نوروساینس چیست؟ | neuroscience | تاریخچه، مفاهیم بنیادی و آینده‌ی علوم اعصابزمان مطالعه ۹ دقیقه

نوروساینس در عصر جدید آهسته آهسته بر سر زبان‌ها افتاده و در آینده بسیاری از اکتشافات و رمزگشایی‌های دنیا با عنوان علوم اعصاب یا نوروساینس به چشم می‌خورند. هیجان و تازگی نوروساینس کاملا طبیعی است؛ زیرا نسبت به سایر علومی که بشر به آن‌ها دست‌یافته، نوروساینس یک کودک خردسال است که دو دهه شروع به خودنمایی کرده است. البته این تازگی و عدم بلوغ امروزه در مورد نوروساینس دیگر معنایی ندارد زیرا هر روز حجم زیادی تحقیق و پژوهش در زمینه‌ی علوم اعصاب درحال انجام است که این موضوع را تبدیل به یک موضوع بسیار داغ در این روز‌های می‌کند. در این مقاله از تریتا به طور کامل در مورد نوروساینس، تاریخچه‌ی علوم اعصاب، اهمیت و اهداف آن برایتان توضیح خواهیم داد.

نوروساینس یا علوم اعصاب چیست؟

علوم اعصاب (neuroscience) یا زیست‌شناسی اعصاب (neurobiology)  به معنی مطالعه‌ی علمی سیستم عصبی است. نوروساینس شامل علوم مختلفی مانند فیزیولوژی، آناتومی، زیست‌شناسی سلولی، زیست‌شناسی رشد، سلول‌شناسی، مدلسازی ریاضی و مدلسازی محاسباتی، پردازش سیگنال‌های زیستی و روان‌شناسی است. همه‌ی این علوم دست به دست هم می‌دهند تا عمل‌کرد نورون‌های عصبی و ویژگی‌های بارز مدارهای عصبی در موجودات هوشمند را بررسی کنند. اریک کندل، «چالش‌ نهایی» علوم زیستی را در مطالعه و درک یادگیری، حافظه، رفتارشناسی، ادراک و هوشیاری موجودات زنده بیان می‌کند که همه‌ی این حوزه‌ها فقط و فقط نیار به یک دانشمند نوروساینس دارند.

تاریخچه‌ی علوم اعصاب

اولین جراحی مغز در دنیا در کجا به ثبت رسیده است؟

در بسیاری از منابع تاریخی جراحی‌های مغز صورت گرفت در مصر باستان در ۱۷۰۰ سال قبل از میلاد، که با مته کردن جمجمه اقدام به درمان آسیب‌های مغزی می‌کردند را اولین جراحی‌های مغز دنیا می‌دانند. به تازگی چینی‌ها مدعی شده‌اند که ۳۶۰۰ سال پیش جسد مومیایی‌شده‌ی یک زن ۴۰ ساله را پیدا کرده‌اند که تایید می‌کند سوراخی روی جمجمه‌ی این زن بوده و نشان می‌دهد نوعی جراحی ‌مغز برای درمان اختلالات روانی روی او صورت گرفته است.

واقعیت امر این‌است که در شواهد به دست آمده از شهر سوخته، می‌توان گفت اولین جراحی‌ مغز تاریخ نه در مصر و نه در چین بلکه حدود ۴۸۰۰ سال پیش در ایران باستان صورت گرفته است. در خرابه‌های شهر سوخته، جمجمه‌ای از یک دختر نوجوان پیدا شده که نشان می‌دهد پزشکان بخشی از جمجه‌ی او را برای درمان هیدروسفالی (جمع شدن مایعی در جمجه) برداشته‌اند. این عمل موفقیت آمیز باعث شده آن دختر سال‌های زیادی با بهبود نسبی زندگی کند.

