Neuroshkenca - mësim në distancë. Shkencëtarët e rinj: neuroshkencëtari Anatoli Buchin për kallamarët, modelimin e trurit dhe përfitimet e përditshme të neuroshkencës Ku studiojnë ata për t'u bërë neuroshkencëtar?

Ekologjia e ndërgjegjes: Jeta. Është vërtetuar absolutisht se truri ynë është një gjë jashtëzakonisht plastike, dhe trajnimi individual ndikon seriozisht në të - në një masë shumë më të madhe sesa predispozitat e lindura.

Kur krahasohet me të vegjlit e kafshëve të tjera, mund të themi se një person lind me një tru të pazhvilluar: masa e tij tek një i porsalindur është vetëm 30% e masës së trurit të të rriturve. Biologët evolucionarë sugjerojnë se ne duhet të lindim para kohe në mënyrë që truri ynë të zhvillohet duke ndërvepruar me mjedisin. Gazetarja shkencore Asya Kazantseva në leksionin "Pse duhet të mësojë truri?" ajo foli në kuadër të programit “Edukim Artistik 17/18”.

Rreth procesit të të mësuarit nga pikëpamja e neurobiologjisë

dhe shpjegoi se si truri ndryshon nën ndikimin e përvojës, si dhe se si gjumi dhe dembelizmi janë të dobishëm gjatë studimit.

Kush studion dukurinë e të mësuarit

Pyetja se pse truri duhet të mësojë trajtohet nga të paktën dy shkenca të rëndësishme - neurobiologjia dhe psikologjia eksperimentale. Neurobiologjia, e cila studion sistemin nervor dhe atë që ndodh në tru në nivelin e neuroneve në kohën e mësimit, më shpesh nuk punon me njerëzit, por me minjtë, kërmijtë dhe krimbat. Psikologët eksperimentalë përpiqen të kuptojnë se cilat gjëra ndikojnë në aftësinë e të mësuarit të një personi: për shembull, ata i japin atij një detyrë të rëndësishme që teston kujtesën ose aftësinë e tij të të mësuarit dhe shohin se si ai e përballon atë. Këto shkenca janë zhvilluar intensivisht vitet e fundit.

Nëse e shikojmë mësimin nga këndvështrimi i psikologjisë eksperimentale, është e dobishme të kujtojmë se kjo shkencë është trashëgimtare e biheviorizmit, dhe bihevioristët besonin se truri është një kuti e zezë, dhe ata në thelb nuk ishin të interesuar për atë që ndodh në të. . Ata e perceptuan trurin si një sistem që mund të ndikohet nga stimujt, pas së cilës ndodh një lloj magjie në të dhe ai reagon në një mënyrë të caktuar ndaj këtyre stimujve. Bihejvioristët ishin të interesuar se si mund të dukej ky reagim dhe çfarë mund të ndikonte në të. Ata e besuan atëtë mësuarit është një ndryshim në sjellje si rezultat i zotërimit të informacionit të ri

Ky përkufizim përdoret ende gjerësisht në shkencën konjitive. Le të themi, nëse një studenti iu dha Kanti për të lexuar dhe ai kujtoi se ka "një qiell me yje mbi kokën e tij dhe një ligj moral brenda meje", ai e shprehu këtë në provim dhe iu dha një "A", atëherë ka ndodhur mësimi. .

Nga ana tjetër, i njëjti përkufizim vlen edhe për sjelljen e lepurit të detit (Aplysia). Neuroshkencëtarët shpesh kryejnë eksperimente me këtë molusk. Nëse tronditni një Aplysia në bishtin e saj, ajo fillon të frikësohet nga realiteti përreth dhe të tërheqë gushat e saj në përgjigje të stimujve të dobët nga të cilët nuk kishte frikë më parë. Kështu, ajo gjithashtu përjeton një ndryshim në sjellje dhe të mësuar. Ky përkufizim mund të zbatohet për sisteme biologjike edhe më të thjeshta. Le të imagjinojmë një sistem prej dy neuronesh të lidhur nga një kontakt. Nëse aplikojmë dy impulse të dobëta të rrymës në të, atëherë përçueshmëria e tij do të ndryshojë përkohësisht dhe do të bëhet më e lehtë për një neuron të dërgojë sinjale te një tjetër. Kjo është edhe të mësuarit në nivelin e këtij sistemi të vogël biologjik. Kështu, nga të mësuarit që vëzhgojmë në realitetin e jashtëm, ne mund të ndërtojmë një urë për atë që ndodh në tru. Ai përmban neurone, ndryshime në të cilat ndikojnë në reagimin tonë ndaj mjedisit, d.m.th., të mësuarit që ka ndodhur.

Si funksionon truri

Por për të folur për trurin, duhet të keni një kuptim bazë se si funksionon ai. Në fund të fundit, secili prej nesh ka këto një kilogram e gjysmë ind nervor në kokën tonë. Truri përbëhet nga 86 miliardë qeliza nervore ose neurone. Një neuron tipik ka një trup qelizor me shumë procese. Disa nga proceset janë dendritet, të cilët mbledhin informacion dhe e transmetojnë atë në neuron. Dhe një proces i gjatë, akson, e transmeton atë në qelizat e ardhshme. Transferimi i informacionit brenda një qelize nervore nënkupton një impuls elektrik që udhëton përgjatë procesit, sikur përmes një teli. Një neuron komunikon me një tjetër përmes një pike kontakti të quajtur "sinapse", sinjali udhëton përmes kimikateve. Impulsi elektrik çon në çlirimin e molekulave të neurotransmetuesve: serotonin, dopaminën, endorfinën. Ato rrjedhin përmes çarjes sinaptike, prekin receptorët e neuronit të ardhshëm dhe ai ndryshon gjendjen e tij funksionale - për shembull, në membranën e tij hapen kanale përmes të cilave fillojnë të kalojnë jonet e natriumit, klorit, kalciumit, kaliumit etj.. Kjo çon për këtë, nga ana tjetër, një ndryshim potencial formohet gjithashtu mbi të, dhe sinjali elektrik shkon më tej, në qelizën tjetër.

Por kur një qelizë transmeton një sinjal në një qelizë tjetër, kjo më së shpeshti nuk mjafton për ndonjë ndryshim të dukshëm në sjellje, sepse një sinjal mund të ndodhë edhe rastësisht për shkak të disa shqetësimeve në sistem. Për të shkëmbyer informacion, qelizat transmetojnë shumë sinjale tek njëra-tjetra. Parametri kryesor kodues në tru është frekuenca e impulseve: kur një qelizë dëshiron të transmetojë diçka në një qelizë tjetër, ajo fillon të dërgojë qindra sinjale në sekondë. Nga rruga, mekanizmat e hershëm të kërkimit nga vitet 1960 dhe 70 gjeneruan një sinjal audio. Një elektrodë u fut në trurin e një kafshe eksperimentale dhe nga shpejtësia e zhurmës së mitralozit që u dëgjua në laborator, mund të kuptohej se sa aktiv ishte neuroni.

Sistemi i kodimit të frekuencës së pulsit funksionon në nivele të ndryshme të transmetimit të informacionit - madje edhe në nivelin e sinjaleve të thjeshta vizuale. Ne kemi kone në retinë tonë që u përgjigjen gjatësive të ndryshme valore: të shkurtra (në tekstin shkollor quhen blu), të mesme (jeshile) dhe të gjata (të kuqe). Kur një gjatësi vale e caktuar e dritës hyn në retinë, kone të ndryshme ngacmohen në shkallë të ndryshme. Dhe nëse vala është e gjatë, atëherë koni i kuq fillon të dërgojë intensivisht një sinjal në tru, në mënyrë që të kuptoni se ngjyra është e kuqe. Sidoqoftë, gjithçka nuk është aq e thjeshtë këtu: spektri i ndjeshmërisë së konëve mbivendoset, dhe ai jeshil gjithashtu pretendon se pa diçka të tillë. Pastaj truri e analizon këtë vetë.

Si merr vendime truri

Parimet e ngjashme me ato të përdorura në kërkimet dhe eksperimentet moderne mekanike mbi kafshët me elektroda të implantuara mund të zbatohen për veprime shumë më komplekse të sjelljes. Për shembull, në tru ekziston një e ashtuquajtur qendër kënaqësie - bërthama accumbens. Sa më aktive të jetë kjo zonë, aq më shumë subjektit i pëlqen ajo që sheh dhe aq më të larta janë gjasat që ai të dëshirojë ta blejë ose, për shembull, ta hajë atë. Eksperimentet me një tomograf tregojnë se në bazë të një aktiviteti të caktuar të bërthamës accumbens, mund të thuhet edhe para se një person të shprehë vendimin e tij, të themi, për blerjen e një bluze, nëse do ta blejë apo jo. Siç thotë neuroshkencëtari i shkëlqyer Vasily Klyucharyov, ne bëjmë gjithçka për të kënaqur neuronet tona në bërthamën accumbens.

