Введение в поведенческую нейробиологию

Поведенческая нейронаука изучает, как нервная система управляет поведением людей и животных. Исследователи в этой области используют различные методы, от методов дрессировки животных до экспериментов с нейровизуализацией, чтобы изучить, как функциональные области и сети мозга коррелируют с конкретным поведением и связанными с ним болезненными состояниями.

В этом видео будет рассмотрена краткая история поведенческой нейробиологии, рассмотрены ключевые вопросы, заданные исследователями в этой области, рассмотрены некоторые из основных методов, используемых для ответа на эти вопросы, и дано представление о типах экспериментов, проводимых в современных лабораториях поведенческой нейробиологии.

Давайте начнем с обзора некоторых основных вех в истории поведенческой нейронауки. В Древней Греции Гиппократ и его последователи были одними из первых, кто поверил в то, что мозг управляет человеческим мышлением.

Затем, в 1662 году, Рене Декарт разработал одну из первых моделей, описывающую, как мозг контролирует поведение — он предположил, что душа контролирует тело через шишковидную железу.

Следующие несколько столетий принесли множество доказательств того, что Декарт ошибался. Например, в 1848 году железнодорожный бригадир Финеас Гейдж попал в аварию, в результате которой железный прут пронзил его череп. Он выжил, но у него наблюдались серьезные изменения личности, демонстрирующие, что повреждение лобной доли оказывает глубокое влияние на поведение.

Затем, в конце 19-го века, Поль Брока и Карл Вернике изучали пациентов, которые потеряли способность читать и/или говорить, и обнаружили области мозга, отвечающие за язык, теперь известные как области Брока и Вернике.

Позже, в 1890 году, Уильям Джеймс заявил, что психологию следует изучать через биологию, и за этим последовало много крупных открытий в области модификации поведения. В 1930-х годах, следуя совету Джеймса, Б. Ф. Скиннер разработал аппарат под названием «ящик Скиннера», который до сих пор используется для изучения того, как наказание и поощрение могут усилить поведение животных.

Затем, в конце 1900-х годов, стали доступны передовые методы нейровизуализации, такие как магнитно-резонансная томография или МРТ. В 1990 году Сэйдзи Огава разработал метод, используемый в настоящее время для функциональной МРТ, который произвел революцию в области нейробиологии, позволив исследователям визуализировать активность мозга во времени во время выполнения простых когнитивных задач.

Теперь, когда мы обсудили некоторые из основных событий в истории поведенческой нейробиологии, давайте рассмотрим некоторые фундаментальные вопросы, которые задают люди, занимающиеся нейробиологией поведения сегодня. Все эти вопросы связаны с изучением нейронных коррелятов или конкретных областей мозга, активация которых отвечает за данную функцию.

Например, ученый, интересующийся контролем движений нервной системой, может исследовать механизмы, контролирующие равновесие и координацию. Хотя было установлено, что эти функции соответствуют первичной моторной коре, премоторной коре, мозжечку и черной субстанции, ученые все еще изучают, как схемы внутри и между каждой областью обеспечивают локомоцию.

В качестве альтернативы исследователи могут изучить, как нервная система оценивает стимулы и направляет поведение на основе этих стимулов. Здесь исследователи могут задаться вопросом, как различные виды вознаграждения могут влиять на поведение животных. Понимание того, когда и почему определенные вознаграждения мотивируют, может помочь нам решить такие проблемы, как зависимость. Нейронные корреляты мотивации и вознаграждения — это лимбическая система и вентральная тегментальная область.

Другие поведенческие нейробиологи изучают, как нервная система способствует обучению и формированию памяти. Например, можно исследовать, как мозг создает и сохраняет воспоминания, связанные с пугающими стимулами, что важно для лечения посттравматических стрессовых расстройств. Эти функции обычно соответствуют гиппокампу и миндалевидному телу.

Дополнительные ключевые вопросы касаются высших когнитивных процессов, таких как распознавание лиц. Здесь исследователь может исследовать, как субъект реагирует на знакомые и новые лица. У людей нейронным коррелятом, специфичным для распознавания лиц, является веретенообразная область лица в веретенообразной извилине.

Теперь, когда мы рассмотрели несколько основных вопросов, которые задают поведенческие нейробиологи, давайте углубимся в некоторые из основных методов, используемых при попытке ответить на них. Многие подходы в этой области включают поведенческие эксперименты на животных, которые проводятся после манипуляций с определенными областями мозга с целью изучения связи между нейробиологией и поведением.

Такие процессы, как локомоция, могут быть изучены у животных с помощью специализированного оборудования, такого как ротарод, который представляет собой вращающийся стержень, требующий от животного постоянного движения, чтобы избежать падения, или камеры, которые требуют от животного тянуться за пищей для проверки ловкости.

Методы, включающие поведенческую модификацию, включают оперантное обусловливание и могут использовать ящик Скиннера для экспериментов с самоуправлением, включающих вознаграждающие или отталкивающие стимулы, такие как еда или наркотики.

Методы исследования обучения и памяти часто используют лабиринты, такие как Т-образный или водный лабиринт Морриса, в которых животные должны найти, а затем запомнить путь к выходу из устройства.

По мере усложнения исследуемого поведения возрастает и потребность в людях. Например, изучение высших когнитивных процессов, таких как речь, может включать методы, измеряющие нейронную активность кожи головы, такие как электроэнцефалография, которая может быть применена, когда субъект выполняет определенную когнитивную задачу.

Для изучения когнитивных способностей человека также используются методы функциональной визуализации, такие как функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ. Этот метод измеряет сигнал, который коррелирует с кровотоком и, в свою очередь, может быть связан с активацией нейронов на основе задач, что приводит к статистической карте активных областей мозга.

Теперь, когда мы рассмотрели некоторые из основных методов поведенческой нейробиологии, давайте посмотрим на некоторые применения этих методов.

В этом эксперименте мышь учат, что многократное нажатие на рычаг в коробке Скиннера приведет к награде за еду. Затем животное лечат нейроактивными веществами, такими как гормон лептин, чтобы оценить, как возникающие изменения в активности мозга влияют на мотивацию к получению пищи.

У людей функциональная МРТ часто используется для изучения высших когнитивных процессов, таких как принятие решений. В этом исследовании участников попросили решить, быстро или медленно движется узор из точек во время сканирования фМРТ.

Электроэнцефалография, или ЭЭГ, является неинвазивным методом, который может быть использован для изучения болезненных состояний, таких как деменция и болезнь Альцгеймера. Для этих экспериментов участники носят неинвазивные электроды на коже головы, которые измеряют электрическую активность мозга во время выполнения функции. Анализ может выявить аномальные паттерны, коррелирующие с неврологическими или психическими заболеваниями.

Вы только что посмотрели введение JoVE в поведенческую нейробиологию. Мы рассмотрели краткую историю этой области исследований, рассмотрели некоторые ее ключевые вопросы, обсудили некоторые основные методы, используемые для ответа на эти вопросы, и рассмотрели некоторые конкретные применения этих методов.

Спасибо за просмотр!