신경 과학에 대한 관심

늘 그렇듯이 자연과학 발전의 주요 원인은 방법론적 발전입니다. 물론 개념적 발전은 병행하여 이어지고 진행되지만, 신경과학 분야의 엄청난 확장은 가장 낮은 수준에서 여러 가지 방법론적 돌파구에 의해 촉발되었다고 생각합니다. 이것은 분자 생물학, 유전 공학 분야의 발전이었으며, 특정 질병 연구를 위한 발달 연구를 위한 모델 시스템을 제공했습니다.

이러한 기술은 또한 뉴런의 생화학적 및 분자적 식별을 위한 매우 유용한 도구를 제공했습니다. 우리는 형태학적으로 겉으로 보기에는 동일한 것처럼 보이는 뉴런이 서로 다른 분자 기계를 부여받은 정도의 다양화에 대해 배웠습니다. 이 모든 것은 분자 생물학의 발전에 빚지고 있습니다.

두 번째로 중요한 요인은 비침습적 이미징 기술의 개발이라고 생각합니다. 이를 통해 동물 실험에서 개발된 많은 개념을 인간 피험자를 대상으로 한 연구로 이전할 수 있었습니다. 이것이 바로 기능성 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging Positeory Emission Tomography)입니다.

또한 뇌의 전기 활동을 분석하기 위해 훨씬 더 나은 공간 해상도를 허용하는 자기 홀로그래피의 도입은 이 분야의 상당한 확장으로 이어졌습니다. 그런 다음 무시할 수 없는 요인은 거대한 컴퓨터 성능의 가용성, 증가하는 가용성이라고 생각하는데, 왜냐하면 신경생물학이 뉴런 네트워크 특성 분석에 필수적이라고 생각하는 다중 사이트 기록 기술을 적용하기 시작하면서 데이터가 점점 더 복잡해졌고 제가 이 분야에 발을 들여놓았을 때와 같이 데이터를 보는 것만으로도 데이터를 평가하는 것이 점점 더 불가능해졌기 때문입니다. 컴퓨터도 없었다. 우리는 긴 종이 조각을 잘라 바닥 위로 옮기는 방식으로 교차 상관 분석을 수행해야 했습니다.

따라서 컴퓨팅 파워의 가용성은 적어도 시스템 생리학을 크게 발전시켰습니다. 이러한 발전에 큰 영향을 미쳤다고 생각합니다. 그리고 마지막으로 중요한 것은, 이러한 컴퓨터 시설의 가용성으로 인해 우리는 이론적 수준에서 신경 네트워크의 특성을 치료할 수 있었습니다.

뉴런 네트워크가 보여주는 역학은 너무 복잡하여 모델링 연구와 이론적 접근 방식만이 교육받은 가설을 공식화할 수 있는 위치에 있습니다. 또한 신경 코드 검색을 위해 이러한 검색 도구 없이는 진행할 수 없습니다. 그래서 저는 이러한 방법론적 발전이 신경과학의 위대한 확장에 기여했다고 생각하며, 이는 어떤 과학 분야에서도 전례가 없는 일이라고 생각합니다.

내 자신의 연구에 관한 한, 내 전기에는 두 부분이 있습니다. 처음에 저는 뇌의 발달 과정을 연구했습니다. 저는 특히 산후 경험에 의해 형성되는 발달 과정에 관심이 있었습니다.

이 접근법의 근거는 성숙한 뇌의 조직이 너무 복잡해서 발달 원리를 더 잘 연구하고 그것들을 이해하려고 노력하며 이러한 발달 과정이 결국 무엇으로 이어질지 추론하려고 노력하기 때문입니다. 그러나 우리가 앉아 있는 바로 이 실험실에서 실제로 일어난 우연한 발견이 내 인생을 바꾸어 놓았는데, 왜냐하면 나는 깨어 있던 새끼 고양이의 1차 시각 피질에 있는 뉴런이 실제로 내 뒤에 있는 탁자에 앉아서 떠다니는 격자를 보고 있었고, 자극이나 독일의 주요 스위치로 인해 저하되었다고 볼 수 없는 고도로 동기화된 진동 활동에 혼입되었다는 것을 우연히 발견했기 때문입니다. 그것은 40 헤르츠 범위의 진동이었습니다. 그래서 저는 처음으로 공간적으로 분포된 뉴런들이 상당히 먼 거리에서 밀리초 범위의 매우 높은 정밀도로 그들의 활동을 조정할 수 있다는 것을 보았습니다.