اولین نظریات در مورد فهم و سیستم ادراکی انسان چه بود؟

اولین نظریه‌های مصر باستان اصولا مغز را منشا علم و آگاهی نمی‌دانستند. به همین دلیل سر مومیایی‌ها را قبل از مومیایی‌شدن از تن آن‌ها جدا می‌کردند! آن‌ها اعتقاد داشتند قلب منشا علم و تصمیم‌گیری انسان‌ است. این نظریه که قلب مکان هوشیاری است تا زمان بقراط هم‌چنان پا برجا بود. بقراط، فیلسوف یونانی نظریه‌ی خود مبنی بر این‌که مغز پایگاه تصمیم‌گیری است را بیان کرد. بقراط اعتقاد داشت مغز فقط مکانی برای حس‌کردن پیرامون نیست، زیرا گوش و چشم و زبان و بینی که بیش‌تر حواس پنچ‌گانه را تشکیل می‌دادند نزدیک به مغز و در سر قرار داشتند، بلکه مغز خود دارای سیستم یکپارچه‌ی تصمیم‌گیری است. افلاطون نیز معتقد بود مغز جایگاه عقلایی روح انسان است. التبه در این بین ارسطو هم‌چنان قلب را پایگاه ادراکی می‌دانست و می‌گفت مغز حرارت قلب را تنظیم می‌کند.

نظریات علمی‌تر و تجربی در مورد مغز

نظریات ابتدایی که در پاراگراف قبلی ذکر کردیم به طور عمومی قابل قبول بود. تا این‌ که جالینوس،‌ یک پزشک رومی که تابع مکتب افلاطون بود، مشاهده کرد سربازان و مردم رومی با آسیب دیدن مغزشان عمل‌کردهای ارادی و عصبی خود را از دست می‌دهند.

هم‌چنین در قرون وسطا و دوران اوج تمدن علمی اسلامی، دانش‌مندانی چون ابوعلی سینا و الازهراوی در مطالعات پزشکی و درمانی خود از مواردی یاد کرده‌اند که مشکلات پزشکی را به آسیب‌های مغزی نسبت می‌دهند.

فعالیت الکتریکی مغز و شکل گیری دنیای نوروساینس

لوییجی گالوانی با مطالعه بر فعالیت الکتریکی و تحریک الکتریکی ماهیچه‌ها و سلول‌های مغز، پیشتاز ورود دانش‌مندان به مطالعه‌ی علمی خواص الکتریکی مغز بود. در اصل نورون‌های عصبی با واکنش‌های الکتروشیمیایی‌ خود پیام عصبی را در سراسر بدن انسان منتقل می‌کنند. در ادامه با پیشرفت فناوری‌های نو ظهور، مغز انسان به قسمت‌های مختلفی تقسیم بندی شد و عمل‌کرد هر قسمت به طور مجزا مورد بررسی قرار گرفت. با پیشرفت صنعت تصویر برداری و پیدایش روش‌های نوین تصویر برداری از مغز تمام فعالیت‌های مغزی قابل مشاهده و ثبت و تحلیل توسط پزشکان و سیستم‌های هوشمند شد. بله به دنیای نوروساینس مدرن خوش آمدید!

مفاهیم بنیادی و پایه‌ی نوروساینس

نوروساینس شامل یک سری مفاهیم پایه و بنیادی است که درک‌ آن‌ها دروازه‌ی ورد به این حوزه و گسترش سطح دانش و مطالعات شما در مورد علوم اعصاب و نوروساینس است. در ادامه به مهم‌ترین مفاهیم نوروساینس اشاره می‌کنیم.

•       مغز و پیچیدگی‌های آن
•       نورون‌های عصبی و و نحوه‌ی تبادل آن‌ها با یکدیگر
•       پردازش اطلاعت توسط مغز
•       تکمیل و به روزرسانی مغز توسط کسب تجربه‌های جدید
•       توانایی‌ استدلال، برنامه ریزی و حل مسئله‌ی مغز

مغز انسان پیچیده‌ترین ارگانی که در جهان هستی می‌شناسیم!