Vështirësia është se në trurin tonë nuk ka unitet gjykimi; çdo departament mund të ketë mendimin e vet për atë që po ndodh. Historia e ngjashme me sporet e konit në retinë përsëritet me gjëra më komplekse. Le të themi se keni parë një bluzë, ju pëlqeu dhe bërthama juaj accumbens lëshon sinjale. Nga ana tjetër, kjo bluzë kushton 9 mijë rubla, dhe paga është ende një javë larg - dhe më pas amigdala juaj, ose amigdala (qendra e lidhur kryesisht me emocionet negative), fillon të lëshojë impulset e saj elektrike: "Dëgjo, ka nuk kanë mbetur para të mjaftueshme. Nëse e blejmë këtë bluzë tani, do të kemi probleme.” Korteksi frontal merr një vendim në varësi të asaj se kush bërtet më fort - bërthama accumbens ose amigdala. Dhe këtu është gjithashtu e rëndësishme që çdo herë më pas të jemi në gjendje të analizojmë pasojat në të cilat çoi ky vendim. Fakti është se korteksi frontal komunikon me amigdalën, bërthamën akumbens dhe pjesët e trurit që lidhen me kujtesën: ata i tregojnë se çfarë ndodhi pas herës së fundit që morëm një vendim të tillë. Në varësi të kësaj, korteksi ballor mund t'i kushtojë më shumë vëmendje asaj që i thonë amigdala dhe bërthama accumbens. Kështu mund të ndryshojë truri nën ndikimin e përvojës.

Pse kemi lindur me tru të vogël?

Të gjithë fëmijët e njeriut lindin të pazhvilluar, fjalë për fjalë të parakohshëm në krahasim me të vegjlit e çdo lloji tjetër. Asnjë kafshë nuk ka një fëmijëri kaq të gjatë sa njerëzit, dhe ata nuk kanë pasardhës që lindin me një tru kaq të vogël në krahasim me masën e trurit të të rriturve: në një të porsalindur njeriu është vetëm 30%.

Të gjithë studiuesit pajtohen se ne jemi të detyruar të lindim njerëz të papjekur për shkak të madhësisë mbresëlënëse të trurit të tyre. Shpjegimi klasik është dilema obstetrike, pra historia e konfliktit mes qëndrimit të drejtë dhe kokës së madhe. Për të lindur një fëmijë me kokë dhe tru kaq të madh, duhet të keni ijë të gjerë, por është e pamundur t'i zgjeroni pafundësisht, sepse kjo do të pengojë ecjen. Sipas antropologes Holly Dunsworth, për të lindur fëmijë më të pjekur, do të mjaftonte të rritej gjerësia e kanalit të lindjes me vetëm tre centimetra, por evolucioni gjithsesi ndaloi zgjerimin e ijeve në një moment. Biologët evolucionarë kanë sugjeruar se ndoshta duhet të lindim para kohe në mënyrë që truri ynë të zhvillohet në ndërveprim me mjedisin e jashtëm, pasi barku në tërësi është mjaft i rrallë në stimuj.

Ekziston një studim i famshëm nga Blackmore dhe Cooper. Në vitet '70, ata kryen eksperimente me kotele: i mbanin në errësirë ​​shumicën e kohës dhe i vendosnin në një cilindër të ndezur për pesë orë në ditë, ku merrnin një pamje të pazakontë të botës. Një grup kotelesh pa vetëm vija horizontale për disa muaj, ndërsa një grup tjetër pa vetëm vija vertikale. Si rezultat, kotelet kishin probleme të mëdha me perceptimin e realitetit. Disa u përplasën në këmbët e karrigeve sepse nuk shihnin linja vertikale, të tjerët injoruan ato horizontale në të njëjtën mënyrë - për shembull, ata nuk e kuptonin që tavolina kishte një skaj. Ata u testuan dhe u luajtën me shkop. Nëse një kotele u rrit midis vijave horizontale, atëherë ajo sheh dhe kap shkopin horizontal, por thjesht nuk e vëren atë vertikale. Pastaj ata implantuan elektroda në korteksin cerebral të koteleve dhe shikuan se si duhet të anohej shkopi në mënyrë që neuronet të fillonin të lëshonin sinjale. Është e rëndësishme që asgjë të mos i ndodhte një maceje të rritur gjatë një eksperimenti të tillë, por bota e një koteleje të vogël, truri i të cilit sapo po mëson të perceptojë informacionin, mund të shtrembërohet përgjithmonë si rezultat i një eksperimenti të tillë. Neuronet që nuk janë prekur kurrë ndalojnë së funksionuari.

Jemi mësuar të mendojmë se sa më shumë lidhje të ketë ndërmjet neuroneve të ndryshme dhe pjesëve të trurit të njeriut, aq më mirë. Kjo është e vërtetë, por me disa rezerva. Është e nevojshme jo vetëm që të ketë shumë lidhje, por që ato të kenë njëfarë lidhje me jetën reale. Një fëmijë një vjeç e gjysmë ka shumë më tepër sinapse, domethënë kontakte ndërmjet neuroneve në tru, sesa një profesor i Harvardit ose i Oksfordit. Problemi është se këto neurone janë të lidhura në mënyrë kaotike. Në një moshë të re, truri piqet me shpejtësi dhe qelizat e tij formojnë dhjetëra mijëra sinapse midis gjithçkaje dhe të gjithëve. Secili neuron përhap proceset e tij në të gjitha drejtimet dhe ata ngjiten pas gjithçkaje që mund të arrijnë. Por më pas hyn në lojë parimi "përdor ose humbe". Truri jeton në mjedis dhe përpiqet të përballojë detyra të ndryshme: fëmija mësohet të koordinojë lëvizjet, të kapë një zhurmë, etj. Kur i tregohet se si të hajë me lugë, në korteksin e tij mbeten lidhje që janë të dobishme për të ngrënë me një lugë, pasi është përmes tyre ai nxiti impulse nervore. Dhe lidhjet që janë përgjegjëse për hedhjen e rrëmujës në të gjithë dhomën bëhen më pak të theksuara sepse prindërit nuk inkurajojnë veprime të tilla.

Proceset e rritjes së sinapseve janë studiuar mjaft mirë në nivel molekular. Eric Kandel iu dha çmimi Nobel për idenë e tij për të studiuar kujtesën në lëndë jo njerëzore. Një person ka 86 miliardë neurone, dhe derisa një shkencëtar t'i kuptojë këto neurone, ai do të duhet të lodhë qindra subjekte. Dhe meqenëse askush nuk lejon kaq shumë njerëz të hapin trurin e tyre për të parë se si mësuan të mbanin një lugë, Kandel lindi idenë për të punuar me kërmijtë. Aplysia është një sistem super i përshtatshëm: ju mund të punoni me të duke studiuar vetëm katër neurone. Në fakt, ky molusk ka më shumë neurone, por shembulli i tij e bën shumë më të lehtë identifikimin e sistemeve që lidhen me të mësuarit dhe kujtesën. Gjatë eksperimenteve, Kandel kuptoi se kujtesa afatshkurtër është një rritje e përkohshme e përçueshmërisë së sinapseve ekzistuese dhe kujtesa afatgjatë konsiston në rritjen e lidhjeve të reja sinaptike.

Kjo doli të jetë e zbatueshme edhe për njerëzit - është sikur ecim në bar. Fillimisht nuk na intereson ku shkojmë në fushë, por gradualisht bëjmë një shteg, i cili më pas kthehet në një rrugë të dheut dhe më pas në një rrugë të asfaltuar dhe një autostradë me tre korsi me drita rrugore. Në mënyrë të ngjashme, impulset nervore bëjnë shtigjet e tyre në tru.

Si krijohen shoqatat

Truri ynë është krijuar në këtë mënyrë: ai formon lidhje midis ngjarjeve që ndodhin njëkohësisht. Në mënyrë tipike, gjatë transmetimit të një impulsi nervor, lëshohen neurotransmetues që veprojnë në receptor dhe impulsi elektrik shkon në neuronin tjetër. Por ka një receptor që nuk funksionon në atë mënyrë, ai quhet NMDA. Ky është një nga receptorët kryesorë për formimin e kujtesës në nivel molekular. E veçanta e tij është se funksionon nëse sinjali vjen nga të dyja anët në të njëjtën kohë.

Të gjithë neuronet çojnë diku. Dikush mund të çojë në një rrjet të madh nervor që lidhet me tingujt e një kënge të modës në një kafene. Dhe të tjerët - në një rrjet tjetër që lidhet me faktin që keni shkuar në një datë. Truri është krijuar për të lidhur shkakun dhe pasojën; në nivelin anatomik, ai është në gjendje të kujtojë se ekziston një lidhje midis një kënge dhe një takimi. Receptori aktivizohet dhe lejon kalciumin të kalojë. Fillon të hyjë në një numër të madh kaskadash molekulare që çojnë në funksionimin e disa gjeneve më parë joaktive. Këto gjene kryejnë sintezën e proteinave të reja dhe një sinapsë tjetër rritet. Në këtë mënyrë, lidhja midis rrjetit nervor përgjegjës për këngën dhe rrjetit përgjegjës për datën bëhet më e fortë. Tani mjafton edhe një sinjal i dobët për të dërguar një impuls nervor dhe për të krijuar një shoqatë.