그리고 이것은 어쩌면 시간이 분산된 뉴런 반응의 조정을 위한 코딩 공간으로 사용될지도 모른다는 생각을 촉발시켰습니다. 그리고 저는 이 옵션이 너무 흥미롭다는 것을 알게 되어 그토록 사랑받는 발달 신경생물학 분야를 무시하고 이 현상에 대한 추가 분석에 대부분의 노력을 투자하기로 결정했습니다. 그리고 이것은 이제 거의 15년 전, 또는 그 이상이 되었습니다.

그리고 그 이후로 우리는 대부분의 시간을 다중 사이트 기록과 분산 신경망의 공간적 시간 특허를 찾는 데 보냈는데, 그 이유는 정보가 고전적으로 가정되고 확인된 것처럼 뉴런의 방전 속도에 암호화될 뿐만 아니라 추가 정보가 뉴런의 개별 방전 사이의 정확한 일시적 관계에 암호화되어 제로 위상 호수 상관 관계가 발생한다고 굳게 믿기 때문입니다. 따라서 정확한 우연의 일치는 아마도 빙산의 일각에 불과할 것입니다. 그러나 중요한 팁은 동기 활동이 뉴런 네트워크에서 특히 흥미롭기 때문에 매우 쉽게 전파되기 때문에 반응을 동기화하는 것은 큰 시간적 위치를 가진 뉴런 반응의 현저성을 향상시키는 수단입니다.

스파이크 단위로 수행할 수 있습니다. 그리고 초기 가설은 이 동기화가 공간적으로 분포된 뉴런에 의해 처리되는 특징 간의 관계를 설정하기 위해 감각 처리의 말초 단계에서 사용된다는 것이었습니다. 그 이후로 더 많은 실험실에서 동기화 현상을 찾는 데 참여했습니다.

제 생각에는 유럽에서 RI와 같은 동료들과 함께 시작되었는데, 그들은 EEG 기술을 적용하여 뇌의 동기 진동 활동을 평가하고 이러한 활동을 인지 기능과 연관시켰습니다. 그리고 그 이후로 진동과 동조의 역할은 매우 논란의 여지가 있는 방식으로 논의되었습니다. 이러한 현상이 존재할 수 있다는 초기의 의구심은 이제 모두 반박되었고, 우리 모두는 이제 기능적 결과를 찾는 데 몰두

그리고 그것이 무엇을 의미할 수 있는지에 대한 수많은 가설이 있습니다. 오늘날 우리가 직면하고 있고 대처해야 할 매우 큰 어려움을 겪고 있는 이 방대한 양의 데이터의 축적은 진정한 진전을 반영합니까? 그것은 확실히 진보를 반영하는데, 왜냐하면 우리는 뉴런의 조직, 뉴런 네트워크, 그리고 뇌 전체에 대해 점점 더 많은 사실과 세부 사항을 알게 되기 때문이다.

그리고 이것은 자연 과학에 적용되는 고전적인 분석 접근 방식의 필연적인 결과입니다. 하나는 하위 시스템을 분리한 다음 더 자세히 설명합니다. 그러나 이것은 과학적 노력의 절반에 불과합니다.

우리에게 또한 필요한 것은 귀납적 전략입니다. 이것은 모든 데이터의 합성입니다. 그리고 우리가 지금 직면하고 있는 것은 우리가 엄청난 양의 단어를 가지고 있다는 것입니다.

우리는 기억하기 어려운 엄청난 어휘를 가지고 있지만, 많은 영역에서 그 단어들을 의미 있는 문장으로 조합할 수 있는 구문이 부족합니다. 이것은 특히 시스템 신경 과학의 경우입니다. 그러므로, 우리는 더 많은 이론이 필요하다고 생각하는데, 왜냐하면 조건들이 너무나 복잡해져서 거의 언어적 묘사만으로는 더 이상 이 종합적 과정을 파악하거나 성취하기에 충분하지 않을 것이기 때문입니다.

우리는 공식적인 설명이 필요하고, 모델을 생성할 수 있는 분석 도구가 필요하며, 이를 위해서는 매우 강력한 계산이 필요합니다. 그리고 우리는 물론 종합적인 사상가가 필요합니다. 그것이 아마도 현재 가장 중요한 요소일 것입니다.

많은 양의 세부 사항을 의미 있는 가설이나 개념으로 묶을 수 있는 사람. 물론 적절한 환경을 제공함으로써 이 과정을 촉진할 수 있으며, 전 세계적으로 일반적으로 Institute for Computational Neuroscience 또는 Institute for Theoretical Neuroscience라고 불리는 기관을 만들어 이러한 환경을 제공하려는 노력을 볼 수 있습니다. 당분간 이러한 장소 중 많은 곳이 여전히 고립되어 존재하며 실험 기관과 충분히 연결되어 있지 않습니다.

