นักประสาทสรีรวิทยาไปเรียนที่ไหน กรมกิจกรรมประสาทที่สูงขึ้น

ชีววิทยาประสาทศึกษาระบบประสาทของมนุษย์และสัตว์ โดยพิจารณาถึงปัญหาด้านโครงสร้าง การทำงาน พัฒนาการ สรีรวิทยา พยาธิวิทยาของระบบประสาทและสมอง ชีววิทยาวิทยาเป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่กว้างมาก ครอบคลุมหลายสาขา เช่น สรีรวิทยาประสาท เคมีประสาท และพันธุศาสตร์ของระบบประสาท ชีววิทยาวิทยามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวิทยาศาสตร์การรู้คิด จิตวิทยา และมีอิทธิพลมากขึ้นในการศึกษาปรากฏการณ์ทางสังคมและจิตวิทยา

การศึกษาระบบประสาทโดยทั่วไปและโดยเฉพาะสมองสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับโมเลกุลหรือเซลล์ โดยศึกษาโครงสร้างและการทำงานของเซลล์ประสาทแต่ละส่วน ในระดับของแต่ละกลุ่มของเซลล์ประสาท ตลอดจนในระดับของ ระบบส่วนบุคคล (เปลือกสมอง ไฮโปทาลามัส ฯลฯ) และระบบประสาททั้งหมดโดยรวม รวมถึงสมอง ไขสันหลัง และเครือข่ายเซลล์ประสาททั้งหมดในร่างกายมนุษย์

นักประสาทวิทยาสามารถแก้ปัญหาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงและตอบคำถามที่ไม่คาดคิดได้ในบางครั้ง วิธีฟื้นฟูการทำงานของสมองหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมอง และเซลล์ใดในเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ที่มีอิทธิพลต่อวิวัฒนาการของมัน - คำถามทั้งหมดนี้อยู่ในความสามารถของนักประสาทวิทยา นอกจากนี้: เหตุใดกาแฟจึงเติมพลัง เหตุใดเราจึงมองเห็นความฝัน และควบคุมความฝันได้หรือไม่ ยีนกำหนดคุณลักษณะและโครงสร้างทางจิตของเราอย่างไร การทำงานของระบบประสาทของมนุษย์ส่งผลต่อการรับรู้รสชาติและกลิ่นอย่างไร และอื่นๆ อีกมากมาย

งานวิจัยด้านประสาทชีววิทยาที่น่าสนใจอย่างหนึ่งในปัจจุบันคือการศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างจิตสำนึกและการกระทำ ซึ่งก็คือ ความคิดในการดำเนินการนำไปสู่ความสมบูรณ์ได้อย่างไร การพัฒนาเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างสรรค์เทคโนโลยีใหม่ที่เป็นรากฐานซึ่งปัจจุบันเรายังไม่มีความคิดหรือเทคโนโลยีที่กำลังเริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างนี้คือการสร้างขาเทียมที่บอบบางซึ่งสามารถฟื้นฟูการทำงานของแขนขาที่หายไปได้อย่างสมบูรณ์

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุ นอกเหนือจากการแก้ปัญหาที่ "ร้ายแรง" แล้ว การพัฒนาของนักประสาทวิทยายังสามารถนำไปใช้เพื่อความบันเทิงได้ในไม่ช้า เช่น ในอุตสาหกรรมเกมคอมพิวเตอร์เพื่อให้ผู้เล่นมีความสมจริงยิ่งขึ้นในการสร้างโครงกระดูกภายนอกกีฬาพิเศษ ตลอดจนในอุตสาหกรรมการทหาร

หัวข้อสำหรับการศึกษาด้านประสาทชีววิทยา แม้ว่าจะมีการวิจัยมากมายในสาขานี้และความสนใจที่เพิ่มขึ้นจากชุมชนวิทยาศาสตร์ แต่ก็ยังไม่เล็กลง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์อีกหลายรุ่นจะต้องไขปริศนาที่ซ่อนอยู่ภายในสมองและระบบประสาทของมนุษย์

นักประสาทวิทยาคือนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์สาขาใดสาขาหนึ่ง เขาสามารถมีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ได้แก่ การวิจัย การสังเกต และการทดลอง การสร้างแนวทางทางทฤษฎีใหม่ๆ ค้นหารูปแบบทั่วไปใหม่ๆ ที่สามารถอธิบายที่มาของกรณีเฉพาะได้ ในกรณีนี้ นักวิทยาศาสตร์มีความสนใจในคำถามทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างของสมอง ลักษณะของปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ประสาท ศึกษาสาเหตุของโรคทางระบบประสาท ฯลฯ

ในทางกลับกัน นักวิทยาศาสตร์สามารถอุทิศตนเพื่อฝึกฝน โดยตัดสินใจว่าจะนำความรู้พื้นฐานที่ทราบมาใช้เพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะได้อย่างไร เช่น ในการรักษาโรคที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของระบบประสาท

ทุกวันผู้เชี่ยวชาญต้องเผชิญกับปัญหาต่อไปนี้:

1. วิธีการทำงานของสมองและเครือข่ายประสาทในระดับปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ระดับเซลล์ไปจนถึงระดับระบบ

2. สามารถวัดปฏิกิริยาของสมองได้อย่างน่าเชื่อถือได้อย่างไร

3. การเชื่อมต่อการทำงานกายวิภาคและพันธุกรรมใดที่สามารถตรวจสอบได้ในการทำงานของเซลล์ประสาทในระดับปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน

4. ตัวชี้วัดการทำงานของสมองใดที่ถือได้ว่าเป็นการวินิจฉัยหรือการพยากรณ์โรคในทางการแพทย์

5. ยาชนิดใดที่ควรได้รับการพัฒนาเพื่อรักษาและป้องกันสภาวะทางพยาธิวิทยาและโรคทางระบบประสาทของระบบประสาท

จะเป็นผู้เชี่ยวชาญได้อย่างไร?

การศึกษาเพิ่มเติม

ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการเตรียมความพร้อมด้านอาชีพที่เป็นไปได้ในขณะที่ยังอยู่ในวัยเรียน

อาชีวศึกษาขั้นพื้นฐาน

เปอร์เซ็นต์สะท้อนถึงการกระจายตัวของผู้เชี่ยวชาญที่มีระดับการศึกษาระดับหนึ่งในตลาดแรงงาน ความเชี่ยวชาญพิเศษที่สำคัญสำหรับการเรียนรู้วิชาชีพจะมีเครื่องหมายสีเขียว

ความสามารถและทักษะ

• การทำงานกับข้อมูล ทักษะในการค้นหา ประมวลผล และวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้รับ
• แนวทางบูรณาการในการแก้ปัญหา ความสามารถในการมองเห็นปัญหาอย่างครอบคลุมในบริบท และเลือกกลุ่มมาตรการที่จำเป็นในการแก้ปัญหา
• การเขียนโปรแกรม ทักษะในการเขียนโค้ดและการดีบัก
• ข้อสังเกต. ทักษะในการสังเกตทางวิทยาศาสตร์ บันทึกผลที่ได้รับ และวิเคราะห์
• ทักษะทางวิทยาศาสตร์ ความสามารถในการประยุกต์ความรู้ในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติในการแก้ปัญหาทางวิชาชีพ
• ทักษะการวิจัย ความสามารถในการวิจัย จัดทำการทดลอง รวบรวมข้อมูล
• ทักษะทางคณิตศาสตร์ ความสามารถในการประยุกต์ทฤษฎีบทและสูตรทางคณิตศาสตร์ในการแก้ปัญหาทางวิชาชีพ
• การประเมินระบบ ความสามารถในการสร้างระบบสำหรับการประเมินปรากฏการณ์หรือวัตถุ เลือกตัวบ่งชี้การประเมิน และดำเนินการประเมินตามสิ่งเหล่านั้น

