Wprowadzenie do neuronauki behawioralnej

Neuronauka behawioralna to nauka o tym, jak układ nerwowy kieruje zachowaniem u ludzi i zwierząt. Naukowcy w tej dziedzinie wykorzystują różne metody, od technik szkolenia zwierząt po eksperymenty neuroobrazowe, aby zbadać, w jaki sposób obszary funkcjonalne i sieci mózgu korelują z określonymi zachowaniami i powiązanymi stanami chorobowymi.

W tym filmie dokonamy przeglądu krótkiej historii neuronauki behawioralnej, omówimy kluczowe pytania zadawane przez badaczy w tej dziedzinie, dokonamy przeglądu niektórych z najważniejszych metod stosowanych do odpowiedzi na te pytania oraz rzucimy okiem na rodzaje eksperymentów przeprowadzanych obecnie w laboratoriach neuronauki behawioralnej.

Zacznijmy od przeglądu niektórych z głównych kamieni milowych w historii neuronauki behawioralnej. W starożytnej Grecji Hipokrates i jego zwolennicy byli jednymi z pierwszych, którzy wierzyli, że mózg kontroluje ludzką myśl.

Następnie, w 1662 roku, Kartezjusz opracował jeden z pierwszych modeli opisujących, w jaki sposób mózg kontroluje zachowanie - spekulował, że dusza kontroluje ciało poprzez szyszynkę.

Następne kilka stuleci dostarczyło wielu dowodów na to, że Kartezjusz się mylił. Na przykład w 1848 roku brygadzista kolejowy Phineas Gage brał udział w wypadku, w wyniku którego żelazny pręt przebił mu czaszkę. Przeżył, ale wykazywał poważne zmiany osobowości, co pokazuje, że uszkodzenie płata czołowego ma głęboki wpływ na zachowanie.

Następnie, pod koniec XIX wieku, Paul Broca i Carl Wernicke badali pacjentów, którzy utracili zdolność czytania i/lub mówienia, i odkryli obszary mózgu odpowiedzialne za język, znane obecnie jako obszary Broki i Wernickego.

Później, w 1890 roku, William James ogłosił, że psychologia powinna być studiowana poprzez biologię, co doprowadziło do wielu ważnych odkryć w zakresie modyfikacji zachowania. W latach trzydziestych XX wieku, idąc za radą Jamesa, BF Skinner opracował urządzenie zwane pudełkiem Skinnera, które jest nadal używane do badania, w jaki sposób kara i nagroda mogą wzmacniać zachowanie zwierząt.

Następnie, pod koniec XX wieku, dostępne stały się zaawansowane techniki neuroobrazowania, takie jak rezonans magnetyczny (MRI). W 1990 roku Seiji Ogawa opracował metodę stosowaną obecnie w funkcjonalnym rezonansie magnetycznym, która zrewolucjonizowała dziedzinę neuronauki, umożliwiając naukowcom wizualizację aktywności mózgu w czasie podczas prostych zadań poznawczych.

Teraz, gdy omówiliśmy niektóre z głównych wydarzeń w historii neuronauki behawioralnej, przyjrzyjmy się niektórym podstawowym pytaniom zadawanym przez ludzi, którzy zajmują się neurobiologią zachowania dzisiaj. Wszystkie te pytania dotyczą badania korelatów neuronalnych, czyli określonych regionów mózgu, których aktywacja jest odpowiedzialna za daną funkcję.

Na przykład naukowiec zainteresowany kontrolą ruchu przez układ nerwowy może badać mechanizmy kontrolujące równowagę i koordynację. Chociaż ustalono, że funkcje te mapują się na pierwszorzędową korę ruchową, korę przedruchową, móżdżek i istotę czarną, naukowcy nadal badają, w jaki sposób obwody wewnątrz i między każdym regionem umożliwiają poruszanie się.

Alternatywnie, naukowcy mogą zbadać, w jaki sposób układ nerwowy ocenia bodźce i kieruje zachowaniem w oparciu o te bodźce. W tym miejscu naukowcy mogą zapytać, w jaki sposób różne rodzaje nagrody mogą wpływać na zachowanie zwierząt. Zrozumienie, kiedy i dlaczego pewne nagrody są motywujące, może pomóc nam rozwiązać problemy takie jak uzależnienie. Neuronalnymi korelatami motywacji i nagrody są układ limbiczny i brzuszny obszar nakrywki.