مغز انسان شامل حدود ۱۰۰ میلیارد نورون عصبی است که همه‌ی آن‌ها در حال استفاده‌اند. این مقدار بیش‌تر از همه‌ی ستارگان کهکشانی است که در آن زندگی می‌کنیم!  تصور کنید اگر همه‌ی آن نورون‌ها را پست سر هم قرار دهیم می‌شود دو بار دور کرده‌ی زمین را با آن‌ها گشت زد. آیا دنبال شگفتی بالاتر از این هستید؟! خوب است بدانید هز نورون خود می‌تواند با ۱۰ هزار نورون دیگر به صورت مستقیم اتصال برقرار کند. این ویژگی نورون‌ها به ما حدود ۱۰۰ تیریلیون اتصالات عصبی را نتیجه می‌دهد. با این اوصاف گرچه توان محاسباتی و هوشمندی کامپیوترها رو به افزایش وحشتناکی دارند، اما در مقابل ماده‌ی خاکستری مغزمان هنوز هم رایانه‌ها باید شاگردی کنند.

از آناتومی شگفت‌انگیز مغز انسان که بگذریم، در واقع توانایی‌های مغز است که آن را به یک سیستم خارق‌العاده هوشمند بدل کرده است. مغز انسان تنها ارگانی است که تا به حال شناسایی شده و می‌تواند چیزی به اسم نبوغ، خلاقیت و نوآوری را به ارمغان بیاورد. یکی دیگر از عجایب مغز انسان، توانایی مغز در تطبیق و تغییر فیزیکی مدارهای عصبی خود برای سازگاری با شرایط متفاوت محیطی و محرک‌های فیزیولوژیکی است؛ جالب‌تر از همه این‌ که مغز این انطباق و انعطاف‌پذیری را خود برای خودش انجام می‌دهد! تصور کنید یک مدار الکتریکی داشته باشید که به فراخور زمان خود را تغییر دهد و با همه‌ی شرایط محیطی وفق دهد و در عین حال یک ساختار فوق‌العاده ظریف و پیجیده داشته باشد.

با این همه پیچیدگی و خاص‌بودن مغز انسان، به اهمیت این نکته پی‌ می‌بریم که مطالعه‌ی دانش علوم اعصاب کار بس دشواری است. از جنبه‌ی پزشکی و فیزیولوژیکی کار گرفته تا بحث‌های تشخیصی و پردازش سیگنال‌های مغزی توسط مهندسین بیوالکتریک و حتی بحث‌های فسلفی در مورد منشا تصمیم‌گیری و منشا وجودی انسان، همه و همه زمینه‌هایی است که نوروساینس باید به آن‌ها جواب قانع کننده‌ای بدهد و یک متخصص علوم اعصاب باید در همه‌ی این زمینه‌ها مهارت کافی داشته باشد.

نورون‌های عصبی،‌ واحدهای اصلی نوروساینس

قطعا یکی از اولین حوزه‌هایی که نوروساینس باید به طور جدی در آن ورود کند، سلول‌های عصبی یا نورون‌ها می‌باشد. نورون‌ها با استفاده از سیگنال‌های الکتریکی و هم‌چنین سیگنال‌های شیمیایی با هم ارتباط برقرار می‌کنند. در نورون‌ها محرک‌های حسی به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند. سیگنال‌های الکتریکی که در طول نورون‌ها ایجاد می‌شوند و منتقل می‌شوند را پتانسیل عمل می‌گوییم. این سیگنال‌های الکتریکی در عضلات باعث انقباض یا مهار می‌شوند. جالب‌ است بدانید همه‌ی افکار، تصمیم‌گیری‌ها، رفتار و ادراک ما ناشی از برهم‌کنش این نورون‌های عصبی هستند.

پردازش اطلاعات توسط مغز

بنیاد و اساس پردازش‌های صورت گرفته توسط مغز و سیستم عصبی بر پایه‌ی مدارهای عصبی است که ژنتیک ما آن‌ها را شکل می‌دهد. این مدارهای نورونی (Neuronal circuits) توسط برنامه‌‌های ژنتیکی که در توسعه‌ی جنینی به ما رسیده‌اند و هم‌چنین شرایط محیطی داخلی و خارجی شکل می‌گیرند و تثبیت می‌شوند. مدارهای حسی یا حواس پنج‌گانه، اطلاعات را به سیستم عصبی میاورند. در سوی دیگر مدارهای حرکتی اطلاعات را از سیستم عصبی گرفته و به ماهیچه‌ها و غدد می‌رسانند. مدارهای عصبی می‌توانند ساده یا پیچیده باشند. ساده‌ترین مدار عصبی مدار عکس‌العمل یا reflex است. این مدار با یک محرک حسی به طور مستقیم پاسخ حرکتی را فعال می‌کند. مثلا اگر یک سوزن به پای خود بزنید سریع پای خود را عقب می‌کشید. مدارهای پیجیده‌تر از ترکیب مداهای ساده‌تر و کلیه‌ی برهم‌کنش‌های مغزی و سیستم عصبی بهره می‌برند تا شما بتوانید در کسری از ثانیه و یا زمان‌های طولانی‌تری در چندین ماه اطلاعت را ذخیره‌سازی، پردازش و بازخوانی کنید.