ความสนใจและความชอบ

• การคิดเชิงวิเคราะห์ ความสามารถในการวิเคราะห์และคาดการณ์สถานการณ์ สรุปผลตามข้อมูลที่มีอยู่ และสร้างความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผล
• การคิดอย่างมีวิจารณญาณ ความสามารถในการคิดอย่างมีวิจารณญาณ: ชั่งน้ำหนักข้อดีและข้อเสีย จุดแข็งและจุดอ่อนของแต่ละแนวทางในการแก้ปัญหา และผลลัพธ์ที่เป็นไปได้แต่ละอย่าง
• ความสามารถทางคณิตศาสตร์ ความสามารถในด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน ความเข้าใจในตรรกะของบทบัญญัติและทฤษฎีบททางคณิตศาสตร์
• ความสามารถในการเรียนรู้ ความสามารถในการดูดซับข้อมูลใหม่อย่างรวดเร็วและนำไปใช้ในการทำงานต่อไป
• การดูดซึมข้อมูล ความสามารถในการรับรู้และดูดซับข้อมูลใหม่อย่างรวดเร็ว
• ความยืดหยุ่นในการคิด ความสามารถในการทำงานกับกฎหลายข้อพร้อมกัน รวมเข้าด้วยกัน และสร้างแบบจำลองพฤติกรรมที่เกี่ยวข้องมากที่สุด
• การเปิดรับสิ่งใหม่ๆ ความสามารถในการติดตามข้อมูลทางเทคนิคใหม่และความรู้ที่เกี่ยวข้องกับงาน
• การแสดงภาพ การสร้างสรรค์จินตนาการของภาพที่มีรายละเอียดของวัตถุเหล่านั้นซึ่งจำเป็นต้องได้รับจากการทำงาน
• การจัดระเบียบข้อมูล ความสามารถในการจัดระเบียบข้อมูล ข่าวสาร และสิ่งต่าง ๆ หรือการกระทำตามลำดับเฉพาะตามกฎหรือชุดกฎเฉพาะ
• ความใส่ใจในรายละเอียด ความสามารถในการมีสมาธิกับรายละเอียดเมื่อทำงานให้เสร็จสิ้น
• หน่วยความจำ. ความสามารถในการจดจำข้อมูลจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว

อาชีพในบุคคล

โอลก้า มาร์ติโนวา

อเล็กซานเดอร์ สุรินทร์

น้ำหนักของสมองคือ 3-5% ของน้ำหนักรวมของบุคคล และนี่คืออัตราส่วนน้ำหนักสมองต่อร่างกายที่ใหญ่ที่สุดในอาณาจักรสัตว์

คุณสามารถเข้าสู่วิชาชีพด้วยการศึกษาด้านเทคนิคและคณิตศาสตร์ เนื่องจากผู้เชี่ยวชาญที่รู้วิธีการวิเคราะห์ทางสถิติที่ซับซ้อนของข้อมูลจำนวนมากและผู้ที่สามารถทำงานกับ Big Data ได้นั้นมีความต้องการเพิ่มมากขึ้น

นักประสาทวิทยาสามารถหางานทำในแผนกประสาทวิทยา ประสาทจิตเวชศาสตร์ ฯลฯ คลินิกและคลินิกเมืองมอสโก ในองค์กรทางวิทยาศาสตร์ ผู้เชี่ยวชาญในสาขาประสาทชีววิทยาจะเพิ่มระดับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการทำงานของระบบประสาทในด้านสุขภาพและโรค ในสถาบันทางการแพทย์จะปรับปรุงคุณภาพการวินิจฉัยโรคและลดเวลาในการวินิจฉัย จะมีส่วนช่วยในการพัฒนากลยุทธ์การรักษาแบบก้าวหน้า

สมองและระบบประสาทโดยรวมอาจเป็นระบบที่ซับซ้อนที่สุดในร่างกาย 70% ของจีโนมมนุษย์รับประกันการสร้างและการทำงานของสมอง นิวเคลียสของเซลล์มากกว่า 100 พันล้านเซลล์ถูกพบในสมองของมนุษย์ ซึ่งมากกว่าจำนวนดวงดาวในบริเวณอวกาศที่มนุษย์มองเห็นได้

ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์และแพทย์ได้เรียนรู้ที่จะปลูกถ่ายและทดแทนเนื้อเยื่อและอวัยวะใดๆ ในร่างกายมนุษย์เกือบทุกชนิด ในแต่ละวัน มีการผ่าตัดปลูกถ่ายไต ตับ และแม้แต่หัวใจจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม การผ่าตัดปลูกถ่ายศีรษะประสบความสำเร็จเพียงครั้งเดียว เมื่อศัลยแพทย์ชาวโซเวียต V. Demikhov ได้ปลูกถ่ายหัวที่สองให้เป็นสุนัขที่มีสุขภาพดี เป็นที่ทราบกันดีว่าเขาทำการทดลองที่คล้ายกันกับสุนัขหลายครั้ง และในกรณีหนึ่งสิ่งมีชีวิตสองหัวดังกล่าวมีชีวิตอยู่ได้เกือบหนึ่งเดือน ปัจจุบันมีการทดลองคล้าย ๆ กันในสัตว์ด้วย โดยกำลังหาวิธีการที่จะหลอมรวมสมองและไขสันหลังระหว่างการปลูกถ่ายซึ่งเป็นปัญหาที่สำคัญที่สุดในการผ่าตัดประเภทนี้ แต่จนถึงขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยังห่างไกลจากการดำเนินการดังกล่าวกับ มนุษย์ การปลูกถ่ายศีรษะหรือสมองสามารถช่วยคนเป็นอัมพาต ผู้ที่ไม่สามารถควบคุมร่างกายได้ แต่คำถามเกี่ยวกับจริยธรรมในการปลูกถ่ายศีรษะยังคงเปิดกว้างอยู่

อนาโตลี บูชิน

เขาศึกษาที่ไหน: คณะฟิสิกส์และกลศาสตร์ของมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิค, Ecole Normale Supérieure ในปารีส ปัจจุบันเป็น postdoc ที่มหาวิทยาลัย Washington

สิ่งที่เขาศึกษา: ประสาทวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์

คุณสมบัติพิเศษ: เล่นแซกโซโฟนและฟลุต, เล่นโยคะ, เดินทางบ่อย

ความสนใจในวิทยาศาสตร์ของฉันเกิดขึ้นในวัยเด็ก: ฉันรู้สึกทึ่งกับแมลง รวบรวมพวกมัน ศึกษาวิถีชีวิตและชีววิทยาของพวกมัน คุณแม่สังเกตเห็นจึงพาฉันไปที่ห้องปฏิบัติการนิเวศวิทยาสัตว์หน้าดินทะเล (LEMB) (สัตว์หน้าดินเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนพื้นดินและในดินบริเวณก้นอ่างเก็บน้ำ - บันทึก เอ็ด) ณ พระราชวังแห่งความคิดสร้างสรรค์แห่งเมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ทุกฤดูร้อน ตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 ถึงชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 เราได้ออกเดินทางไปยังทะเลสีขาวในเขตอนุรักษ์ธรรมชาติ Kandalaksha เพื่อสังเกตสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังและวัดจำนวนพวกมัน ในเวลาเดียวกัน ฉันได้เข้าร่วมการแข่งขันโอลิมปิกทางชีววิทยาสำหรับเด็กนักเรียน และนำเสนอผลงานการสำรวจของฉันเป็นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในโรงเรียนมัธยมปลาย ฉันเริ่มสนใจการเขียนโปรแกรม แต่การทำโปรแกรมนี้เพียงอย่างเดียวไม่น่าสนใจมากนัก ฉันเก่งฟิสิกส์ และฉันตัดสินใจค้นหาสาขาวิชาเฉพาะทางที่จะผสมผสานฟิสิกส์และชีววิทยาเข้าด้วยกัน ฉันจึงมาจบที่โพลีเทคนิค