Si ndikon të mësuarit në tru

Ekziston një histori e famshme për shoferët e taksive në Londër. Nuk e di si është tani, por fjalë për fjalë disa vite më parë, për t'u bërë një shofer taksie i vërtetë në Londër, duhej të kalonit një provim orientimi në qytet pa një navigator - domethënë, të dini të paktën dy dhe gjysmë mijë rrugë, trafik me një drejtim, sinjalistikë rrugore, ndalime për një ndalesë, dhe gjithashtu mund të ndërtoni rrugën optimale. Prandaj, për t'u bërë një shofer taksie në Londër, njerëzit morën kurse për disa muaj. Studiuesit rekrutuan tre grupe njerëzish. Një grup janë ata që janë regjistruar në kurse për t'u bërë shofer taksie. Grupi i dytë janë ata që kanë ndjekur edhe kurse, por e kanë braktisur. Dhe njerëzit nga grupi i tretë as që menduan të bëheshin shofer taksie. Shkencëtarët u dhanë të tre grupeve skanime CT për të parë dendësinë e lëndës gri në hipokampus. Kjo është një zonë e rëndësishme e trurit e lidhur me formimin e kujtesës dhe të menduarit hapësinor. U zbulua se nëse një person nuk donte të bëhej shofer taksie ose dëshironte, por nuk donte, atëherë dendësia e lëndës gri në hipokampusin e tij mbetej e njëjtë. Por nëse ai donte të bëhej shofer taksie, të përfundonte trajnimin dhe të zotëronte vërtet një profesion të ri, atëherë dendësia e lëndës gri u rrit me një të tretën - kjo është shumë.

Dhe megjithëse nuk është plotësisht e qartë se ku është shkaku dhe ku është efekti (ose njerëzit zotëruan me të vërtetë një aftësi të re, ose kjo zonë e trurit fillimisht ishte e zhvilluar mirë për ta dhe për këtë arsye ishte e lehtë për ta të mësonin), truri ynë është padyshim një gjë jashtëzakonisht plastike dhe trajnimi individual ndikon seriozisht në të - në një masë shumë më të madhe sesa predispozitat e lindura. Është e rëndësishme që edhe në moshën 60 vjeçare, të mësuarit të ndikojë në tru. Sigurisht, jo me aq efikasitet dhe shpejtësi sa në 20, por në përgjithësi truri ruan njëfarë aftësie për plasticitet gjatë gjithë jetës.

Pse truri duhet të jetë dembel dhe të flejë?

Kur truri mëson diçka, ai rrit lidhje të reja midis neuroneve. Dhe ky proces është i ngadaltë dhe i kushtueshëm; kërkon shpenzimin e shumë kalorive, sheqerit, oksigjenit dhe energjisë. Në përgjithësi, truri i njeriut, përkundër faktit se pesha e tij është vetëm 2% e peshës së të gjithë trupit, konsumon rreth 20% të të gjithë energjisë që marrim. Prandaj, sa herë që është e mundur, ai përpiqet të mos mësojë asgjë, të mos harxhojë energji. Në fakt është shumë mirë prej tij, sepse nëse mësojmë përmendësh gjithçka që shohim çdo ditë, do të çmendeshim shumë shpejt.

Në të mësuarit, nga pikëpamja e trurit, ekzistojnë dy pika thelbësisht të rëndësishme. E para është se, kur zotërojmë ndonjë aftësi, bëhet më e lehtë për ne t'i bëjmë gjërat siç duhet sesa të gabuara. Për shembull, ju mësoni të drejtoni një makinë me një kambio manuale dhe në fillim nuk ju intereson nëse kaloni nga i pari në të dytin ose nga i pari në të katërtin. Për dorën dhe trurin tuaj, të gjitha këto lëvizje janë po aq të mundshme; Nuk ka rëndësi për ju se në cilën mënyrë t'i dërgoni impulset tuaja nervore. Dhe kur jeni tashmë një shofer më me përvojë, fizikisht është më e lehtë për ju të ndërroni marshin e duhur. Nëse hipni në një makinë me një dizajn thelbësisht të ndryshëm, përsëri do të duhet të mendoni dhe kontrolloni me një përpjekje vullneti në mënyrë që impulsi të mos ecë përgjatë rrugës së rrahur.

Pika e dytë e rëndësishme:

gjëja kryesore në të mësuar është gjumi

Ka shumë funksione: ruajtja e shëndetit, imuniteti, metabolizmi dhe aspekte të ndryshme të funksionit të trurit. Por të gjithë neuroshkencëtarët pajtohen me këtë Funksioni më i rëndësishëm i gjumit është puna me informacionin dhe të mësuarit. Kur kemi zotëruar një aftësi, ne duam të formojmë kujtesën afatgjatë. Sinapset e reja zgjasin disa orë; ky është një proces i gjatë dhe truri është më i përshtatshëm për ta bërë këtë pikërisht kur nuk jeni të zënë me asgjë. Gjatë gjumit, truri përpunon informacionin e marrë gjatë ditës dhe fshin atë që duhet harruar prej tij.

Ekziston një eksperiment me minjtë ku ata u mësuan të ecnin nëpër një labirint me elektroda të implantuara në trurin e tyre dhe ata zbuluan se në gjumë ata përsëritën rrugën e tyre nëpër labirint, dhe të nesërmen ecën përgjatë tij më mirë. Shumë teste njerëzore kanë treguar se ajo që mësojmë para se të shkojmë në shtrat mbahet mend më mirë se ajo që mësojmë në mëngjes. Rezulton se studentët që fillojnë përgatitjet për provimin diku afër mesnatës, po bëjnë gjithçka siç duhet. Për të njëjtën arsye, është e rëndësishme të mendoni për problemet përpara se të shkoni në shtrat. Sigurisht, do të jetë më e vështirë të biesh në gjumë, por ne do ta shkarkojmë pyetjen në tru dhe ndoshta në mëngjes do të vijë ndonjë zgjidhje. Nga rruga, ëndrrat me shumë mundësi janë vetëm një efekt anësor i përpunimit të informacionit.

Mënyra se si të mësuarit varet nga emocionet

Të mësuarit varet shumë nga vëmendja, sepse synon të dërgojë impulse pa pushim përgjatë shtigjeve specifike të rrjetit nervor. Nga një sasi e madhe informacioni, ne fokusohemi në diçka dhe e marrim atë në kujtesën e punës. Më pas ajo në të cilën fokusohemi përfundon në kujtesën afatgjatë. Ju mund ta keni kuptuar të gjithë leksionin tim, por kjo nuk do të thotë se do ta keni të lehtë ta ritregoni atë. Dhe nëse vizatoni një biçikletë në një copë letre tani, kjo nuk do të thotë se do të ecë mirë. Njerëzit priren të harrojnë detaje të rëndësishme, veçanërisht nëse nuk janë ekspertë të biçikletave.

Fëmijët kanë pasur gjithmonë probleme me vëmendjen. Por tani në këtë kuptim gjithçka po bëhet më e thjeshtë. Në shoqërinë moderne, njohuritë specifike faktike nuk janë më aq të nevojshme - ka thjesht një sasi të pabesueshme të saj. Shumë më e rëndësishme është aftësia për të lundruar shpejt informacionin dhe për të dalluar burimet e besueshme nga ato jo të besueshme. Ne pothuajse nuk kemi më nevojë të përqendrohemi në të njëjtën gjë për një kohë të gjatë dhe të kujtojmë sasi të mëdha informacioni - Është më e rëndësishme të kaloni shpejt. Për më tepër, gjithnjë e më shumë profesione po shfaqen vetëm për njerëzit që e kanë më të vështirë të përqendrohen.

Ekziston një faktor tjetër i rëndësishëm që ndikon në të mësuarit - emocionet. Në fakt, kjo është përgjithësisht gjëja kryesore që kemi pasur gjatë shumë miliona viteve të evolucionit, edhe para se të rritnim gjithë këtë korteks të madh ballor. Ne vlerësojmë vlerën e zotërimit të një aftësie të veçantë nga pikëpamja nëse na bën të lumtur apo jo. Prandaj, është mirë nëse arrijmë të përfshijmë mekanizmat tanë bazë emocionalë biologjikë në mësim. Për shembull, ndërtimi i një sistemi motivimi në të cilin korteksi frontal nuk mendon se ne duhet të mësojmë diçka me këmbëngulje dhe vendosmëri, por në të cilin bërthama accumbens thotë se thjesht e shijon këtë aktivitet.

Anatoli Buchin

Ku studioi: Fakulteti i Fizikës dhe Mekanikës i Universitetit Politeknik, Ecole Normale Supérieure në Paris. Aktualisht postdoktor në Universitetin e Uashingtonit.