매우 긴밀하게 협력하고, 데이터 아이디어를 교환하고, 질투심 없이 이를 수행하는 물리학에서 매우 유익했던 것처럼, 이론가와 실험주의자 간의 매우 긴밀한 협력을 보고 싶어하는 것이 이상적이지만, 우리 분야에서는 여전히 그렇지 않습니다. 하지만 저는 생물학이 이제 이론적 접근을 의미 있는 방식으로 뒷받침할 수 있을 만큼 충분히 성숙한 문턱에 접근하고 있다고 생각합니다. 이곳 프랑크푸르트에서 우리는 바로 그 목적을 위해 프랑크푸르트 고등연구소를 설립했는데, 그 이유는 물리학자와 수학자, 이론가들이 실험연구소에 속해 있을 때 소외되는 경향이 있다는 것을 제가 경험했기 때문입니다.

생물학자들은 보통 그들의 언어에 대한 훈련을 받지 않았기 때문에 이야기할 동료가 충분하지 않습니다. 그래서 그 아이디어는 달계나 뇌처럼 밀접하게 결합된 다성분 체계라는 공통점을 가진 여러 모델 체계, 생물학적 모형 체계를 이론가들이 연구하는 연구소를 만들자고 제안서가 나왔는데, 이 이론가들이 이 복잡한 자기 조직화 체계에서 공통된 원리를 발견하고 분석 도구를 공유할 수 있기를 희망했습니다. 모델 구축을 위한 도구를 공유할 수 있습니다. 그리고 저는 그것이 효과가 있었다고 생각합니다, 왜냐하면 약 1년 만에 이 연구소의 과학자는 0명에서 120명으로 성장했기 때문입니다.

그리고 이 연구소의 특별한 구조는, 미국에 있는 동료들에게는 놀라운 일이 아니지만, 유럽에서는 매우 예외적인 일인데, 이 연구소가 전적으로 기부자들의 개인 자금에 의해 자금을 지원받는다는 것입니다. 그것은 대학 연구소가 아니며 프랑크푸르트의 대학과 연결되어 있지만, 거기에서 일어나는 일은 진정으로 학문적이고, 학부를 넘나들며, 직립하고 자신의 건물을 갖고 매우 다른 사람들을 모으는 것으로만 실현 가능한 것처럼 보이기 때문에 기존 학부 내에 그러한 학제 간 기업을 설치하는 것이 불가능하다는 단순한 이유 때문에 다른 방식으로 금융입니다 같은 지붕 아래 있는 학문들. 비록 이 용어들이 처음에는 물리적 체계에서 유래했지만, 뇌는 분명히 자기 조직화 체계이기 때문에 뇌의 일부 특성을 여전히 파악하고 있습니다.

뇌에는 분산된 모든 과정을 조정하는 지휘자가 없습니다. 뇌는 유전자와 환경 간의 상호 작용을 통해 자기 조직화 방식으로 발달합니다. 선험적으로 강사도 없고, 청사진도 없습니다.

그리고 마지막으로, 이 용어는 우리가 항상 복잡한 시스템에서 관찰하는 것, 즉 복잡한 시스템이 구성 요소의 속성에서 설명하거나 추론할 수 없는 속성을 나타내는 경향이 있다는 것에 매우 잘 적용됩니다. 그리고 뇌는 이 사실에 대한 특히 좋은 예이며, 우리는 모든 복잡한 시스템에서 뇌에 특별한 것이 없다는 것을 알고 있습니다. 뇌의 특별한 점은 우리가 한 쪽에 물질적 과정, 즉 뉴런 상호작용을 가지고 있다는 것인데, 이는 우리 환경의 다른 과정과 마찬가지로 3인칭 관점에서 설명할 수 있습니다.