ครั้งแรกที่ฉันมาฝรั่งเศสหลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีคือตอนที่ฉันได้รับทุนไปศึกษาต่อในระดับปริญญาโทที่ René Descartes University ในปารีส ฉันฝึกงานในห้องปฏิบัติการอย่างกว้างขวาง และเรียนรู้ที่จะบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทในชิ้นสมอง และวิเคราะห์การตอบสนองของเซลล์ประสาทในเปลือกสมองที่มองเห็นของแมวในระหว่างการนำเสนอสิ่งเร้าทางการมองเห็น หลังจากได้รับปริญญาโทแล้ว ฉันกลับไปที่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเพื่อสำเร็จการศึกษาที่มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิค ในปีสุดท้ายของปริญญาโท หัวหน้างานและฉันเตรียมโครงการรัสเซีย-ฝรั่งเศสสำหรับการเขียนวิทยานิพนธ์ และฉันได้รับทุนจากการเข้าร่วมการแข่งขัน École Normale Supérieure ในช่วงสี่ปีที่ผ่านมา ฉันทำงานภายใต้การดูแลทางวิทยาศาสตร์สองประการ ได้แก่ Boris Gutkin ในปารีสและ Anton Chizhov ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ไม่นานก่อนที่จะจบวิทยานิพนธ์ ฉันได้เข้าร่วมการประชุมในชิคาโกและได้เรียนรู้เกี่ยวกับตำแหน่งหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน หลังจากการสัมภาษณ์ ฉันตัดสินใจทำงานที่นี่อีกสองหรือสามปีข้างหน้า ฉันชอบโครงการนี้ และเอเดรียน แฟร์ฮอลล์ หัวหน้างานคนใหม่ของฉัน และฉันก็มีความสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่คล้ายกัน

เกี่ยวกับประสาทวิทยาการคำนวณ

วัตถุประสงค์ของการศึกษาชีววิทยาวิทยาเชิงคำนวณคือระบบประสาทและส่วนที่น่าสนใจที่สุดก็คือสมอง เพื่ออธิบายว่าการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้อย่างไร เราต้องพูดคุยกันเล็กน้อยเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์นี้ ในช่วงปลายยุค 80 วารสาร Science ได้ตีพิมพ์บทความที่พวกเขาเริ่มพูดถึงชีววิทยาวิทยาเชิงคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นสาขาวิชาประสาทวิทยาศาสตร์แบบสหวิทยาการใหม่ที่เกี่ยวข้องกับคำอธิบายข้อมูลและกระบวนการแบบไดนามิกในระบบประสาท

ในหลาย ๆ ด้าน รากฐานของวิทยาศาสตร์นี้วางโดยนักชีวฟิสิกส์ Alan Hodgkin และนักประสาทสรีรวิทยา Andrew Huxley (น้องชายของ Aldous Huxley - บันทึก เอ็ด). พวกเขาศึกษากลไกการสร้างและการส่งกระแสประสาทในเซลล์ประสาท โดยเลือกปลาหมึกเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบ ในเวลานั้นกล้องจุลทรรศน์และอิเล็กโทรดยังห่างไกลจากสมัยใหม่ และปลาหมึกก็มีแอกซอนหนามาก (กระบวนการที่กระแสประสาทเคลื่อนที่ผ่าน) จนมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สิ่งนี้ช่วยให้แอกซอนของปลาหมึกกลายเป็นแบบจำลองการทดลองที่มีประโยชน์ การค้นพบฮอดจ์กินและฮักซ์ลีย์คือพวกเขาอธิบายโดยใช้การทดลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ว่าการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทนั้นดำเนินการโดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท ต่อมาปรากฎว่ากลไกนี้เป็นสากลสำหรับเซลล์ประสาทของสัตว์หลายชนิดรวมถึงมนุษย์ด้วย ฟังดูผิดปกติ แต่จากการศึกษาปลาหมึก นักวิทยาศาสตร์สามารถเรียนรู้ว่าเซลล์ประสาทส่งข้อมูลในมนุษย์ได้อย่างไร Hodgkin และ Huxley ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบในปี 1963

หน้าที่ของประสาทชีววิทยาเชิงคอมพิวเตอร์คือการจัดระบบข้อมูลทางชีววิทยาจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับข้อมูลและกระบวนการไดนามิกที่เกิดขึ้นในระบบประสาท ด้วยการพัฒนาวิธีการใหม่ในการบันทึกกิจกรรมของระบบประสาท ปริมาณข้อมูลเกี่ยวกับการทำงานของสมองก็เพิ่มขึ้นทุกวัน เล่มของหนังสือ “หลักการวิทยาศาสตร์ประสาท” โดย Eric Kandel ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งกำหนดข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานของสมอง เพิ่มขึ้นในแต่ละฉบับใหม่ หนังสือเริ่มด้วย 470 หน้า และตอนนี้มีขนาดมากกว่า 1,700 หน้า เพื่อที่จะจัดระบบข้อเท็จจริงชุดใหญ่เช่นนี้ จำเป็นต้องมีทฤษฎี

เกี่ยวกับโรคลมบ้าหมู

ประมาณ 1% ของประชากรโลกเป็นโรคลมบ้าหมู ซึ่งก็คือ 50–60 ล้านคน วิธีการรักษาที่รุนแรงวิธีหนึ่งคือการเอาพื้นที่สมองที่เกิดการโจมตีออก แต่มันไม่ง่ายขนาดนั้น ประมาณครึ่งหนึ่งของโรคลมบ้าหมูในผู้ใหญ่เกิดขึ้นในสมองกลีบขมับซึ่งเชื่อมต่อกับฮิบโปแคมปัส โครงสร้างนี้มีหน้าที่สร้างความทรงจำใหม่ หากฮิปโปแคมปีสองตัวของคนๆ หนึ่งถูกตัดออกจากสมองทั้งสองข้าง พวกเขาจะสูญเสียความสามารถในการจดจำสิ่งใหม่ๆ มันจะเหมือนกับวันกราวด์ฮอกที่ต่อเนื่องกัน เนื่องจากคนเราจะสามารถจดจำบางสิ่งได้เพียง 10 นาทีเท่านั้น สาระสำคัญของการวิจัยของฉันคือการทำนายวิธีอื่นที่รุนแรงน้อยกว่า แต่เป็นไปได้และมีประสิทธิภาพในการต่อสู้กับโรคลมบ้าหมู ในวิทยานิพนธ์ของฉัน ฉันพยายามทำความเข้าใจว่าอาการลมชักเริ่มต้นอย่างไร

เพื่อทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับสมองระหว่างการโจมตี ลองนึกภาพว่าคุณมาชมคอนเสิร์ต และเมื่อถึงจุดหนึ่ง ห้องโถงก็ระเบิดด้วยเสียงปรบมือ คุณปรบมือตามจังหวะของคุณเอง และผู้คนรอบข้างคุณก็ปรบมือในจังหวะที่ต่างออกไป หากมีคนเริ่มปรบมือแบบเดียวกันมากพอ คุณจะพบว่าเป็นเรื่องยากที่จะรักษาจังหวะและมักจะจบลงด้วยการปรบมือร่วมกับคนอื่นๆ โรคลมบ้าหมูทำงานในลักษณะเดียวกันเมื่อเซลล์ประสาทในสมองเริ่มประสานกันอย่างมาก กล่าวคือ สร้างแรงกระตุ้นในเวลาเดียวกัน กระบวนการซิงโครไนซ์นี้อาจเกี่ยวข้องกับพื้นที่ทั้งหมดของสมอง รวมถึงส่วนควบคุมการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดอาการชัก แม้ว่าอาการชักส่วนใหญ่จะมีลักษณะเฉพาะคือไม่มีอาการชัก เนื่องจากโรคลมบ้าหมูไม่ได้เกิดขึ้นในบริเวณที่มีการเคลื่อนไหวเสมอไป