Inni neurobiolodzy behawioralni badają, w jaki sposób układ nerwowy pozwala na uczenie się i tworzenie pamięci. Na przykład można zbadać, w jaki sposób mózg tworzy i zachowuje wspomnienia związane z bodźcami lękowymi, co jest ważne w leczeniu zaburzeń stresu pourazowego. Funkcje te zazwyczaj mapują się na hipokamp i ciało migdałowate.

Dodatkowe kluczowe pytania koncentrują się na wyższych procesach poznawczych, takich jak rozpoznawanie twarzy. W tym przypadku badacz może zbadać, jak badany reaguje na znajome i nowe twarze. U ludzi neuronalnym korelatem specyficznym dla rozpoznawania twarzy jest wrzecionowaty obszar twarzy w zakręcie wrzecionowatym.

Teraz, gdy przeszliśmy przez kilka głównych pytań zadawanych przez neurobiologów behawioralnych, zagłębmy się w niektóre z głównych metod stosowanych podczas próby odpowiedzi na nie. Wiele podejść w tej dziedzinie obejmuje eksperymenty behawioralne na zwierzętach, które są wykonywane po manipulowaniu określonymi obszarami mózgu, w celu zbadania związku między neurobiologią a zachowaniem.

Procesy takie jak lokomocja można badać u zwierząt za pomocą specjalistycznego sprzętu, takiego jak rotarod, który jest obracającym się prętem, który wymaga od zwierzęcia ciągłego ruchu, aby uniknąć upadku, lub komór, które wymagają od zwierzęcia sięgania po jedzenie w celu sprawdzenia zręczności.

Metody obejmujące modyfikację behawioralną obejmują warunkowanie instrumentalne i mogą wykorzystywać pudełko Skinnera do eksperymentów z samodzielnym podawaniem bodźców obejmujących bodźce nagradzające lub awersyjne, takie jak jedzenie lub narkotyki.

Metody badania uczenia się i pamięci często wykorzystują labirynty, takie jak projekty labiryntów wodnych w kształcie litery T lub Morrisa, w których zwierzęta muszą znaleźć, a następnie zapamiętać drogę do wyjścia z aparatu.

Wraz ze wzrostem złożoności badanego zachowania rośnie również zapotrzebowanie na ludzi. Na przykład badanie wyższych procesów poznawczych, takich jak język, może obejmować metody mierzące aktywność neuronalną przez skórę głowy, takie jak elektroencefalografia, która może być zastosowana, gdy podmiot wykonuje określone zadanie poznawcze.

Metody obrazowania funkcjonalnego są również wykorzystywane do badania funkcji poznawczych człowieka, takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny lub fMRI. Metoda ta mierzy sygnał, który jest skorelowany z przepływem krwi i może być z kolei powiązany z aktywacją neuronów opartą na zadaniu, co skutkuje statystyczną mapą aktywnych obszarów mózgu.

Teraz, gdy omówiliśmy niektóre z najważniejszych metod w neuronauce behawioralnej, przyjrzyjmy się niektórym zastosowaniom tych technik.

W tym eksperymencie mysz uczy się, że wielokrotne naciskanie dźwigni w pudełku Skinnera spowoduje nagrodę w postaci jedzenia. Zwierzę jest następnie leczone substancjami neuroaktywnymi, takimi jak hormon leptyna, aby ocenić, jak wynikające z tego zmiany w aktywności mózgu wpływają na motywację do zdobywania pożywienia.

U ludzi funkcjonalny rezonans magnetyczny jest często używany do badania wyższych procesów poznawczych, takich jak podejmowanie decyzji. W tym badaniu uczestnicy zostali poproszeni o podjęcie decyzji, czy wzór kropek porusza się szybko czy wolno podczas skanowania fMRI.

Elektroencefalografia lub EEG to nieinwazyjna technika, którą można wykorzystać do badania stanów chorobowych, takich jak demencja i choroba Alzheimera. W tych eksperymentach uczestnicy noszą nieinwazyjne elektrody na skórze głowy, które mierzą aktywność elektryczną mózgu podczas wykonywania funkcji. Analiza może ujawnić nieprawidłowe wzorce skorelowane z chorobami neurologicznymi lub psychiatrycznymi.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do neuronauki behawioralnej. Dokonaliśmy przeglądu krótkiej historii tej dziedziny badań, omówiliśmy niektóre z jej kluczowych pytań, omówiliśmy niektóre najważniejsze metody użyte do udzielenia odpowiedzi na te pytania i zbadaliśmy niektóre konkretne zastosowania tych metod.

Dzięki za oglądanie!