Ajo që studion: neuroshkencë kompjuterike

Karakteristika të veçanta: luan saksofon dhe flaut, bën joga, udhëton shumë

Interesi im për shkencën u ngrit në fëmijëri: Unë u magjepsa nga insektet, i mblodha ato, studiova stilin e jetës dhe biologjinë e tyre. Mami e vuri re këtë dhe më çoi në Laboratorin e Ekologjisë së Benthos Detare (LEMB) (benthos është një koleksion organizmash që jetojnë në tokë dhe në dheun e fundit të rezervuarëve. - shënim ed.) në Pallatin e Qytetit të Shën Petersburg të Krijimtarisë Rinore. Çdo verë, nga klasa e 6-të deri në klasën e 11-të, shkonim në ekspedita në Detin e Bardhë në Rezervatin Natyror Kandalaksha për të vëzhguar kafshët jovertebrore dhe për të matur numrin e tyre. Në të njëjtën kohë mora pjesë në olimpiada biologjike për nxënës të shkollës dhe rezultatet e punës sime në ekspedita i prezantova si kërkim shkencor. Në shkollë të mesme u interesova për programim, por të bëja ekskluzivisht atë nuk ishte shumë interesante. Isha i mirë në fizikë dhe vendosa të gjeja një specializim që do të kombinonte fizikën dhe biologjinë. Kështu përfundova në Politeknik.

Hera e parë që erdha në Francë pas diplomës sime universitare ishte kur fitova një bursë për të studiuar për një program master në Universitetin René Descartes në Paris. Unë u internova gjerësisht në laboratorë dhe mësova të regjistroja aktivitetin neuronal në feta të trurit dhe të analizoja përgjigjet e qelizave nervore në korteksin vizual të një maceje gjatë prezantimit të një stimuli vizual. Pasi mora masterin, u ktheva në Shën Petersburg për të përfunduar studimet në Universitetin Politeknik. Në vitin e fundit të masterit, unë dhe drejtuesi im përgatitëm një projekt ruso-francez për të shkruar një disertacion dhe fitova financim duke marrë pjesë në konkursin e École Normale Supérieure. Katër vitet e fundit kam punuar nën mbikëqyrjen e dyfishtë shkencore - Boris Gutkin në Paris dhe Anton Chizhov në Shën Petersburg. Pak para mbarimit të disertacionit tim, shkova në një konferencë në Çikago dhe mësova për një pozicion postdoc në Universitetin e Uashingtonit. Pas intervistës, vendosa të punoj këtu për dy ose tre vitet e ardhshme: më pëlqeu projekti dhe mbikëqyrësja ime e re, Adrienne Fairhall, dhe unë kishim interesa të ngjashme shkencore.

Rreth neuroshkencës kompjuterike

Objekti i studimit të neurobiologjisë kompjuterike është sistemi nervor, si dhe pjesa më interesante e tij - truri. Për të shpjeguar se çfarë lidhje ka modelimi matematik me të, duhet të flasim pak për historinë e kësaj shkence të re. Në fund të viteve 80, revista Science publikoi një artikull në të cilin fillimisht filluan të flasin për neurobiologjinë llogaritëse, një fushë e re ndërdisiplinore e neuroshkencës që merret me përshkrimin e informacionit dhe proceseve dinamike në sistemin nervor.

Në shumë mënyra, themeli i kësaj shkence u hodh nga biofizikani Alan Hodgkin dhe neurofiziologu Andrew Huxley (vëllai i Aldous Huxley. - shënim ed.). Ata studiuan mekanizmat e gjenerimit dhe transmetimit të impulseve nervore në neurone, duke zgjedhur kallamarin si një organizëm model. Në atë kohë, mikroskopët dhe elektrodat ishin larg atyre moderne, dhe kallamarët kishin aksonë aq të trashë (proceset përmes të cilave udhëtojnë impulset nervore) saqë ato ishin të dukshme edhe me sy të lirë. Kjo ka ndihmuar aksonet e kallamarëve të bëhen një model i dobishëm eksperimental. Zbulimi i Hodgkin dhe Huxley ishte se ata shpjeguan, duke përdorur eksperimentin dhe një model matematik, se gjenerimi i një impulsi nervor kryhet duke ndryshuar përqendrimin e joneve të natriumit dhe kaliumit që kalojnë nëpër membranat e neuroneve. Më pas, doli se ky mekanizëm është universal për neuronet e shumë kafshëve, përfshirë njerëzit. Tingëllon e pazakontë, por duke studiuar kallamarët, shkencëtarët ishin në gjendje të mësonin se si neuronet transmetojnë informacion tek njerëzit. Hodgkin dhe Huxley morën çmimin Nobel për zbulimin e tyre në 1963.

Detyra e neurobiologjisë kompjuterike është të sistemojë një sasi të madhe të të dhënave biologjike në lidhje me informacionin dhe proceset dinamike që ndodhin në sistemin nervor. Me zhvillimin e metodave të reja për regjistrimin e aktivitetit nervor, sasia e të dhënave për funksionin e trurit po rritet çdo ditë. Vëllimi i librit "Parimet e Shkencës Neurale" nga laureati i Nobelit Eric Kandel, i cili përcakton informacionin bazë për punën e trurit, rritet me çdo botim të ri: libri filloi me 470 faqe dhe tani madhësia e tij është më shumë se 1700. faqet. Për të sistemuar një grup kaq të madh faktesh, nevojiten teori.

Rreth epilepsisë

Rreth 1% e popullsisë së botës vuan nga epilepsia - kjo është 50-60 milion njerëz. Një nga metodat radikale të trajtimit është heqja e zonës së trurit nga e ka origjinën sulmi. Por nuk është kaq e thjeshtë. Rreth gjysma e epilepsisë tek të rriturit ndodh në lobin temporal të trurit, i cili është i lidhur me hipokampusin. Kjo strukturë është përgjegjëse për formimin e kujtimeve të reja. Nëse dy hipokampët e një personi priten në të dyja anët e trurit të tij, ai do të humbasë aftësinë për të kujtuar gjëra të reja. Do të jetë si një ditë e vazhdueshme e Groundhog, pasi një person do të jetë në gjendje të kujtojë diçka vetëm për 10 minuta. Thelbi i hulumtimit tim ishte të parashikoja mënyra më pak radikale, por të tjera të mundshme dhe efektive për të luftuar epilepsinë. Në disertacionin tim, u përpoqa të kuptoja se si fillon një krizë epileptike.

Për të kuptuar se çfarë ndodh me trurin gjatë një sulmi, imagjinoni se keni ardhur në një koncert dhe në një moment salla shpërtheu nga duartrokitjet. Ju duartrokasni me ritmin tuaj dhe njerëzit përreth jush duartrokasin me një ritëm tjetër. Nëse mjaft njerëz fillojnë të duartrokasin në të njëjtën mënyrë, do ta keni të vështirë të mbani ritmin tuaj dhe ka të ngjarë të përfundoni duke duartrokitur së bashku me të gjithë të tjerët. Epilepsia funksionon në mënyrë të ngjashme kur neuronet në tru fillojnë të sinkronizohen shumë, domethënë gjenerojnë impulse në të njëjtën kohë. Ky proces sinkronizimi mund të përfshijë zona të tëra të trurit, duke përfshirë ato që kontrollojnë lëvizjen, duke shkaktuar një konfiskim. Megjithëse shumica e krizave karakterizohen nga mungesa e krizave, sepse epilepsia nuk shfaqet gjithmonë në zonat motorike.

Le të themi se dy neurone janë të lidhur me lidhje ngacmuese në të dy drejtimet. Një neuron i dërgon një impuls një tjetri, i cili e ngacmon atë, dhe ai e kthen impulsin prapa. Nëse lidhjet ngacmuese janë shumë të forta, kjo do të çojë në një rritje të aktivitetit për shkak të shkëmbimit të impulseve. Normalisht, kjo nuk ndodh, pasi ka neurone frenues që zvogëlojnë aktivitetin e qelizave tepër aktive. Por nëse frenimi ndalon së funksionuari siç duhet, mund të çojë në epilepsi. Kjo është shpesh për shkak të akumulimit të tepërt të klorit në neurone. Në punën time, unë zhvilluam një model matematikor të një rrjeti neuronesh që mund të kalojnë në modalitetin e epilepsisë për shkak të patologjisë së frenimit të lidhur me akumulimin e klorit brenda neuroneve. Në këtë më ndihmuan regjistrimet e aktivitetit të neuroneve në indet e njeriut të marra pas operacioneve te pacientët epileptikë. Modeli i ndërtuar na lejon të testojmë hipoteza në lidhje me mekanizmat e epilepsisë për të sqaruar detajet e kësaj patologjie. Doli se rivendosja e ekuilibrit të klorit në neuronet piramidale mund të ndihmojë në ndalimin e një sulmi epileptik duke rivendosur ekuilibrin e ngacmimit - frenimit në rrjetin e neuroneve. Mbikëqyrësi im i dytë, Anton Chizhov në Institutin Fiziko-Teknik në Shën Petersburg, kohët e fundit mori një grant nga Fondacioni Rus i Shkencës për studimin e epilepsisë, kështu që kjo linjë kërkimi do të vazhdojë në Rusi.