สมมติว่าเซลล์ประสาทสองอันเชื่อมต่อกันด้วยการเชื่อมต่อแบบกระตุ้นในทั้งสองทิศทาง เซลล์ประสาทหนึ่งส่งแรงกระตุ้นไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ซึ่งกระตุ้น และส่งแรงกระตุ้นกลับไป หากการเชื่อมต่อที่กระตุ้นแรงเกินไป จะนำไปสู่การเพิ่มกิจกรรมเนื่องจากการแลกเปลี่ยนแรงกระตุ้น โดยปกติแล้ว สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น เนื่องจากมีเซลล์ประสาทที่ยับยั้งซึ่งลดการทำงานของเซลล์ที่ทำงานมากเกินไป แต่หากการยับยั้งทำงานไม่ถูกต้องก็อาจนำไปสู่โรคลมบ้าหมูได้ มักเกิดจากการสะสมคลอรีนในเซลล์ประสาทมากเกินไป ในงานของฉัน ฉันได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเครือข่ายเซลล์ประสาทที่สามารถเข้าสู่โหมดโรคลมบ้าหมูได้ เนื่องจากพยาธิสภาพของการยับยั้งที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของคลอรีนภายในเซลล์ประสาท ในเรื่องนี้ ฉันได้รับความช่วยเหลือจากการบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทในเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่ได้รับหลังการผ่าตัดผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู แบบจำลองที่สร้างขึ้นช่วยให้เราสามารถทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกของโรคลมบ้าหมูเพื่อชี้แจงรายละเอียดของพยาธิวิทยานี้ ปรากฎว่าการคืนสมดุลของคลอรีนในเซลล์ประสาทเสี้ยมสามารถช่วยหยุดการโจมตีของโรคลมบ้าหมูได้โดยการคืนสมดุลของการกระตุ้น - การยับยั้งในเครือข่ายของเซลล์ประสาท หัวหน้างานคนที่สองของฉัน Anton Chizhov จากสถาบันฟิสิกส์-เทคนิคในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เพิ่งได้รับทุนจาก Russian Science Foundation เพื่อการศึกษาโรคลมบ้าหมู ดังนั้นการวิจัยแนวนี้จึงจะดำเนินต่อไปในรัสเซีย

ปัจจุบันมีงานที่น่าสนใจมากมายในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น ในสวิตเซอร์แลนด์ มีโครงการ Blue Brain ซึ่งมีเป้าหมายเพื่ออธิบายรายละเอียดส่วนเล็ก ๆ ของสมองให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ - เยื่อหุ้มสมองรับความรู้สึกทางกายของหนู ซึ่งมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหว แม้แต่ในสมองเล็กๆ ของหนู ก็ยังมีเซลล์ประสาทหลายพันล้านเซลล์ และพวกมันทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันในลักษณะหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในเยื่อหุ้มสมอง เซลล์ประสาทเสี้ยมหนึ่งเซลล์เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่นๆ ประมาณ 10,000 เซลล์ โครงการสมองสีฟ้าบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทประมาณ 14,000 เซลล์ จำแนกรูปร่างของพวกมัน และสร้างการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทประมาณ 8,000,000 เซลล์ขึ้นมาใหม่ จากนั้น เมื่อใช้อัลกอริธึมพิเศษ พวกเขาเชื่อมต่อเซลล์ประสาทเข้าด้วยกันในลักษณะที่เป็นไปได้ทางชีวภาพ เพื่อให้กิจกรรมปรากฏในเครือข่ายดังกล่าว แบบจำลองนี้ยืนยันหลักการที่พบในทฤษฎีของการจัดระเบียบเยื่อหุ้มสมอง - ตัวอย่างเช่น ความสมดุลระหว่างการกระตุ้นและการยับยั้ง และตอนนี้ในยุโรปก็มีโครงการใหญ่ที่เรียกว่าโครงการสมองมนุษย์ มันจะต้องอธิบายสมองของมนุษย์ทั้งหมดโดยคำนึงถึงข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน โครงการระดับนานาชาตินี้เป็นโครงการ Large Hadron Collider จากประสาทวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีห้องปฏิบัติการประมาณร้อยแห่งจากมากกว่า 20 ประเทศเข้าร่วม

นักวิจารณ์โครงการสมองสีฟ้าและโครงการสมองมนุษย์ตั้งคำถามว่ารายละเอียดจำนวนมากมีความสำคัญเพียงใดในการอธิบายวิธีการทำงานของสมอง สำหรับการเปรียบเทียบ คำอธิบาย Nevsky Prospekt ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กบนแผนที่ที่มองเห็นได้เฉพาะทวีปมีความสำคัญเพียงใด อย่างไรก็ตาม การพยายามดึงข้อมูลจำนวนมหาศาลมารวมกันถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด แม้ว่าเราจะไม่เข้าใจวิธีการทำงานของสมองอย่างถ่องแท้ แต่เมื่อสร้างแบบจำลองดังกล่าวแล้ว เราก็สามารถใช้มันในทางการแพทย์ได้ เช่น เพื่อศึกษากลไกของโรคต่างๆ และจำลองการออกฤทธิ์ของยาใหม่ๆ

ในสหรัฐอเมริกา โครงการของฉันมุ่งศึกษาระบบประสาทของไฮดรา แม้ว่าตำราเรียนชีววิทยาของโรงเรียนจะเป็นหนึ่งในหนังสือเรียนเล่มแรกๆ แต่ระบบประสาทก็ยังเข้าใจได้ไม่ดีนัก ไฮดราเป็นญาติของแมงกะพรุนดังนั้นจึงมีความโปร่งใสและมีจำนวนเซลล์ประสาทค่อนข้างน้อย - ตั้งแต่ 2 ถึง 5,000 ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะบันทึกกิจกรรมจากเซลล์เกือบทั้งหมดของระบบประสาทพร้อมกันได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงใช้เครื่องมือ เช่น "การถ่ายภาพแคลเซียม" ความจริงก็คือทุกครั้งที่มีการปล่อยเซลล์ประสาท ความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์จะเปลี่ยนไป หากเราเพิ่มสีพิเศษที่เริ่มเรืองแสงเมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมเพิ่มขึ้น ทุกครั้งที่มีการสร้างแรงกระตุ้นของเส้นประสาท เราจะเห็นการเรืองแสงที่เป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งเราสามารถกำหนดกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้ ซึ่งช่วยให้สามารถบันทึกกิจกรรมในสัตว์ที่มีชีวิตระหว่างพฤติกรรมได้ การวิเคราะห์กิจกรรมดังกล่าวจะช่วยให้เราเข้าใจว่าระบบประสาทของไฮดราควบคุมการเคลื่อนไหวของมันอย่างไร ความคล้ายคลึงที่ได้จากการวิจัยดังกล่าวสามารถใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของสัตว์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และในระยะยาว - ในด้านวิศวกรรมประสาทเพื่อสร้างระบบใหม่สำหรับควบคุมกิจกรรมทางประสาท