ظرفیت‌های رشد نوروساینس

پیشرفت‌های چشم‌گیری در نوروساینس در دو دهه‌ی اخیر شکل گرفته‌اند. به همین دلیل دهه‌ی ۲۰۱۰ میلادی را «دهه‌ی مغز» نام‌گذاری کردند. تنها در سال ۲۰۱۷ حجم زیادی از پیشرفت‌های این حوزه انجام شد. بر خلاف خیلی از حوزه‌های دیگر، در مورد علوم اعصاب همکاری‌های بین‌المللی زیاد و حتی راهکارهای منبع باز مانند موسسه‌ی Allen شکل گرفتند. هم‌چنین بسیاری از شرکت‌ها سرمایه‌ گذاری‌های عظیم چند ده میلیارد دلاری در حوزه‌ی نوروساینس می‌کنند.

فناوری‌های لبه‌ی علم دنیا که به نوروساینس کمک می‌کند

حتی فناوری‌هایی که به طور معمول به نوروساینس مربوط می‌شوند نیز فناوری‌های پیچیده‌ای هستند. برای مثال ام آر آی را در نظر بگیرید، این وسیله با استفاده از امواج الکترومغناطیسی و خواص پیوند هیدروژنی مولکول‌های آب در بدن اقدام به تصویر برداری از بافت‌های نرم می‌کند.

فناوری‌های امروز دنیا که به کمک علوم اعصاب می‌آیند بیش‌تر شبیه داستان‌های علمی‌ تخیلی هستند؛ فناوری‌هایی مانند جراحی‌های عمیق مغزی توسط لیزر و یا optogenetic که سلول‌های مشخص ژنتیکی را توسط سیگنال‌های نوری کنترل می‌کنند. هم‌چنین به تازگی فناوری رابط مغز و رایانه یا BCI به وجود آمده که با اتصال مغز انسان به رایانه‌های پیشرفته می‌تواند بسیاری از اختلالات مغزی انسان را بهبود دهد.

فناوری‌هایی که از نوروساینس نشات گرفته‌اند

بر خلاف خیلی از فناوری‌هایی که به کمک علم نوروساینس آمدند و در اصل دنیای مهندسی به کمک بدن انسان آمد، بسیاری از فناوری‌هایی شکل گرفتند که ماجرا برعکس بود؛ یعنی دنیای زنده و بدن انسان به کمک علوم مهندسی می‌آید. یکی از نمونه‌های این تعامل، شکل گیری هوش مصنوعی و شبکه‌های عصبی عمیق بود که از نوروساینس الهام گرفته شد و سعی کردند سیستم مغز انسان را به زبان کامپیوتر ترجمه کنند.هدف از این الگوبرداری این بود که کامپیوترها نیز بتوانند مانند مغز انسان فکر کنند، یاد بگیرند و خود را بهبود دهند.

شاخه‌های مختلف نوروساینس

• نوروساینس رفتاری
• نوروساینس سلولی
• نوروساینس بالینی
• نوروساینس تغذیه‌ای
• علوم اعصاب شناختی
• علوم اعصاب محاسباتی
• علوم اعصاب فرهنگی
• علوم اعصاب مولکولی
• مهندسی عصبی
• نوروآناتومی
• نوروشیمی
• نورو‌ژنتیک
• تصویربرداری نورونی
• علوم اعصاب زبان‌شناختی
• روان‌شناسی نورونی
• علوم اعصاب اجتماعی

 منبع: NEUROTRAKERX