그리고 이러한 뉴런 상호작용에서 출현하는 것은 정신적 현상, 감정, 생각, 결정과 같은 심리적 현상입니다. 그래서 제가 다루고 싶은 현실들이 있는데, 그것들은 서로 소통하고, 서로를 거울로 비추고, 서로에게 속성을 부여하고, 사람에 의해 뇌를 대체할 수 있는 뇌들 사이의 상호작용에 의해 출현하거나 존재하게 되는 사회적 현실들입니다, 왜냐하면 사람을 만드는 것은 결국 그 신체 환경 속의 뇌이기 때문이며, 이러한 상호작용으로 인해 실제 현상으로 간주되어야 하는 현상들이 출현하기 때문입니다. 그것들은 실재들이지만, 그것들은 그것들을 낳는 현상들, 즉 그것들의 기원에 있는 현상들, 즉 뉴런 상호작용들로서 다른 언어로 설명되어야 한다. 그래서 저는 이것이 복잡한 시스템에 의해 새로운 무언가가 생성되는 전형적인 출현 사례라고 생각하며, 아무도 뉴런에 대한 완전한 지식, 심지어 뉴런 네트워크에 대한 완전한 지식으로부터, 그들이 서로 상호 작용할 때 가치 체계를 발전시킬 수 있다고 추론할 수

뇌를 복구하려는 우리의 노력에서 가장 큰 문제는 뉴런이 중추 신경계에서 쉽게 재생되지 않는다는 사실과는 별개로, 우리가 알 수 없는 이유로 뉴런이 절단되면 과정을 연장하는 것을 좋아하지 않는다는 것입니다. 어쩌면 그러한 메커니즘의 발달에 대한 에보의 진화적 압력은 없었을 수도 있는데, 왜냐하면 실제로 대규모로 세포를 사멸시키는 뇌 손상은 대개 생존과 양립할 수 없었기 때문이다. 손상된 뉴런 네트워크를 회복하는 데 있어 가장 큰 문제는 발달 과정을 요약하기 어렵다는 것이다.

성숙한 뇌는 유전자 간의 대화와 발달 전반에 걸쳐 변화하는 점점 더 분화된 세포 환경에 의해 안내되는 복잡한 자기 조직화 과정에서 단계적으로 발전한 매우 정교한 회로를 특징으로 합니다. 그리고 이 프로세스는 본질적으로 상향식 프로세스입니다. 주변부 구조가 먼저 성숙해지고, 그 다음에는 임계기를 거치고 연결성이 고정되어, 더 높은 단계는 이미 구축된 것에 의존할 수 있고, 그 다음에는 이미 존재하는 것의 기능으로서 스스로를 조직할 수 있습니다.

이 과정은 인간에게서 20세까지 계속되고, 그 후 회로가 결정화되고, 그 시점에서 우리가 가진 뇌와 함께 살아가야 합니다. 학습과 신경 가소성에 의한 추가 수정이 있지만 이는 제한적입니다. 예를 들어, 줄기세포를 주입하거나 우리가 이미 알고 있는 뉴런을 더 높은 수준의 처리로 대체한다면, 뉴런은 분화할 수 있고, 선구자는 뉴런이 될 수 있지만, 문제는 그들이 상호작용해야 하는 파트너를 찾을 수 있느냐는 것입니다.

정보가 여전히 거기에 있습니까 그것은 축삭 성장을 안내하고 특정 연결의 형성을 안내하는 개발 중에 사용할 수 있었습니다. 그리고 우리는 이 정보를 더 이상 사용할 수 없다는 것을 알고 있는데, 그 이유는 필요한 마커 분자를 발현하는 데 필요한 유전자가 발달이 끝나면 꺼지기 때문입니다. 그리고 아마도 필요한 것은 뉴런과 ggl 세포로 분화할 수 있는 세포를 공급할 뿐만 아니라 발달 과정에서 활성화된 유전자를 켤 수 있도록 유기체가 스위치를 켜거나 켤 수 있도록 돕는 것입니다. 연결해야 하는 위치.

그리고 물론 쉽게 다시 설치할 수 없는 것은 학습 과정으로 인한 모든 특이한 배선과 시냅스 게임의 조정입니다. 물론 새로 통합된 뉴런은 사라진 뉴런의 형태와 구조와 기능에 각인된 경험에 대한 기념품이나 기억을 갖지 못할 것이다. 따라서 복원 기능에는 특정 제한이 있습니다.

그리고 우리가 지금 이 순간에 깨닫고 있듯이, 자연은 뉴런의 평생 재생을 예견하고 해마와 후각구에서와 같이 뉴런의 지속적인 재생과 삽입을 촉진하는 데 필요한 기계를 살아 있게 유지했기 때문에 뇌의 특정 부분이 문제가 덜 되는 것처럼 보입니다. 그러나 이것이 아마도 큰 문제를 일으킬 수 있는 다른 구조들, 즉 아직 만족스럽지 못했지만 시도되어 확실한 성공을 거둔 첫 번째 대체물, 위상학적 특이성이 그다지 문제가 되지 않는 변조 시스템. 이러한 시스템은 내분비 또는 부분비 시스템과 더 유사하게 기능하여 특정 흥분성을 유지하는 데 필요한 특정 전달 물질을 방출합니다.