ว่าด้วยความสำคัญของประสาทวิทยาต่อสังคม

เหตุใดประสาทวิทยาศาสตร์จึงมีความสำคัญต่อสังคมยุคใหม่? ประการแรก เป็นโอกาสในการพัฒนาวิธีการรักษาโรคทางระบบประสาทแบบใหม่ คุณจะหาวิธีรักษาได้อย่างไรถ้าคุณไม่เข้าใจว่ามันทำงานอย่างไรในระดับสมองทั้งหมด? หัวหน้างานของฉันในปารีส Boris Gutkin ซึ่งทำงานที่ Higher School of Economics ในมอสโกก็ศึกษาการติดโคเคนและแอลกอฮอล์ งานของเขามีไว้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงในระบบการเสริมกำลังที่นำไปสู่การติดยาเสพติด ประการที่สอง สิ่งเหล่านี้คือเทคโนโลยีใหม่ โดยเฉพาะด้านประสาทเทียม ตัวอย่างเช่น คนที่ถูกทิ้งไว้โดยไม่มีแขนเนื่องจากมีการปลูกถ่ายสมอง จึงจะสามารถควบคุมแขนขาเทียมได้ Alexey Osadchiy จาก HSE มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในด้านนี้ในรัสเซีย ประการที่สาม ในระยะยาว นี่คือการเข้าสู่วงการไอที ซึ่งก็คือเทคโนโลยีการเรียนรู้ของเครื่อง ประการที่สี่ นี่คือขอบเขตของการศึกษา ตัวอย่างเช่น เหตุใดเราจึงเชื่อว่า 45 นาทีเป็นบทเรียนที่มีประสิทธิผลมากที่สุดในโรงเรียน ปัญหานี้อาจคุ้มค่าที่จะสำรวจให้ดีขึ้นโดยใช้ข้อมูลเชิงลึกจากประสาทวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการรับรู้ วิธีนี้ทำให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเราจะสอนในโรงเรียนและมหาวิทยาลัยได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้อย่างไร และจะวางแผนวันทำงานของเราอย่างมีประสิทธิผลมากขึ้นได้อย่างไร

เกี่ยวกับเครือข่ายทางวิทยาศาสตร์

ในด้านวิทยาศาสตร์ การสื่อสารระหว่างนักวิทยาศาสตร์มีความสำคัญมาก การสร้างเครือข่ายจำเป็นต้องมีส่วนร่วมในโรงเรียนวิทยาศาสตร์และการประชุมเพื่อติดตามสถานการณ์ปัจจุบัน โรงเรียนวิทยาศาสตร์เป็นงานสังสรรค์ที่ยิ่งใหญ่ เป็นเวลาหนึ่งเดือนที่คุณพบว่าตัวเองอยู่ในหมู่นักศึกษาปริญญาเอกและนักศึกษาหลังปริญญาเอกคนอื่นๆ ในระหว่างการศึกษา นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังมาหาคุณและพูดคุยเกี่ยวกับงานของพวกเขา ในเวลาเดียวกัน คุณกำลังทำงานในแต่ละโครงการ และอยู่ภายใต้การดูแลของบุคคลที่มีประสบการณ์มากกว่า การรักษาความสัมพันธ์ที่ดีกับผู้จัดการของคุณเป็นสิ่งสำคัญเท่าเทียมกัน หากนักศึกษาปริญญาโทไม่มีจดหมายแนะนำตัวที่ดี เขาก็ไม่น่าจะได้รับการยอมรับให้เข้าฝึกงาน การฝึกงานจะเป็นตัวกำหนดว่าเขาจะได้รับการว่าจ้างให้เขียนวิทยานิพนธ์หรือไม่ จากผลของวิทยานิพนธ์ - ชีวิตทางวิทยาศาสตร์ต่อไป ในแต่ละขั้นตอน พวกเขามักจะขอคำติชมจากผู้จัดการ และหากบุคคลทำงานได้ไม่ดีนัก สิ่งนี้จะเป็นที่รู้จักอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องให้ความสำคัญกับชื่อเสียงของคุณ

ในส่วนของแผนระยะยาว ฉันวางแผนที่จะทำ postdoc หลายครั้งก่อนที่จะหาตำแหน่งถาวรในมหาวิทยาลัยหรือห้องปฏิบัติการวิจัย ซึ่งจำเป็นต้องมีสิ่งพิมพ์ในจำนวนที่เพียงพอซึ่งขณะนี้อยู่ในระหว่างดำเนินการ หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี ฉันก็มีความคิดที่จะกลับไปรัสเซียในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเพื่อจัดตั้งห้องปฏิบัติการหรือกลุ่มวิทยาศาสตร์ของตัวเองที่นี่

Department of Higher Nervous Activity เป็นหนึ่งในศูนย์วิทยาศาสตร์และการศึกษาชั้นนำในประเทศของเราสำหรับการศึกษารากฐานทางระบบประสาทและจิตสรีรวิทยาของพฤติกรรมมนุษย์และสัตว์และการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณวุฒิสูงในสาขาประสาทสรีรวิทยาและจิตสรีรวิทยา

แผนกปัจจุบันเป็นทีมงานขนาดใหญ่ที่มีความคิดเหมือนกันซึ่งประกอบด้วยอาจารย์และนักวิจัยมากกว่า 20 คน ภาควิชาจ้างแพทย์ 5 คน และผู้สมัครสายวิทยาศาสตร์ 10 คน โดยทั้งหมดเป็นผู้สำเร็จการศึกษาจากภาควิชา

ภาควิชาดำเนินงานด้านการศึกษาหลักสูตรการศึกษาระดับปริญญาตรีในสาขาวิชา 06.03.01 ชีววิทยา และหลักสูตรปริญญาโทในสาขาวิชา 06.04.01 ชีววิทยา โปรไฟล์ "สรีรวิทยา ชีวเคมี ชีวฟิสิกส์" เจ้าหน้าที่ของภาควิชาจะดำเนินการหลักสูตรเฉพาะทางขั้นพื้นฐาน วิชาเลือก และระดับปริญญาตรี และดำเนินการฝึกงานสำหรับนักศึกษา หลักสูตรปริญญาโทของผู้เขียนมีเนื้อหาเกี่ยวข้องกับสาขาวิชาหลักของกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ของภาควิชา การศึกษาระดับสูงกว่าปริญญาตรีและปริญญาเอกของภาควิชาจัดให้มีการฝึกอบรมเฉพาะทาง 19.00.02 จิตวิทยาสรีรวิทยา 03.03.01 สรีรวิทยา

นักศึกษาระดับปริญญาตรี ปริญญาโท และบัณฑิตศึกษาเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของเจ้าหน้าที่ของภาควิชา นักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษามีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการพัฒนาสาขาการวิจัยหลักที่พัฒนาขึ้นในภาควิชา ซึ่งจะเป็นการเพิ่มศักยภาพทางวิชาชีพของพวกเขา

งานทางวิทยาศาสตร์ในแผนกนี้ดำเนินการในห้องปฏิบัติการ 5 แห่ง ได้แก่ จิตวิทยาสรีรวิทยา สรีรวิทยาของระบบเซ็นเซอร์ มอเตอร์คลื่นสมองไฟฟ้า ศูนย์วิทยาศาสตร์จิตวิทยาสรีรวิทยาของแม่และเด็ก และกลุ่มศึกษาคำพูดของเด็ก ที่ศูนย์กลางของกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ของแผนกคือปัญหาของการศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับกลไกทางจิตสรีรวิทยาของการทำงานด้านความรู้ความเข้าใจและสภาวะทางอารมณ์ซึ่งการพัฒนาดำเนินการในพื้นที่หลักดังต่อไปนี้:

ศึกษากลไกการทำงานของการรับรู้ ความจำและการเรียนรู้เป็นหลัก ความสนใจ การตัดสินใจ ศึกษากลไกของสมองในการประสานงานกิจกรรมของระบบรับความรู้สึกและการเคลื่อนไหว (การประสานงานของเซ็นเซอร์) ซึ่งเป็นพื้นฐานของการทำงานทางจิตของสมองมนุษย์

ศึกษาการทำงานของสมองมนุษย์โดยใช้การลงทะเบียนศักยภาพทางชีวภาพของสมอง

ศึกษาระยะแรกของการพัฒนาฟังก์ชันการรับรู้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการพัฒนาก่อนคลอด

ศึกษาลักษณะทางชีววิทยาของการก่อตัวของพฤติกรรมทางสังคมและอิทธิพลของฮอร์โมนฮอร์โมนต่อพฤติกรรมของสัตว์ภายใต้สภาวะปกติและภายใต้ความเครียด