Sot ka shumë punë interesante në fushën e neuroshkencës kompjuterike. Për shembull, në Zvicër ekziston një Projekt Blu Brain, qëllimi i të cilit është të përshkruajë sa më shumë detaje të jetë e mundur një pjesë të vogël të trurit - korteksin somatosensor të miut, i cili është përgjegjës për kryerjen e lëvizjeve. Edhe në trurin e vogël të një miu ka miliarda neurone dhe të gjithë janë të lidhur me njëri-tjetrin në një mënyrë të caktuar. Për shembull, në korteks, një neuron piramidal formon lidhje me rreth 10,000 neurone të tjerë. Projekti Blue Brain regjistroi aktivitetin e rreth 14,000 qelizave nervore, karakterizoi formën e tyre dhe rindërtoi rreth 8,000,000 lidhje mes tyre. Më pas, duke përdorur algoritme speciale, ata lidhën neuronet së bashku në një mënyrë biologjikisht të besueshme, në mënyrë që aktiviteti të mund të shfaqej në një rrjet të tillë. Modeli konfirmoi parimet e gjetura teorikisht të organizimit kortikal - për shembull, ekuilibrin midis ngacmimit dhe frenimit. Dhe tani në Evropë ekziston një projekt i madh i quajtur Human Brain Project. Ai duhet të përshkruajë të gjithë trurin e njeriut, duke marrë parasysh të gjitha të dhënat që janë në dispozicion sot. Ky projekt ndërkombëtar është një lloj përplasësi i madh Hadron nga neuroshkenca, pasi në të marrin pjesë rreth njëqind laboratorë nga më shumë se 20 vende.

Kritikët e Projektit Blu Brain dhe Human Brain Project kanë vënë në dyshim se sa e rëndësishme është sasia e madhe e detajeve për të përshkruar se si funksionon truri. Për krahasim, sa i rëndësishëm është përshkrimi i Nevsky Prospekt në Shën Petersburg në një hartë ku shihen vetëm kontinentet? Sidoqoftë, përpjekja për të mbledhur një sasi të madhe të dhënash është sigurisht e rëndësishme. Në rastin më të keq, edhe nëse nuk e kuptojmë plotësisht se si funksionon truri, pasi kemi ndërtuar një model të tillë, mund ta përdorim atë në mjekësi. Për shembull, për të studiuar mekanizmat e sëmundjeve të ndryshme dhe për të modeluar veprimin e barnave të reja.

Në SHBA, projekti im i kushtohet studimit të sistemit nervor të Hidrës. Përkundër faktit se edhe në tekstet shkollore të biologjisë është një nga të parët e studiuar, sistemi i tij nervor ende nuk është kuptuar keq. Hidra është një i afërm i kandil deti, kështu që është po aq transparent dhe ka një numër relativisht të vogël neuronesh - nga 2 në 5 mijë. Prandaj, është e mundur të regjistrohet njëkohësisht aktiviteti nga pothuajse të gjitha qelizat e sistemit nervor. Për këtë qëllim, përdoret një mjet i tillë si "imazhi i kalciumit". Fakti është se sa herë që një neuron shkarkohet, përqendrimi i tij i kalciumit brenda qelizës ndryshon. Nëse shtojmë një bojë të veçantë që fillon të shkëlqejë kur rritet përqendrimi i kalciumit, atëherë sa herë që gjenerohet një impuls nervor do të shohim një shkëlqim karakteristik, me anë të të cilit mund të përcaktojmë aktivitetin e neuronit. Kjo lejon që aktiviteti të regjistrohet në një kafshë të gjallë gjatë sjelljes. Analiza e një aktiviteti të tillë do të na lejojë të kuptojmë se si sistemi nervor i hidrës kontrollon lëvizjen e tij. Analogjitë e marra nga një hulumtim i tillë mund të përdoren për të përshkruar lëvizjen e kafshëve më komplekse, siç janë gjitarët. Dhe në terma afatgjatë - në neuroinxhinieri për të krijuar sisteme të reja për kontrollin e aktivitetit nervor.

Mbi rëndësinë e neuroshkencës për shoqërinë

Pse neuroshkenca është kaq e rëndësishme për shoqërinë moderne? Së pari, është një mundësi për të zhvilluar trajtime të reja për sëmundjet neurologjike. Si mund të gjeni një kurë nëse nuk e kuptoni se si funksionon në nivelin e të gjithë trurit? Mbikëqyrësi im në Paris, Boris Gutkin, i cili gjithashtu punon në Shkollën e Lartë të Ekonomisë në Moskë, studion varësinë ndaj kokainës dhe alkoolit. Puna e tij i kushtohet përshkrimit të atyre ndryshimeve në sistemin e përforcimit që çojnë në varësi. Së dyti, këto janë teknologji të reja - në veçanti, neuroprotetikë. Për shembull, një person që ka mbetur pa krah, falë një implanti të futur në tru, do të jetë në gjendje të kontrollojë gjymtyrët artificiale. Alexey Osadchiy në HSE është i përfshirë në mënyrë aktive në këtë fushë në Rusi. Së treti, në terma afatgjatë, kjo është një hyrje në IT, përkatësisht teknologjinë e mësimit të makinerive. Së katërti, kjo është sfera e arsimit. Pse, për shembull, besojmë se 45 minuta është kohëzgjatja më efektive e mësimit në shkollë? Kjo çështje mund të jetë e vlefshme për t'u eksploruar më mirë duke përdorur njohuri nga neuroshkenca konjitive. Në këtë mënyrë ne mund të kuptojmë më mirë se si mund të mësojmë në mënyrë më efektive në shkolla dhe universitete dhe si ta planifikojmë ditën tonë të punës në mënyrë më efektive.

Rreth rrjeteve në shkencë

Në shkencë, çështja e komunikimit ndërmjet shkencëtarëve është shumë e rëndësishme. Rrjetëzimi kërkon pjesëmarrje në shkolla dhe konferenca shkencore për të mbajtur krah për krah gjendjen aktuale të punëve. Shkolla shkencore është një festë kaq e madhe: për një muaj gjendesh mes studentëve të tjerë të doktoraturës dhe postdoktorëve. Gjatë studimeve, shkencëtarë të famshëm vijnë tek ju dhe flasin për punën e tyre. Në të njëjtën kohë, ju jeni duke punuar në një projekt individual dhe jeni duke u mbikëqyrur nga dikush më me përvojë. Është po aq e rëndësishme të ruani një marrëdhënie të mirë me menaxherin tuaj. Nëse një student master nuk ka letra të mira rekomandimi, ai nuk ka gjasa të pranohet për një praktikë. Praktika përcakton nëse ai do të punësohet për të shkruar disertacionin e tij. Nga rezultatet e disertacionit - jeta e mëtejshme shkencore. Në secilën nga këto faza, ata gjithmonë kërkojnë reagime nga menaxheri dhe nëse një person nuk ka punuar shumë mirë, kjo do të bëhet e njohur mjaft shpejt, kështu që është e rëndësishme të vlerësoni reputacionin tuaj.

Për sa i përket planeve afatgjata, kam në plan të bëj disa postdoc përpara se të gjej një pozicion të përhershëm në një universitet ose laborator kërkimor. Kjo kërkon një numër të mjaftueshëm botimesh, të cilat aktualisht janë në zhvillim e sipër. Nëse gjithçka shkon mirë, kam mendime të kthehem në Rusi pas disa vitesh për të organizuar laboratorin tim ose grupin tim shkencor këtu.

Anatoli Buchin

Ku studioi: Fakulteti i Fizikës dhe Mekanikës i Universitetit Politeknik, Ecole Normale Supérieure në Paris. Aktualisht postdoktor në Universitetin e Uashingtonit.

Ajo që studion: neuroshkencë kompjuterike

Karakteristika të veçanta: luan saksofon dhe flaut, bën joga, udhëton shumë

Interesi im për shkencën u ngrit në fëmijëri: Unë u magjepsa nga insektet, i mblodha ato, studiova stilin e jetës dhe biologjinë e tyre. Mami e vuri re këtë dhe më çoi në Laboratorin e Ekologjisë së Benthos Detare (LEMB) (benthos është një koleksion organizmash që jetojnë në tokë dhe në dheun e fundit të rezervuarëve. - shënim ed.) në Pallatin e Qytetit të Shën Petersburg të Krijimtarisë Rinore. Çdo verë, nga klasa e 6-të deri në klasën e 11-të, shkonim në ekspedita në Detin e Bardhë në Rezervatin Natyror Kandalaksha për të vëzhguar kafshët jovertebrore dhe për të matur numrin e tyre. Në të njëjtën kohë mora pjesë në olimpiada biologjike për nxënës të shkollës dhe rezultatet e punës sime në ekspedita i prezantova si kërkim shkencor. Në shkollë të mesme u interesova për programim, por të bëja ekskluzivisht atë nuk ishte shumë interesante. Isha i mirë në fizikë dhe vendosa të gjeja një specializim që do të kombinonte fizikën dhe biologjinë. Kështu përfundova në Politeknik.