이러한 시스템은 특이성이 문제가 되지 않기 때문에 더 쉽게 교체할 수 있지만, 미래에는 우리가 얼마나 멀리 갈 수 있는지를 보여줄 것입니다. 확실히 여러 척수에 옥슨 자양을 재설치하는 데 있어 매우 유망한 접근 방식으로, 성인의 외성장을 억제하는 요인을 억제하고 발달 중에 작용하여 생성장을 촉진하는 메커니즘을 활성화함으로써 가능합니다. 이 분야에서는 고무적인 성공이 있지만, 아직 사용 가능한 장소에서 신경 활동을 기록한 다음 기계 장치 및 컴퓨터 인터페이스를 통해 이 활동을 운동 시스템의 행동으로 변환할 수 있는 배우를 활성화하는 신경 보철물의 옵션도 매우 진지하게 고려해야 합니다.

반대로, 감각적 측면에서는 인공와우가 이미 훌륭하게 잘 작동하고 있습니다. 현재 망막 변성을 가진 사람들에게 기본적인 시각 기능을 다시 회복시키기 위해 망막 임플란트를 개발하려는 시도가 있습니다. 또한 광문(light gated iron) 채널을 망막 세포에 삽입하여 일반적으로 빛에 민감하지 않은 세포, 예를 들어 신경절 세포(ganglion cell) 또는 양극성 세포(bipolar cell)가 빛에 민감하게 되어 원칙적으로 광수용체(photoreceptor)가 퇴화할 때 잃어버리는 일부 기능을 2차 또는 3차 뉴런으로 단순히 전달함으로써 저장하는 매우 유망한 옵션이 있습니다.

이것은 이미 동물 실험에서 가능합니다. 그것은 추구할 수 있는 또 다른 유망한 길일 수 있습니다. 제 생각에 유럽은 19세기 말에 개념 개발에 있어 매우 강력한 전통을 가지고 있으며, 이후 실험적 신경생물학의 기초를 어느 정도 제공한 중요한 인물들을 이끌었습니다.

그들은 또한 유럽에서 활동해 온 상당수의 시스템 생리학자의 할아버지이기도 합니다. 제 생각에 유럽의 시스템 신경과학에는 항상 선형 시스템 이론이 절정에 달했을 때, 이른바 유럽이라고 불렸던 사이버네틱스(cybernetics)가 예를 들어 rehad와 같은 몇 가지 매우 강력한 지수를 가지고 있던 시대에 있었습니다. 그런 다음, 상징적인 전환은 아니지만, 유럽과 다른 어느 곳에서나 분자 전환이 있었는데, 분자 생물학이 많은 시스템 지향 접근법을 인수하고 대체했습니다.

부분적으로는 처음에는 전체 동물을 대상으로 하는 것보다 저렴했기 때문이고, 부분적으로는 비침습적 기술을 사용할 수 없었고 동물에서 특정 작업을 수행할 수 없었기 때문에 이제 인간 대상에서 수행할 수 있습니다. 하지만 저는 시스템 생리학에 강력한 르네상스가 있다고 생각합니다만, 유럽에서는 1차 연구와 관련하여 동물 보호주의자들과 힘겨운 싸움을 벌여야 하지만, 이것은 정말 중요한 문제입니다. 영장류와 함께 일할 수 있는 면허를 얻을 수 있는 실험실은 점점 줄어들고 여전히 면허를 가지고 있는 실험실은 점점 줄어들고 있습니다.

곳에서는 대중의 비판에 많이 노출되어 있지만, 여전히 시스템 신경과학은 르네상스를 맞이하고 있습니다. 그리고 저는 거기에는 타당한 이유가 있다고 생각하는데, 왜냐하면 우리는 뉴런과 작은 회로의 속성에 의해 수집된 과다한 데이터를 이해하기 위해 점점 더 필요하게 될 것이기 때문입니다. 그리고 이러한 데이터는 뉴런 코드의 본질, 뇌 영역의 협력, 프로세스의 전체 조정, 분산 처리에 대한 시스템 신경 과학에서 파생된 개념이 있을 때만 통합될 수 있습니다.

이 모든 질문들은 현재 열띤 논쟁을 벌이고 있으며, 우리는 이러한 맥락에서 더 많은 실험이 필요할 뿐입니다. 그리고 저는 유럽이 그렇게 하기에 나쁜 위치에 있지 않다고 생각합니다. 이스라엘 역시 이스라엘에 있는 우리 동료들의 상당한 공헌과 개념적 공헌을 잊어서는 안 됩니다.