การศึกษาที่ครอบคลุมในด้านต่างๆ ของพัฒนาการคำพูดของเด็กตั้งแต่ระยะเริ่มต้นของการสร้างเซลล์และการระบุบทบาทของปัจจัยต่างๆ ในการได้มาซึ่งคำพูดและภาษา

การพัฒนากิจกรรมทางวิทยาศาสตร์และการสอนที่ประสบความสำเร็จในแผนกนี้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับสถาบันการศึกษาหลายแห่ง รวมถึงสถาบันสมองมนุษย์ของ Russian Academy of Sciences สถาบันสรีรวิทยาที่ตั้งชื่อตาม I.P. Pavlova RAS สถาบันชีวเคมีและสรีรวิทยาวิวัฒนาการตั้งชื่อตาม I.M. Sechenov RAS, Pediatric Medical Academy บนพื้นฐานของการที่นักเรียนหลายคนทำงานที่มีคุณสมบัติเหมาะสม แผนกนี้ดำเนินความร่วมมือด้านวิทยาศาสตร์และการศึกษาอย่างแข็งขันกับมหาวิทยาลัยในรัสเซียและต่างประเทศและห้องปฏิบัติการวิจัย (มหาวิทยาลัยเฮลซิงกิ ประเทศฟินแลนด์; F.C. Donders Center ประเทศเนเธอร์แลนด์; มหาวิทยาลัย Gavle ประเทศสวีเดน; โรงเรียนเศรษฐศาสตร์ชั้นสูง กรุงมอสโก)

อนาโตลี บูชิน

เขาศึกษาที่ไหน: คณะฟิสิกส์และกลศาสตร์ของมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิค, Ecole Normale Supérieure ในปารีส ปัจจุบันเป็น postdoc ที่มหาวิทยาลัย Washington

สิ่งที่เขาศึกษา: ประสาทวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์

คุณสมบัติพิเศษ: เล่นแซกโซโฟนและฟลุต, เล่นโยคะ, เดินทางบ่อย

ความสนใจในวิทยาศาสตร์ของฉันเกิดขึ้นในวัยเด็ก: ฉันรู้สึกทึ่งกับแมลง รวบรวมพวกมัน ศึกษาวิถีชีวิตและชีววิทยาของพวกมัน คุณแม่สังเกตเห็นจึงพาฉันไปที่ห้องปฏิบัติการนิเวศวิทยาสัตว์หน้าดินทะเล (LEMB) (สัตว์หน้าดินเป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนพื้นดินและในดินบริเวณก้นอ่างเก็บน้ำ - บันทึก เอ็ด) ณ พระราชวังแห่งความคิดสร้างสรรค์แห่งเมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ทุกฤดูร้อน ตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 ถึงชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 เราได้ออกเดินทางไปยังทะเลสีขาวในเขตอนุรักษ์ธรรมชาติ Kandalaksha เพื่อสังเกตสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังและวัดจำนวนพวกมัน ในเวลาเดียวกัน ฉันได้เข้าร่วมการแข่งขันโอลิมปิกทางชีววิทยาสำหรับเด็กนักเรียน และนำเสนอผลงานการสำรวจของฉันเป็นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในโรงเรียนมัธยมปลาย ฉันเริ่มสนใจการเขียนโปรแกรม แต่การทำโปรแกรมนี้เพียงอย่างเดียวไม่น่าสนใจมากนัก ฉันเก่งฟิสิกส์ และฉันตัดสินใจค้นหาสาขาวิชาเฉพาะทางที่จะผสมผสานฟิสิกส์และชีววิทยาเข้าด้วยกัน ฉันจึงมาจบที่โพลีเทคนิค

ครั้งแรกที่ฉันมาฝรั่งเศสหลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีคือตอนที่ฉันได้รับทุนไปศึกษาต่อในระดับปริญญาโทที่ René Descartes University ในปารีส ฉันฝึกงานในห้องปฏิบัติการอย่างกว้างขวาง และเรียนรู้ที่จะบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทในชิ้นสมอง และวิเคราะห์การตอบสนองของเซลล์ประสาทในเปลือกสมองที่มองเห็นของแมวในระหว่างการนำเสนอสิ่งเร้าทางการมองเห็น หลังจากได้รับปริญญาโทแล้ว ฉันกลับไปที่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเพื่อสำเร็จการศึกษาที่มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิค ในปีสุดท้ายของปริญญาโท หัวหน้างานและฉันเตรียมโครงการรัสเซีย-ฝรั่งเศสสำหรับการเขียนวิทยานิพนธ์ และฉันได้รับทุนจากการเข้าร่วมการแข่งขัน École Normale Supérieure ในช่วงสี่ปีที่ผ่านมา ฉันทำงานภายใต้การดูแลทางวิทยาศาสตร์สองประการ ได้แก่ Boris Gutkin ในปารีสและ Anton Chizhov ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ไม่นานก่อนที่จะจบวิทยานิพนธ์ ฉันได้เข้าร่วมการประชุมในชิคาโกและได้เรียนรู้เกี่ยวกับตำแหน่งหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน หลังจากการสัมภาษณ์ ฉันตัดสินใจทำงานที่นี่อีกสองหรือสามปีข้างหน้า ฉันชอบโครงการนี้ และเอเดรียน แฟร์ฮอลล์ หัวหน้างานคนใหม่ของฉัน และฉันก็มีความสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่คล้ายกัน

เกี่ยวกับประสาทวิทยาการคำนวณ

วัตถุประสงค์ของการศึกษาชีววิทยาวิทยาเชิงคำนวณคือระบบประสาทและส่วนที่น่าสนใจที่สุดก็คือสมอง เพื่ออธิบายว่าการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เกี่ยวข้องกับสิ่งนี้อย่างไร เราต้องพูดคุยกันเล็กน้อยเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาของวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์นี้ ในช่วงปลายยุค 80 วารสาร Science ได้ตีพิมพ์บทความที่พวกเขาเริ่มพูดถึงชีววิทยาวิทยาเชิงคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นสาขาวิชาประสาทวิทยาศาสตร์แบบสหวิทยาการใหม่ที่เกี่ยวข้องกับคำอธิบายข้อมูลและกระบวนการแบบไดนามิกในระบบประสาท

ในหลาย ๆ ด้าน รากฐานของวิทยาศาสตร์นี้วางโดยนักชีวฟิสิกส์ Alan Hodgkin และนักประสาทสรีรวิทยา Andrew Huxley (น้องชายของ Aldous Huxley - บันทึก เอ็ด). พวกเขาศึกษากลไกการสร้างและการส่งกระแสประสาทในเซลล์ประสาท โดยเลือกปลาหมึกเป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบ ในเวลานั้นกล้องจุลทรรศน์และอิเล็กโทรดยังห่างไกลจากสมัยใหม่ และปลาหมึกก็มีแอกซอนหนามาก (กระบวนการที่กระแสประสาทเคลื่อนที่ผ่าน) จนมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สิ่งนี้ช่วยให้แอกซอนของปลาหมึกกลายเป็นแบบจำลองการทดลองที่มีประโยชน์ การค้นพบฮอดจ์กินและฮักซ์ลีย์คือพวกเขาอธิบายโดยใช้การทดลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ว่าการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาทนั้นดำเนินการโดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท ต่อมาปรากฎว่ากลไกนี้เป็นสากลสำหรับเซลล์ประสาทของสัตว์หลายชนิดรวมถึงมนุษย์ด้วย ฟังดูผิดปกติ แต่จากการศึกษาปลาหมึก นักวิทยาศาสตร์สามารถเรียนรู้ว่าเซลล์ประสาทส่งข้อมูลในมนุษย์ได้อย่างไร Hodgkin และ Huxley ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบในปี 1963