Hera e parë që erdha në Francë pas diplomës sime universitare ishte kur fitova një bursë për të studiuar për një program master në Universitetin René Descartes në Paris. Unë u internova gjerësisht në laboratorë dhe mësova të regjistroja aktivitetin neuronal në feta të trurit dhe të analizoja përgjigjet e qelizave nervore në korteksin vizual të një maceje gjatë prezantimit të një stimuli vizual. Pasi mora masterin, u ktheva në Shën Petersburg për të përfunduar studimet në Universitetin Politeknik. Në vitin e fundit të masterit, unë dhe drejtuesi im përgatitëm një projekt ruso-francez për të shkruar një disertacion dhe fitova financim duke marrë pjesë në konkursin e École Normale Supérieure. Katër vitet e fundit kam punuar nën mbikëqyrjen e dyfishtë shkencore - Boris Gutkin në Paris dhe Anton Chizhov në Shën Petersburg. Pak para mbarimit të disertacionit tim, shkova në një konferencë në Çikago dhe mësova për një pozicion postdoc në Universitetin e Uashingtonit. Pas intervistës, vendosa të punoj këtu për dy ose tre vitet e ardhshme: më pëlqeu projekti dhe mbikëqyrësja ime e re, Adrienne Fairhall, dhe unë kishim interesa të ngjashme shkencore.

Rreth neuroshkencës kompjuterike

Objekti i studimit të neurobiologjisë kompjuterike është sistemi nervor, si dhe pjesa më interesante e tij - truri. Për të shpjeguar se çfarë lidhje ka modelimi matematik me të, duhet të flasim pak për historinë e kësaj shkence të re. Në fund të viteve 80, revista Science publikoi një artikull në të cilin fillimisht filluan të flasin për neurobiologjinë llogaritëse, një fushë e re ndërdisiplinore e neuroshkencës që merret me përshkrimin e informacionit dhe proceseve dinamike në sistemin nervor.

Në shumë mënyra, themeli i kësaj shkence u hodh nga biofizikani Alan Hodgkin dhe neurofiziologu Andrew Huxley (vëllai i Aldous Huxley. - shënim ed.). Ata studiuan mekanizmat e gjenerimit dhe transmetimit të impulseve nervore në neurone, duke zgjedhur kallamarin si një organizëm model. Në atë kohë, mikroskopët dhe elektrodat ishin larg atyre moderne, dhe kallamarët kishin aksonë aq të trashë (proceset përmes të cilave udhëtojnë impulset nervore) saqë ato ishin të dukshme edhe me sy të lirë. Kjo ka ndihmuar aksonet e kallamarëve të bëhen një model i dobishëm eksperimental. Zbulimi i Hodgkin dhe Huxley ishte se ata shpjeguan, duke përdorur eksperimentin dhe një model matematik, se gjenerimi i një impulsi nervor kryhet duke ndryshuar përqendrimin e joneve të natriumit dhe kaliumit që kalojnë nëpër membranat e neuroneve. Më pas, doli se ky mekanizëm është universal për neuronet e shumë kafshëve, përfshirë njerëzit. Tingëllon e pazakontë, por duke studiuar kallamarët, shkencëtarët ishin në gjendje të mësonin se si neuronet transmetojnë informacion tek njerëzit. Hodgkin dhe Huxley morën çmimin Nobel për zbulimin e tyre në 1963.

Detyra e neurobiologjisë kompjuterike është të sistemojë një sasi të madhe të të dhënave biologjike në lidhje me informacionin dhe proceset dinamike që ndodhin në sistemin nervor. Me zhvillimin e metodave të reja për regjistrimin e aktivitetit nervor, sasia e të dhënave për funksionin e trurit po rritet çdo ditë. Vëllimi i librit "Parimet e Shkencës Neurale" nga laureati i Nobelit Eric Kandel, i cili përcakton informacionin bazë për punën e trurit, rritet me çdo botim të ri: libri filloi me 470 faqe dhe tani madhësia e tij është më shumë se 1700. faqet. Për të sistemuar një grup kaq të madh faktesh, nevojiten teori.

Rreth epilepsisë

Rreth 1% e popullsisë së botës vuan nga epilepsia - kjo është 50-60 milion njerëz. Një nga metodat radikale të trajtimit është heqja e zonës së trurit nga e ka origjinën sulmi. Por nuk është kaq e thjeshtë. Rreth gjysma e epilepsisë tek të rriturit ndodh në lobin temporal të trurit, i cili është i lidhur me hipokampusin. Kjo strukturë është përgjegjëse për formimin e kujtimeve të reja. Nëse dy hipokampët e një personi priten në të dyja anët e trurit të tij, ai do të humbasë aftësinë për të kujtuar gjëra të reja. Do të jetë si një ditë e vazhdueshme e Groundhog, pasi një person do të jetë në gjendje të kujtojë diçka vetëm për 10 minuta. Thelbi i hulumtimit tim ishte të parashikoja mënyra më pak radikale, por të tjera të mundshme dhe efektive për të luftuar epilepsinë. Në disertacionin tim, u përpoqa të kuptoja se si fillon një krizë epileptike.

Për të kuptuar se çfarë ndodh me trurin gjatë një sulmi, imagjinoni se keni ardhur në një koncert dhe në një moment salla shpërtheu nga duartrokitjet. Ju duartrokasni me ritmin tuaj dhe njerëzit përreth jush duartrokasin me një ritëm tjetër. Nëse mjaft njerëz fillojnë të duartrokasin në të njëjtën mënyrë, do ta keni të vështirë të mbani ritmin tuaj dhe ka të ngjarë të përfundoni duke duartrokitur së bashku me të gjithë të tjerët. Epilepsia funksionon në mënyrë të ngjashme kur neuronet në tru fillojnë të sinkronizohen shumë, domethënë gjenerojnë impulse në të njëjtën kohë. Ky proces sinkronizimi mund të përfshijë zona të tëra të trurit, duke përfshirë ato që kontrollojnë lëvizjen, duke shkaktuar një konfiskim. Megjithëse shumica e krizave karakterizohen nga mungesa e krizave, sepse epilepsia nuk shfaqet gjithmonë në zonat motorike.

Le të themi se dy neurone janë të lidhur me lidhje ngacmuese në të dy drejtimet. Një neuron i dërgon një impuls një tjetri, i cili e ngacmon atë, dhe ai e kthen impulsin prapa. Nëse lidhjet ngacmuese janë shumë të forta, kjo do të çojë në një rritje të aktivitetit për shkak të shkëmbimit të impulseve. Normalisht, kjo nuk ndodh, pasi ka neurone frenues që zvogëlojnë aktivitetin e qelizave tepër aktive. Por nëse frenimi ndalon së funksionuari siç duhet, mund të çojë në epilepsi. Kjo është shpesh për shkak të akumulimit të tepërt të klorit në neurone. Në punën time, unë zhvilluam një model matematikor të një rrjeti neuronesh që mund të kalojnë në modalitetin e epilepsisë për shkak të patologjisë së frenimit të lidhur me akumulimin e klorit brenda neuroneve. Në këtë më ndihmuan regjistrimet e aktivitetit të neuroneve në indet e njeriut të marra pas operacioneve te pacientët epileptikë. Modeli i ndërtuar na lejon të testojmë hipoteza në lidhje me mekanizmat e epilepsisë për të sqaruar detajet e kësaj patologjie. Doli se rivendosja e ekuilibrit të klorit në neuronet piramidale mund të ndihmojë në ndalimin e një sulmi epileptik duke rivendosur ekuilibrin e ngacmimit - frenimit në rrjetin e neuroneve. Mbikëqyrësi im i dytë, Anton Chizhov në Institutin Fiziko-Teknik në Shën Petersburg, kohët e fundit mori një grant nga Fondacioni Rus i Shkencës për studimin e epilepsisë, kështu që kjo linjë kërkimi do të vazhdojë në Rusi.

