشاند ، گفته می شود گره های Ranvier.

گره های رانویر اجازه می دهد تا یون های بارشی در داخل و خارج نورون پخش شوند و سیگنال الکتریکی را در زیر آکسون پخش کنند. با ورود یونها به داخل و خارج ، زمینه های الکتریکی تولید می شوند. شدت و ساختار این زمینه ها به فعالیت سلول عصبی بستگی دارد.

در اینجا مرکز جهانی شبکه های عصبی ما در حال چگونگی تمرکز اینها هستیم سیگنال های بی سیم در مغز کار می کنند برای برقراری ارتباط اطلاعات

جهان غیرخطی مغز

تحقیقات در مورد چگونگی منطبق شدن مناطق مغز با عملکردهای شناختی ، هنگام اتکا به فرضیاتی که منجر به مدلهای بسیار ساده می شوند ، اشتباه دیگری را مرتکب می شوند.

محققان تمایل دارند به عنوان مدل از رابطه استفاده کنند خطی با یک متغیر واحداندازه گیری اندازه متوسط ​​پاسخ منطقه مغز. این منطق پشت است طراحی اولین سمعک - اگر صدای شخص دو برابر بلند شود ، گوش باید دو برابر بیشتر جواب دهد.

چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است کاربران سمعک می دانند که فقط دو برابر کردن ورودی حسی یک مشکل اساسی است. AndreyPopov / iStock از طریق Getty Images Plus

اما سمعک ها با گذشت سالها بهبود یافته است به طوری که محققان دریافتند که گوش بهتر یک سیستم خطی نیست و نوعی فشرده سازی غیرخطی برای مطابقت با صداهای ایجاد شده با قابلیت شنونده لازم است. در حقیقت ، بیشتر موجودات زنده سیستم های سنجشی ندارند که به صورت خطی و یک به یک به محرک ها پاسخ دهند.

مدل های خطی فرض می کنند که اگر ورودی به یک سیستم دو برابر شود ، خروجی آن سیستم نیز دو برابر می شود. این در مورد مدل های غیرخطی صادق نیست ، جایی که بسیاری از مقادیر خروجی برای مقدار واحد ورودی می توانند وجود داشته باشند. و بیشتر دانشمندان با این امر موافق هستند محاسبات عصبی در حقیقت غیرخطی است.

یک سؤال اساسی در درک ارتباط بین مغز و رفتار این است که چگونه مغز بهترین راهکار را در بین گزینه های رقابتی تصمیم می گیرد. به عنوان مثال ، قشر جلوی مغز انتخاب های بهینه را انجام می دهد محاسبه مقادیر زیادی یا متغیرها - محاسبه بازپرداخت احتمالی ، احتمال موفقیت و هزینه از نظر زمان و تلاش. از آنجا که این سیستم غیرخطی است ، دو برابر شدن در پرداخت احتمالی ممکن است بیش از دو برابر تصمیم نهایی تصمیم نهایی را بگیرد.

جریان اطلاعات از طریق مغز بسیار پیچیده تر و پویاتر از آن است که یک مدل 2D می تواند به اندازه کافی نشان دهد.

مدل های خطی از تنوع زیادی از امکاناتی که می توانند در عملکرد مغز بوجود بیایند ، به ویژه مواردی فراتر از ساختار آناتومیکی ، غفلت نمی کنند. این مانند تفاوت بین بازنمایی 2D و 3D در دنیای اطراف ما است.

مدل های خطی فعلی فقط سطح متوسط ​​تحریک را در یک منطقه مغز یا جریان در سطح سطح مغز توصیف می کنند. اطلاعات بسیار کمتری نسبت به همکارانم دارد و من هنگام ساخت مدلهای غیرخطی از هر دو تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی پیشرفته و داده های بیو تصویربرداری نزدیک میدان استفاده می کنیم. مدلهای ما تصویری سه بعدی از جریان اطلاعات را در سطوح مغز و تا عمق درون آن ارائه می دهند - و ما را به نمایش نحوه عملکرد همه آنها نزدیک تر می کنند.