หน้าที่ของประสาทชีววิทยาเชิงคอมพิวเตอร์คือการจัดระบบข้อมูลทางชีววิทยาจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับข้อมูลและกระบวนการไดนามิกที่เกิดขึ้นในระบบประสาท ด้วยการพัฒนาวิธีการใหม่ในการบันทึกกิจกรรมของระบบประสาท ปริมาณข้อมูลเกี่ยวกับการทำงานของสมองก็เพิ่มขึ้นทุกวัน เล่มของหนังสือ “หลักการวิทยาศาสตร์ประสาท” โดย Eric Kandel ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งกำหนดข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับการทำงานของสมอง เพิ่มขึ้นในแต่ละฉบับใหม่ หนังสือเริ่มด้วย 470 หน้า และตอนนี้มีขนาดมากกว่า 1,700 หน้า เพื่อที่จะจัดระบบข้อเท็จจริงชุดใหญ่เช่นนี้ จำเป็นต้องมีทฤษฎี

เกี่ยวกับโรคลมบ้าหมู

ประมาณ 1% ของประชากรโลกเป็นโรคลมบ้าหมู ซึ่งก็คือ 50–60 ล้านคน วิธีการรักษาที่รุนแรงวิธีหนึ่งคือการเอาพื้นที่สมองที่เกิดการโจมตีออก แต่มันไม่ง่ายขนาดนั้น ประมาณครึ่งหนึ่งของโรคลมบ้าหมูในผู้ใหญ่เกิดขึ้นในสมองกลีบขมับซึ่งเชื่อมต่อกับฮิบโปแคมปัส โครงสร้างนี้มีหน้าที่สร้างความทรงจำใหม่ หากฮิปโปแคมปีสองตัวของคนๆ หนึ่งถูกตัดออกจากสมองทั้งสองข้าง พวกเขาจะสูญเสียความสามารถในการจดจำสิ่งใหม่ๆ มันจะเหมือนกับวันกราวด์ฮอกที่ต่อเนื่องกัน เนื่องจากคนเราจะสามารถจดจำบางสิ่งได้เพียง 10 นาทีเท่านั้น สาระสำคัญของการวิจัยของฉันคือการทำนายวิธีอื่นที่รุนแรงน้อยกว่า แต่เป็นไปได้และมีประสิทธิภาพในการต่อสู้กับโรคลมบ้าหมู ในวิทยานิพนธ์ของฉัน ฉันพยายามทำความเข้าใจว่าอาการลมชักเริ่มต้นอย่างไร

เพื่อทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับสมองระหว่างการโจมตี ลองนึกภาพว่าคุณมาชมคอนเสิร์ต และเมื่อถึงจุดหนึ่ง ห้องโถงก็ระเบิดด้วยเสียงปรบมือ คุณปรบมือตามจังหวะของคุณเอง และผู้คนรอบข้างคุณก็ปรบมือในจังหวะที่ต่างออกไป หากมีคนเริ่มปรบมือแบบเดียวกันมากพอ คุณจะพบว่าเป็นเรื่องยากที่จะรักษาจังหวะและมักจะจบลงด้วยการปรบมือร่วมกับคนอื่นๆ โรคลมบ้าหมูทำงานในลักษณะเดียวกันเมื่อเซลล์ประสาทในสมองเริ่มประสานกันอย่างมาก กล่าวคือ สร้างแรงกระตุ้นในเวลาเดียวกัน กระบวนการซิงโครไนซ์นี้อาจเกี่ยวข้องกับพื้นที่ทั้งหมดของสมอง รวมถึงส่วนควบคุมการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดอาการชัก แม้ว่าอาการชักส่วนใหญ่จะมีลักษณะเฉพาะคือไม่มีอาการชัก เนื่องจากโรคลมบ้าหมูไม่ได้เกิดขึ้นในบริเวณที่มีการเคลื่อนไหวเสมอไป

สมมติว่าเซลล์ประสาทสองอันเชื่อมต่อกันด้วยการเชื่อมต่อแบบกระตุ้นในทั้งสองทิศทาง เซลล์ประสาทหนึ่งส่งแรงกระตุ้นไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ซึ่งกระตุ้น และส่งแรงกระตุ้นกลับไป หากการเชื่อมต่อที่กระตุ้นแรงเกินไป จะนำไปสู่การเพิ่มกิจกรรมเนื่องจากการแลกเปลี่ยนแรงกระตุ้น โดยปกติแล้ว สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น เนื่องจากมีเซลล์ประสาทที่ยับยั้งซึ่งลดการทำงานของเซลล์ที่ทำงานมากเกินไป แต่หากการยับยั้งทำงานไม่ถูกต้องก็อาจนำไปสู่โรคลมบ้าหมูได้ มักเกิดจากการสะสมคลอรีนในเซลล์ประสาทมากเกินไป ในงานของฉัน ฉันได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเครือข่ายเซลล์ประสาทที่สามารถเข้าสู่โหมดโรคลมบ้าหมูได้ เนื่องจากพยาธิสภาพของการยับยั้งที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของคลอรีนภายในเซลล์ประสาท ในเรื่องนี้ ฉันได้รับความช่วยเหลือจากการบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทในเนื้อเยื่อของมนุษย์ที่ได้รับหลังการผ่าตัดผู้ป่วยโรคลมบ้าหมู แบบจำลองที่สร้างขึ้นช่วยให้เราสามารถทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกของโรคลมบ้าหมูเพื่อชี้แจงรายละเอียดของพยาธิวิทยานี้ ปรากฎว่าการคืนสมดุลของคลอรีนในเซลล์ประสาทเสี้ยมสามารถช่วยหยุดการโจมตีของโรคลมบ้าหมูได้โดยการคืนสมดุลของการกระตุ้น - การยับยั้งในเครือข่ายของเซลล์ประสาท หัวหน้างานคนที่สองของฉัน Anton Chizhov จากสถาบันฟิสิกส์-เทคนิคในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เพิ่งได้รับทุนจาก Russian Science Foundation เพื่อการศึกษาโรคลมบ้าหมู ดังนั้นการวิจัยแนวนี้จึงจะดำเนินต่อไปในรัสเซีย

ปัจจุบันมีงานที่น่าสนใจมากมายในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น ในสวิตเซอร์แลนด์ มีโครงการ Blue Brain ซึ่งมีเป้าหมายเพื่ออธิบายรายละเอียดส่วนเล็ก ๆ ของสมองให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ - เยื่อหุ้มสมองรับความรู้สึกทางกายของหนู ซึ่งมีหน้าที่ในการเคลื่อนไหว แม้แต่ในสมองเล็กๆ ของหนู ก็ยังมีเซลล์ประสาทหลายพันล้านเซลล์ และพวกมันทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันในลักษณะหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในเยื่อหุ้มสมอง เซลล์ประสาทเสี้ยมหนึ่งเซลล์เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่นๆ ประมาณ 10,000 เซลล์ โครงการสมองสีฟ้าบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทประมาณ 14,000 เซลล์ จำแนกรูปร่างของพวกมัน และสร้างการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทประมาณ 8,000,000 เซลล์ขึ้นมาใหม่ จากนั้น เมื่อใช้อัลกอริธึมพิเศษ พวกเขาเชื่อมต่อเซลล์ประสาทเข้าด้วยกันในลักษณะที่เป็นไปได้ทางชีวภาพ เพื่อให้กิจกรรมปรากฏในเครือข่ายดังกล่าว แบบจำลองนี้ยืนยันหลักการที่พบในทฤษฎีของการจัดระเบียบเยื่อหุ้มสมอง - ตัวอย่างเช่น ความสมดุลระหว่างการกระตุ้นและการยับยั้ง และตอนนี้ในยุโรปก็มีโครงการใหญ่ที่เรียกว่าโครงการสมองมนุษย์ มันจะต้องอธิบายสมองของมนุษย์ทั้งหมดโดยคำนึงถึงข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน โครงการระดับนานาชาตินี้เป็นโครงการ Large Hadron Collider จากประสาทวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีห้องปฏิบัติการประมาณร้อยแห่งจากมากกว่า 20 ประเทศเข้าร่วม