Sot ka shumë punë interesante në fushën e neuroshkencës kompjuterike. Për shembull, në Zvicër ekziston një Projekt Blu Brain, qëllimi i të cilit është të përshkruajë sa më shumë detaje të jetë e mundur një pjesë të vogël të trurit - korteksin somatosensor të miut, i cili është përgjegjës për kryerjen e lëvizjeve. Edhe në trurin e vogël të një miu ka miliarda neurone dhe të gjithë janë të lidhur me njëri-tjetrin në një mënyrë të caktuar. Për shembull, në korteks, një neuron piramidal formon lidhje me rreth 10,000 neurone të tjerë. Projekti Blue Brain regjistroi aktivitetin e rreth 14,000 qelizave nervore, karakterizoi formën e tyre dhe rindërtoi rreth 8,000,000 lidhje mes tyre. Më pas, duke përdorur algoritme speciale, ata lidhën neuronet së bashku në një mënyrë biologjikisht të besueshme, në mënyrë që aktiviteti të mund të shfaqej në një rrjet të tillë. Modeli konfirmoi parimet e gjetura teorikisht të organizimit kortikal - për shembull, ekuilibrin midis ngacmimit dhe frenimit. Dhe tani në Evropë ekziston një projekt i madh i quajtur Human Brain Project. Ai duhet të përshkruajë të gjithë trurin e njeriut, duke marrë parasysh të gjitha të dhënat që janë në dispozicion sot. Ky projekt ndërkombëtar është një lloj përplasësi i madh Hadron nga neuroshkenca, pasi në të marrin pjesë rreth njëqind laboratorë nga më shumë se 20 vende.

Kritikët e Projektit Blu Brain dhe Human Brain Project kanë vënë në dyshim se sa e rëndësishme është sasia e madhe e detajeve për të përshkruar se si funksionon truri. Për krahasim, sa i rëndësishëm është përshkrimi i Nevsky Prospekt në Shën Petersburg në një hartë ku shihen vetëm kontinentet? Sidoqoftë, përpjekja për të mbledhur një sasi të madhe të dhënash është sigurisht e rëndësishme. Në rastin më të keq, edhe nëse nuk e kuptojmë plotësisht se si funksionon truri, pasi kemi ndërtuar një model të tillë, mund ta përdorim atë në mjekësi. Për shembull, për të studiuar mekanizmat e sëmundjeve të ndryshme dhe për të modeluar veprimin e barnave të reja.

Në SHBA, projekti im i kushtohet studimit të sistemit nervor të Hidrës. Përkundër faktit se edhe në tekstet shkollore të biologjisë është një nga të parët e studiuar, sistemi i tij nervor ende nuk është kuptuar keq. Hidra është një i afërm i kandil deti, kështu që është po aq transparent dhe ka një numër relativisht të vogël neuronesh - nga 2 në 5 mijë. Prandaj, është e mundur të regjistrohet njëkohësisht aktiviteti nga pothuajse të gjitha qelizat e sistemit nervor. Për këtë qëllim, përdoret një mjet i tillë si "imazhi i kalciumit". Fakti është se sa herë që një neuron shkarkohet, përqendrimi i tij i kalciumit brenda qelizës ndryshon. Nëse shtojmë një bojë të veçantë që fillon të shkëlqejë kur rritet përqendrimi i kalciumit, atëherë sa herë që gjenerohet një impuls nervor do të shohim një shkëlqim karakteristik, me anë të të cilit mund të përcaktojmë aktivitetin e neuronit. Kjo lejon që aktiviteti të regjistrohet në një kafshë të gjallë gjatë sjelljes. Analiza e një aktiviteti të tillë do të na lejojë të kuptojmë se si sistemi nervor i hidrës kontrollon lëvizjen e tij. Analogjitë e marra nga një hulumtim i tillë mund të përdoren për të përshkruar lëvizjen e kafshëve më komplekse, siç janë gjitarët. Dhe në terma afatgjatë - në neuroinxhinieri për të krijuar sisteme të reja për kontrollin e aktivitetit nervor.

Mbi rëndësinë e neuroshkencës për shoqërinë

Pse neuroshkenca është kaq e rëndësishme për shoqërinë moderne? Së pari, është një mundësi për të zhvilluar trajtime të reja për sëmundjet neurologjike. Si mund të gjeni një kurë nëse nuk e kuptoni se si funksionon në nivelin e të gjithë trurit? Mbikëqyrësi im në Paris, Boris Gutkin, i cili gjithashtu punon në Shkollën e Lartë të Ekonomisë në Moskë, studion varësinë ndaj kokainës dhe alkoolit. Puna e tij i kushtohet përshkrimit të atyre ndryshimeve në sistemin e përforcimit që çojnë në varësi. Së dyti, këto janë teknologji të reja - në veçanti, neuroprotetikë. Për shembull, një person që ka mbetur pa krah, falë një implanti të futur në tru, do të jetë në gjendje të kontrollojë gjymtyrët artificiale. Alexey Osadchiy në HSE është i përfshirë në mënyrë aktive në këtë fushë në Rusi. Së treti, në terma afatgjatë, kjo është një hyrje në IT, përkatësisht teknologjinë e mësimit të makinerive. Së katërti, kjo është sfera e arsimit. Pse, për shembull, besojmë se 45 minuta është kohëzgjatja më efektive e mësimit në shkollë? Kjo çështje mund të jetë e vlefshme për t'u eksploruar më mirë duke përdorur njohuri nga neuroshkenca konjitive. Në këtë mënyrë ne mund të kuptojmë më mirë se si mund të mësojmë në mënyrë më efektive në shkolla dhe universitete dhe si ta planifikojmë ditën tonë të punës në mënyrë më efektive.

Rreth rrjeteve në shkencë

Në shkencë, çështja e komunikimit ndërmjet shkencëtarëve është shumë e rëndësishme. Rrjetëzimi kërkon pjesëmarrje në shkolla dhe konferenca shkencore për të mbajtur krah për krah gjendjen aktuale të punëve. Shkolla shkencore është një festë kaq e madhe: për një muaj gjendesh mes studentëve të tjerë të doktoraturës dhe postdoktorëve. Gjatë studimeve, shkencëtarë të famshëm vijnë tek ju dhe flasin për punën e tyre. Në të njëjtën kohë, ju jeni duke punuar në një projekt individual dhe jeni duke u mbikëqyrur nga dikush më me përvojë. Është po aq e rëndësishme të ruani një marrëdhënie të mirë me menaxherin tuaj. Nëse një student master nuk ka letra të mira rekomandimi, ai nuk ka gjasa të pranohet për një praktikë. Praktika përcakton nëse ai do të punësohet për të shkruar disertacionin e tij. Nga rezultatet e disertacionit - jeta e mëtejshme shkencore. Në secilën nga këto faza, ata gjithmonë kërkojnë reagime nga menaxheri dhe nëse një person nuk ka punuar shumë mirë, kjo do të bëhet e njohur mjaft shpejt, kështu që është e rëndësishme të vlerësoni reputacionin tuaj.

Për sa i përket planeve afatgjata, kam në plan të bëj disa postdoc përpara se të gjej një pozicion të përhershëm në një universitet ose laborator kërkimor. Kjo kërkon një numër të mjaftueshëm botimesh, të cilat aktualisht janë në zhvillim e sipër. Nëse gjithçka shkon mirë, kam mendime të kthehem në Rusi pas disa vitesh për të organizuar laboratorin tim ose grupin tim shkencor këtu.

Neurobiologjia studion sistemin nervor të njerëzve dhe kafshëve, duke marrë parasysh çështjet e strukturës, funksionimit, zhvillimit, fiziologjisë, patologjisë së sistemit nervor dhe trurit. Neurobiologjia është një fushë shumë e gjerë shkencore, që mbulon shumë fusha, për shembull, neurofiziologjinë, neurokiminë, neurogjenetikën. Neurobiologjia është e lidhur ngushtë me shkencat njohëse, psikologjinë dhe është gjithnjë e më me ndikim në studimin e fenomeneve socio-psikologjike.

Studimi i sistemit nervor në përgjithësi dhe i trurit në veçanti mund të bëhet në nivel molekular ose qelizor, kur studiohet struktura dhe funksionimi i neuroneve individuale, në nivelin e grupimeve individuale të neuroneve, si dhe në nivelin e sistemet individuale (korteksi cerebral, hipotalamusi, etj.) dhe i gjithë sistemi nervor në tërësi, duke përfshirë trurin, palcën kurrizore dhe të gjithë rrjetin e neuroneve në trupin e njeriut.

Neuroshkencëtarët mund të zgjidhin probleme krejtësisht të ndryshme dhe t'u përgjigjen, ndonjëherë, pyetjeve më të papritura. Si të rivendosni funksionin e trurit pas një goditjeje dhe cilat qeliza në indin e trurit të njeriut ndikuan në evolucionin e tij - të gjitha këto pyetje janë në kompetencën e neuroshkencëtarëve. Dhe gjithashtu: pse kafeja gjallëron, pse shohim ëndrra dhe nëse ato mund të kontrollohen, si gjenet përcaktojnë karakterin dhe strukturën tonë mendore, si ndikon funksionimi i sistemit nervor të njeriut në perceptimin e shijeve dhe aromave, dhe shumë e shumë të tjera.