چگونه مغز پیچیده تر از آنچه آناتومی را پیشنهاد می کند ، پیچیده تر است یک مغز سالم می تواند مشکلات عملکردی داشته باشد. کتابخانه عکس علم از طریق گتی ایماژ

آناتومی طبیعی ، اختلال عملکرد فیزیولوژیکی

تیم تحقیقاتی من از این واقعیت که افراد با ساختارهای مغزی کاملاً طبیعی به نظر می رسند هنوز هم می توانند دارای مشکلات اساسی عملکردی باشند ، مورد تحریک واقع می شوند.

به عنوان بخشی از تحقیقات ما در مورد عملکرد عصبی ، ما از افراد در آسایشگاه ها ، گروه های حمایت از دزدی ، مراکز مراقبت توانبخشی ، مراکز تروما و بیمارستانهای مراقبت حاد بازدید می کنیم. ما به طور مداوم شگفت زده می شویم که افرادی که عزیزان خود را از دست داده اند می توانند علائم مشابه را نشان می دهند به بیمارانی که به بیماری آلزایمر مبتلا شده اند.

غم و اندوه مجموعه ای از پاسخ های عاطفی ، شناختی ، عملکردی و رفتاری به مرگ یا انواع دیگر از دست دادن است. این یک کشور نیست بلکه فرایندی است که می تواند موقت یا مداوم باشد.

مغز سالم به رنج کسانی که رنج می برند اندوه فیزیولوژیکی مشکلات آناتومیکی یکسانی نداشته باشید - از جمله نواحی کوچک شده مغز و قطع ارتباط بین شبکه های عصبی - که در افراد مبتلا به آلزایمر وجود دارد.

ما معتقدیم که این تنها یک نمونه از چگونگی نقاط داغ مغز - آن اتصالات غیر جسمی - به علاوه غنای عملکرد غیرخطی مغز می تواند منجر به نتایجی شود که با اسکن مغز پیش بینی نمی شود. نمونه های بسیار دیگری نیز وجود دارد.

این ایده ها ممکن است راه را برای کاهش شرایط جدی عصبی از طریق وسایل غیر تهاجمی نشان دهند. دستگاه درمانی عصبی و غیر تهاجمی ، الکتریکی نزدیک به میدان عصبی می تواند علائم مرتبط با از دست دادن یک فرد عزیز را کاهش دهد. شاید این پروتکل ها و رویه ها به طور گسترده تر به بیمارانی که از اختلال عملکرد عصبی رنج می برند در جایی که تصویربرداری نشان دهنده تغییرات آناتومیکی است ، ارائه شود. این می تواند برخی از این افراد را از اقدامات جراحی تهاجمی نجات دهد.

نمودار کردن تمام پیوندهای غیرفیزیکی مغز با استفاده از پیشرفت های اخیر ما در نقشه برداری نزدیک میدان و استفاده از آنچه ما معتقدیم مدلهای غیر متغیر بی متغیر از نظر بیولوژیکی واقع بینانه هستند ، ما را یک قدم به جایی که می خواهیم برویم نزدیک خواهیم کرد. درک بهتر مغز نه تنها نیاز به اقدامات عملیاتی تهاجمی را برای تصحیح عملکرد کاهش می دهد بلکه به مدلهای بهتری برای آنچه مغز به بهترین وجه انجام می دهد منجر می شود: محاسبه ، حافظه ، شبکه سازی و توزیع اطلاعات.گفتگو

درباره نویسنده

Salvatore Domenic Morgera ، استاد مهندسی برق و مهندسی زیست مهندسی ، مهندس برجسته Tau Beta Pi ، دانشگاه فلوریدای جنوبی

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.


کتابهای توصیه شده: بهداشت

میوه تازه پاک کنمیوه تازه پاک کن: پاک کردن، کاهش وزن و بازگرداندن سلامتی خود را با غذاهای خوشمزه ترین طبیعت [Leisure] by Leanne Hall.
هنگام پاک کردن بدن از سموم، وزن خود را از دست می دهید و احساس پر جنب و جوش می کنید. میوه تازه پاک کن همه چیزهایی را که برای سم زدایی آسان و قدرتمند نیاز دارید، شامل برنامه های روزانه، دستور العمل های دهان آبیاری و مشاوره برای انتقال پاک کردن را ارائه می دهد.
اینجا را کلیک کنید برای اطلاعات بیشتر و / یا سفارش این کتاب در آمازون.