นักวิจารณ์โครงการสมองสีฟ้าและโครงการสมองมนุษย์ตั้งคำถามว่ารายละเอียดจำนวนมากมีความสำคัญเพียงใดในการอธิบายวิธีการทำงานของสมอง สำหรับการเปรียบเทียบ คำอธิบาย Nevsky Prospekt ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กบนแผนที่ที่มองเห็นได้เฉพาะทวีปมีความสำคัญเพียงใด อย่างไรก็ตาม การพยายามดึงข้อมูลจำนวนมหาศาลมารวมกันถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด แม้ว่าเราจะไม่เข้าใจวิธีการทำงานของสมองอย่างถ่องแท้ แต่เมื่อสร้างแบบจำลองดังกล่าวแล้ว เราก็สามารถใช้มันในทางการแพทย์ได้ เช่น เพื่อศึกษากลไกของโรคต่างๆ และจำลองการออกฤทธิ์ของยาใหม่ๆ

ในสหรัฐอเมริกา โครงการของฉันมุ่งศึกษาระบบประสาทของไฮดรา แม้ว่าตำราเรียนชีววิทยาของโรงเรียนจะเป็นหนึ่งในหนังสือเรียนเล่มแรกๆ แต่ระบบประสาทก็ยังเข้าใจได้ไม่ดีนัก ไฮดราเป็นญาติของแมงกะพรุนดังนั้นจึงมีความโปร่งใสและมีจำนวนเซลล์ประสาทค่อนข้างน้อย - ตั้งแต่ 2 ถึง 5,000 ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะบันทึกกิจกรรมจากเซลล์เกือบทั้งหมดของระบบประสาทพร้อมกันได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงใช้เครื่องมือ เช่น "การถ่ายภาพแคลเซียม" ความจริงก็คือทุกครั้งที่มีการปล่อยเซลล์ประสาท ความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์จะเปลี่ยนไป หากเราเพิ่มสีพิเศษที่เริ่มเรืองแสงเมื่อความเข้มข้นของแคลเซียมเพิ่มขึ้น ทุกครั้งที่มีการสร้างแรงกระตุ้นของเส้นประสาท เราจะเห็นการเรืองแสงที่เป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งเราสามารถกำหนดกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้ ซึ่งช่วยให้สามารถบันทึกกิจกรรมในสัตว์ที่มีชีวิตระหว่างพฤติกรรมได้ การวิเคราะห์กิจกรรมดังกล่าวจะช่วยให้เราเข้าใจว่าระบบประสาทของไฮดราควบคุมการเคลื่อนไหวของมันอย่างไร ความคล้ายคลึงที่ได้จากการวิจัยดังกล่าวสามารถใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของสัตว์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และในระยะยาว - ในด้านวิศวกรรมประสาทเพื่อสร้างระบบใหม่สำหรับควบคุมกิจกรรมทางประสาท

ว่าด้วยความสำคัญของประสาทวิทยาต่อสังคม

เหตุใดประสาทวิทยาศาสตร์จึงมีความสำคัญต่อสังคมยุคใหม่? ประการแรก เป็นโอกาสในการพัฒนาวิธีการรักษาโรคทางระบบประสาทแบบใหม่ คุณจะหาวิธีรักษาได้อย่างไรถ้าคุณไม่เข้าใจว่ามันทำงานอย่างไรในระดับสมองทั้งหมด? หัวหน้างานของฉันในปารีส Boris Gutkin ซึ่งทำงานที่ Higher School of Economics ในมอสโกก็ศึกษาการติดโคเคนและแอลกอฮอล์ งานของเขามีไว้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงในระบบการเสริมกำลังที่นำไปสู่การติดยาเสพติด ประการที่สอง สิ่งเหล่านี้คือเทคโนโลยีใหม่ โดยเฉพาะด้านประสาทเทียม ตัวอย่างเช่น คนที่ถูกทิ้งไว้โดยไม่มีแขนเนื่องจากมีการปลูกถ่ายสมอง จึงจะสามารถควบคุมแขนขาเทียมได้ Alexey Osadchiy จาก HSE มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในด้านนี้ในรัสเซีย ประการที่สาม ในระยะยาว นี่คือการเข้าสู่วงการไอที ซึ่งก็คือเทคโนโลยีการเรียนรู้ของเครื่อง ประการที่สี่ นี่คือขอบเขตของการศึกษา ตัวอย่างเช่น เหตุใดเราจึงเชื่อว่า 45 นาทีเป็นบทเรียนที่มีประสิทธิผลมากที่สุดในโรงเรียน ปัญหานี้อาจคุ้มค่าที่จะสำรวจให้ดีขึ้นโดยใช้ข้อมูลเชิงลึกจากประสาทวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการรับรู้ วิธีนี้ทำให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเราจะสอนในโรงเรียนและมหาวิทยาลัยได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้อย่างไร และจะวางแผนวันทำงานของเราอย่างมีประสิทธิผลมากขึ้นได้อย่างไร

เกี่ยวกับเครือข่ายทางวิทยาศาสตร์

ในด้านวิทยาศาสตร์ การสื่อสารระหว่างนักวิทยาศาสตร์มีความสำคัญมาก การสร้างเครือข่ายจำเป็นต้องมีส่วนร่วมในโรงเรียนวิทยาศาสตร์และการประชุมเพื่อติดตามสถานการณ์ปัจจุบัน โรงเรียนวิทยาศาสตร์เป็นงานสังสรรค์ที่ยิ่งใหญ่ เป็นเวลาหนึ่งเดือนที่คุณพบว่าตัวเองอยู่ในหมู่นักศึกษาปริญญาเอกและนักศึกษาหลังปริญญาเอกคนอื่นๆ ในระหว่างการศึกษา นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังมาหาคุณและพูดคุยเกี่ยวกับงานของพวกเขา ในเวลาเดียวกัน คุณกำลังทำงานในแต่ละโครงการ และอยู่ภายใต้การดูแลของบุคคลที่มีประสบการณ์มากกว่า การรักษาความสัมพันธ์ที่ดีกับผู้จัดการของคุณเป็นสิ่งสำคัญเท่าเทียมกัน หากนักศึกษาปริญญาโทไม่มีจดหมายแนะนำตัวที่ดี เขาก็ไม่น่าจะได้รับการยอมรับให้เข้าฝึกงาน การฝึกงานจะเป็นตัวกำหนดว่าเขาจะได้รับการว่าจ้างให้เขียนวิทยานิพนธ์หรือไม่ จากผลของวิทยานิพนธ์ - ชีวิตทางวิทยาศาสตร์ต่อไป ในแต่ละขั้นตอน พวกเขามักจะขอคำติชมจากผู้จัดการ และหากบุคคลทำงานได้ไม่ดีนัก สิ่งนี้จะเป็นที่รู้จักอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องให้ความสำคัญกับชื่อเสียงของคุณ

ในส่วนของแผนระยะยาว ฉันวางแผนที่จะทำ postdoc หลายครั้งก่อนที่จะหาตำแหน่งถาวรในมหาวิทยาลัยหรือห้องปฏิบัติการวิจัย ซึ่งจำเป็นต้องมีสิ่งพิมพ์ในจำนวนที่เพียงพอซึ่งขณะนี้อยู่ในระหว่างดำเนินการ หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี ฉันก็มีความคิดที่จะกลับไปรัสเซียในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเพื่อจัดตั้งห้องปฏิบัติการหรือกลุ่มวิทยาศาสตร์ของตัวเองที่นี่