Когнитивная нейронаука
…методы, локализация функций, осцилляторные системы мозга, биологическая обратная связь, интерфейс «мозг-компьютер»…
а также искусственный интеллект и другие проблемы.
Когнитивная нейронаука: «исследования на стыке нейронауки и когнитивной психологии, особенно теорий памяти, ощущения и восприятия, решения задач, языковой обработки, моторных и когнитивных процессов».
Зачем нужен такой синтез?
Для когнитивной психологии это
-возможность обнаружить физиологическое подтверждение наличия в психике структур, существование которых предсказано теоретически;
-возможность разработать нейросетевые модели, согласующиеся с реальными структурой и функциями центральной нервной системы.
Для нейронаук это - возможность связать свои открытия с более детально разработанными
моделями мозга и когнитивной деятельности.
Для медицины это - возможность обнаружения новых коррелятов между патологией мозга и поведением.
Для информационных технологий это - возможность моделировать познание и интеллект человека
посредством создания компьютеров с нейросетевой архитектурой.
Методы когнитивной нейронауки.
Наиболее распространённый подход: сочетание
экспериментальных методик когнитивной психологии с одновременной регистрацией активности в центральной нервной системе.
Кроме этого используется моделирование процессов, обеспечивающих когнитивные функции, как in vitro (например,
изучается нейронная активность на срезах гиппокампа), так и численное.
Методы изучения нервной системы (НС):
-Морфологические – изучают строение НС;
-Биохимические – изучают биохимические процессы,
обеспечивающие её работу; - Физиологические – изучают нормальное и
патологическое функционирование НС (включают в себя
методы разрушения, раздражения и регистрации)
Современные методы часто сочетают в себе сразу несколько
подходов. Например ПЭТ: выявляет области мозга (морфология), в которых происходил захват «меченых» молекул (биохимия), что является признаком
повышенной активности нейронов (физиология) в этих областях.
Методы когнитивной нейронауки.
Физиологические методы изучения нервной системы.
- Разрушение/перерезка. Исследуются нарушения функций после разрушения какого-либо отдела мозга, на основании чего делается вывод о необходимости этой области для соответствующих функций.
-Непосредственная регистрация активности нейронов.
-Запись электромагнитных явлений, сопровождающих
активность больших нейронов. Электро- и магнитоэнцефалография,
VSD.
- Томографические методы, измеряющие изменения
метаболизма. Позитронно-эмиссионная томография, магнитно-резонансная томография.
-Микроскопические методы. Двухфотонная флуоресцентная
микроскопия и другие.
Эти методы различаются между собой по временному и пространственному разрешениям, измеряемым параметрам, инвазивности и т.д. Выбор метода определяется задачами конкретного исследования (в идеале).
Локализация психических функций
Конец XIX века – локализационизм:
постулировали что для каждой психической функции есть определённый ответственный за неё участок мозга.
Ф.Галль
Френологические карты Ф.Галля
Альтернативная точка зрения – эквипотенциализм:
постулировали что мозг не специализирован, каждая его часть участвует во всех видах его активности.
К. Лэшли (1890—1958) американский психофизиолог и нейропсихолог, сторонник бихевиоризма. Занимался проблемой мозговой локализации психических функций, используя метод удаления у животных различных
частей головного мозга. Первоначально сформулировал положение об эквипотенциальности (равноценности) любых частей мозга в
выработке навыков и решении интеллектуальных задач, отвергал принцип локализации рефлекторных актов.
этой позиции в её радикальном виде.
Локализация психических функций
Современная точка зрения:
и те и другие правы (или и те и те ошибались), но лишь отчасти.
1.Есть области критически важные для тех или иных функций (например, зона Брока для нормальной речи).
2.С другой стороны, в работе этих функций принимают участие не только они, и в то же время многие области участвуют в разных задачах.
3.Мозг достаточно пластичен, особенно в раннем возрасте (например, при разрушении речевых зон у ребёнка до трёх лет, речевые функции могут взять на себя другие области мозга), хотя даже тогда разные его области не полностью универсальны.
Методы локализации
Самый древний – метод разрушения. Первые сведения о «локализации функций» получены из наблюдений за больными с локальными
поражениями мозга. Позже (с XVIII века (но ещё во II веке н.э. подобные опыты проводил
древнеримский врач и физиолог Гален)) стали проводить эксперименты на животных – разрушая участки мозга, или перерезая отдельные нервные волокна и изучая изменения в поведении. Используется и сейчас, но более «тонко»
(стереотаксис).
Метод раздражения используется с XIX века, когда были открыты электрические свойства нервной ткани.
Индуцирование сна и бодрствования у кошки при электрической стимуляции
таламус и ретикулярной формации. На графиках показана соответствующие записи ЭЭГ. (по Purves, 2004)
Методы локализации
Современные методы стараются сделать малоинвазивными.
Примеры – метод обратимого «выключения» участков мозга – Wada-тест и
метод транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС).
Транскраниальная магнитная стимуляция:
схема действия и внешний вид стимулятора
Wada-тест
Методы локализации
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). Сначала метод
назвали ядерный магнитный резонанс, но потом переименовали, чтобы не пугать пациентов.
Внешний вид томографа и пример результатов томографического исследования
(области активированные при выполнении задания на зрительную память).