پرورش غذاغذاهای پرطرفدار: دستور العملهای گیاهی 200 برای سلامتی Peak [Paperback] by Brendan Brazier.
بر پایه ی فلسفه تغذیه ای که موجب تقویت استرس می شود، در راهنمای تغذیه ای با ارزش وگان مطرح شده است رشد، حرفه ای Ironman triathlete Brendan Brazier در حال حاضر توجه خود را به صفحه شام ​​خود (کاسه صبحانه و سینی ناهار نیز) تبدیل می کند.
اینجا را کلیک کنید برای اطلاعات بیشتر و / یا سفارش این کتاب در آمازون.

مرگ توسط پزشکی توسط گری ناولمرگ توسط پزشکی گری نول، مارتین فلدمن، دبورا راسیو و کارولین دین
محیط پزشکی تبدیل به یک پرتره از شرکت های مشترک، بیمارستان ها و هیئت مدیره دولتی شده است که توسط شرکت های مواد مخدر نفوذ کرده اند. مواد سمی ترین اغلب برای اولین بار تایید می شوند، در حالی که جایگزین های ملایم و طبیعی تر از دلایل مالی نادیده گرفته می شوند. این مرگ توسط پزشکی است.
اینجا را کلیک کنید برای اطلاعات بیشتر و / یا سفارش این کتاب در آمازون.


enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

به دنبال InnerSelf در

فیس بوک، آیکونتوییتر آیکونrss-icon

دریافت آخرین با ایمیل

{emailcloak = خاموش}

بیشترین مطلب خوانده شده

دیدن والدین و بستگانمان در پرتو جدید
دیدن والدین و بستگانمان در پرتو جدید
by ژان رولاند و شانتیدوی
ملایم بودن با خود و دیگران
ملایم بودن با خود و دیگران
by سارا عشق مک کوی

از سردبیران

Newsletter InnerSelf: September 20، 2020
by InnerSelf کارکنان
موضوع خبرنامه این هفته می تواند به صورت خلاصه "شما می توانید این کار را انجام دهید" یا به طور خاص تر "ما می توانیم آن را انجام دهیم!". این روش دیگری برای گفتن "شما / ما قدرت ایجاد تغییر را داریم" است. تصویر
چه چیزی برای من مفید است: "من می توانم آن را انجام دهم!"
by ماری تی. راسل، InnerSelf
دلیل اینکه من "آنچه برای من مفید است" را به اشتراک می گذارم این است که ممکن است برای شما نیز مفید باشد. اگر دقیقاً روشی که من انجام می دهم نباشد ، از آنجایی که همه ما منحصر به فرد هستیم ، ممکن است به نوعی واریانس نگرش یا روش چیزی باشد ...
Newsletter InnerSelf: September 6، 2020
by InnerSelf کارکنان
ما زندگی را از دریچه درک خود می بینیم. استفان آر. کووی نوشت: "ما جهان را می بینیم ، نه همانطور که هست ، بلکه همانطور که هستیم هستیم ، همانطور که برای دیدن آن مشروط هستیم." بنابراین این هفته ، نگاهی به برخی از ...
خبرنامه InnerSelf: آگوست 30 ، 2020
by InnerSelf کارکنان
جاده هایی که این روزها سفر می کنیم به اندازه زمان های قدیمی هستند ، اما برای ما جدید است. تجربیاتی که ما داریم به اندازه زمان های قدیمی است ، اما آنها نیز برای ما جدید هستند. در مورد ...
وقتی حقیقت بسیار وحشتناک است ، صدمه دیده ، اقدام کنید
by ماری ت. راسل، InnerSelf.com
در میان تمام وحشت هایی که این روزها اتفاق می افتد ، من از پرتوهای امید که می درخشد ، الهام می گیرم. مردم عادی ایستاده اند برای آنچه درست است (و در برابر آنچه اشتباه است). بازیکنان بیس بال ،…