Një nga fushat premtuese të kërkimit në neurobiologji sot është studimi i lidhjes midis vetëdijes dhe veprimit, domethënë se si mendimi për të kryer një veprim çon në përfundimin e tij. Këto zhvillime janë baza për krijimin e teknologjive thelbësisht të reja, për të cilat ne aktualisht nuk kemi asnjë ide, ose ato që kanë filluar të zhvillohen me shpejtësi. Një shembull i kësaj është krijimi i protezave të ndjeshme të gjymtyrëve që mund të rivendosin plotësisht funksionalitetin e një gjymtyre të humbur.

Sipas ekspertëve, përveç zgjidhjes së problemeve "serioze", zhvillimet e neuroshkencëtarëve së shpejti mund të përdoren për qëllime argëtimi, për shembull, në industrinë e lojërave kompjuterike për t'i bërë ato edhe më realiste për lojtarin, në krijimin e ekzoskeleteve të veçanta sportive. , si dhe në industrinë ushtarake.

Temat për studime në neurobiologji, me gjithë kërkimet e shumta në këtë fushë dhe interesimin e shtuar nga komuniteti shkencor, nuk po zvogëlohen. Prandaj, disa breza të tjerë shkencëtarësh do të duhet të zgjidhin misteret që qëndrojnë brenda trurit dhe sistemit nervor të njeriut.

Një neuroshkencëtar është një shkencëtar që punon në një nga fushat e neuroshkencës. Ai mund të angazhohet në shkencën themelore, domethënë të kryejë kërkime, vëzhgime dhe eksperimente, duke formuar qasje të reja teorike, duke gjetur modele të reja të përgjithshme që mund të shpjegojnë origjinën e rasteve të veçanta. Në këtë rast, shkencëtari është i interesuar për pyetje të përgjithshme në lidhje me strukturën e trurit, karakteristikat e ndërveprimit të neuroneve, studion shkaqet e sëmundjeve neurologjike, etj.

Nga ana tjetër, një shkencëtar mund t'i kushtohet praktikës, duke vendosur se si të zbatojë njohuritë e njohura themelore për të zgjidhur probleme specifike, për shembull, në trajtimin e sëmundjeve që lidhen me çrregullime të sistemit nervor.

Çdo ditë, specialistët përballen me problemet e mëposhtme:

1. si funksionojnë truri dhe rrjetet nervore në nivele të ndryshme ndërveprimi, nga nivelet qelizore në ato të sistemit;

2. si mund të maten me besueshmëri reaksionet e trurit;

3. çfarë lidhjesh, funksionale, anatomike dhe gjenetike, mund të gjurmohen në punën e neuroneve në nivele të ndryshme ndërveprimi;

4. cilët tregues të funksionit të trurit mund të konsiderohen si diagnostikues apo prognostikë në mjekësi;

5. çfarë barnash duhet të zhvillohen për trajtimin dhe mbrojtjen e gjendjeve patologjike dhe sëmundjeve neurodegjenerative të sistemit nervor.

Si të bëheni specialistë?

Arsim shtesë

Zbuloni më shumë rreth programeve të mundshme të përgatitjes së karrierës ndërsa jeni ende në moshën shkollore.

Arsimi profesional bazë

Përqindjet pasqyrojnë shpërndarjen e specialistëve me një nivel të caktuar arsimimi në tregun e punës. Specializimet kryesore për zotërimin e profesionit janë shënuar me ngjyrë të gjelbër.

Aftësitë dhe aftësitë

  • Puna me informacion. Aftësi në kërkimin, përpunimin dhe analizimin e informacionit të marrë
  • Një qasje e integruar për zgjidhjen e problemeve. Aftësia për të parë një problem në mënyrë gjithëpërfshirëse, në kontekst dhe, bazuar në këtë, të zgjidhni grupin e nevojshëm të masave për ta zgjidhur atë
  • Programimi. Aftësi në shkrimin e kodit dhe korrigjimin e tij
  • Vëzhgimet. Aftësi në kryerjen e vëzhgimeve shkencore, regjistrimin e rezultateve të marra dhe analizimin e tyre
  • Aftësitë shkencore. Aftësia për të zbatuar njohuritë në fushën e shkencave natyrore gjatë zgjidhjes së problemeve profesionale
  • Aftësitë kërkimore. Aftësia për të kryer kërkime, për të vendosur eksperimente, për të mbledhur të dhëna
  • Aftësitë matematikore. Aftësia për të zbatuar teorema dhe formula matematikore gjatë zgjidhjes së problemeve profesionale
  • Vlerësimi i sistemit. Aftësia për të ndërtuar një sistem për vlerësimin e çdo dukurie ose objekti, përzgjedhjen e treguesve të vlerësimit dhe kryerjen e një vlerësimi në bazë të tyre

Interesat dhe preferencat

  • Të menduarit analitik. Aftësia për të analizuar dhe parashikuar një situatë, për të nxjerrë përfundime bazuar në të dhënat e disponueshme dhe për të vendosur marrëdhënie shkak-pasojë
  • Mendim kritik. Aftësia për të menduar në mënyrë kritike: peshoni të mirat dhe të këqijat, pikat e forta dhe të dobëta të secilës qasje për zgjidhjen e një problemi dhe çdo rezultat të mundshëm
  • Aftësitë matematikore. Aftësi në matematikë dhe shkenca ekzakte, të kuptuarit e logjikës së dispozitave dhe teoremave matematikore
  • Aftësia për të mësuar. Aftësia për të asimiluar shpejt informacionin e ri dhe për ta zbatuar atë në punën e mëtejshme
  • Asimilimi i informacionit. Aftësia për të perceptuar dhe përvetësuar shpejt informacionin e ri
  • Fleksibiliteti i të menduarit. Aftësia për të vepruar me disa rregulla njëkohësisht, për t'i kombinuar ato dhe për të nxjerrë modelin më të përshtatshëm të sjelljes
  • Hapja ndaj gjërave të reja. Aftësia për të qëndruar në krah të informacionit të ri teknik dhe njohurive të lidhura me punën
  • Vizualizimi. Krijimi në imagjinatën e imazheve të detajuara të atyre objekteve që duhet të merren si rezultat i punës
  • Organizimi i informacionit. Aftësia për të organizuar të dhëna, informacione dhe gjëra ose veprime në një renditje të caktuar sipas një rregulli të caktuar ose grup rregullash
  • Vëmendje ndaj detajeve. Aftësia për t'u përqëndruar në detaje gjatë kryerjes së detyrave
  • Kujtesa. Aftësia për të kujtuar shpejt sasi të konsiderueshme informacioni

Profesioni në persona

Olga Martynova

Aleksandër Surin

Pesha e trurit është 3-5% e peshës totale të një personi. Dhe ky është raporti më i madh i peshës tru-trup në mbretërinë e kafshëve.

Ju mund të hyni në profesion me një arsim teknik dhe matematikor, pasi kërkohen gjithnjë e më shumë specialistë që njohin metoda komplekse të analizës statistikore të vëllimeve të mëdha të të dhënave dhe që mund të punojnë me Big Data.

Neuroshkencëtarët mund të gjejnë punë në departamentet e neurologjisë, neuropsikiatrisë, etj. Klinikat dhe klinikat e qytetit të Moskës. Në organizatat shkencore, specialistët në fushën e neurobiologjisë do të rrisin nivelin e kërkimit shkencor për funksionimin e sistemit nervor në shëndet dhe sëmundje; në institucionet mjekësore do të përmirësojnë cilësinë e diagnostikimit të sëmundjeve dhe do të zvogëlojnë kohën për vendosjen e diagnozave; do të kontribuojë në zhvillimin e strategjive progresive të trajtimit.

Truri dhe sistemi nervor në tërësi janë ndoshta sistemi më kompleks në trup. 70% e gjenomit njerëzor siguron formimin dhe funksionimin e trurit. Më shumë se 100 miliardë bërthama qelizore gjenden në trurin e njeriut, që është më shumë se numri i yjeve në rajonin e dukshëm të hapësirës.

Sot, shkencëtarët dhe mjekët kanë mësuar të transplantojnë dhe zëvendësojnë pothuajse çdo ind dhe çdo organ në trupin e njeriut. Çdo ditë kryhen shumë operacione të transplantit të veshkave, mëlçisë, madje edhe të zemrës. Megjithatë, një operacion i transplantimit të kokës ishte i suksesshëm vetëm një herë, kur kirurgu sovjetik V. Demikhov transplantoi një kokë të dytë në një qen të shëndetshëm. Dihet se ai kreu shumë eksperimente të ngjashme me qentë, dhe në një rast një krijesë e tillë me dy koka jetoi për gati një muaj. Sot eksperimente të ngjashme po kryhen edhe te kafshët, po kërkohen metoda për të shkrirë trurin dhe palcën kurrizore gjatë transplantimit, që është problemi më i rëndësishëm në këtë lloj operacioni, por deri më tani shkencëtarët janë larg kryerjes së operacioneve të tilla në njerëz. Transplantet e kokës ose trurit mund të ndihmojnë njerëzit e paralizuar, ata që nuk mund të kontrollojnë trupin e tyre, por çështja e etikës së transplantit të kokës gjithashtu mbetet e hapur.