Когніти́вна нейробіоло́гія — наука, галузь нейронауки, що вивчає зв'язок активності головного мозку та інших аспектів нервової системи з психічними процесами та поведінкою. Особливу увагу когнітивна нейробіологія приділяє вивченню нейронної основи розумових процесів. Когнітивна нейробіологія є розділом як психології, так і нейробіології, перетинаючись з когнітивною психологією та нейропсихологією.
Когнітивна нейробіологія ґрунтується на теоріях когнітивних наук в поєднанні з доведеннями з нейропсихології та комп'ютерного моделювання.
Завдяки своєму міждисциплінарному характеру, когнітивна нейробіологія може мати різне тло. Крім вищезгаданих пов'язаних дисциплін, когнітивна неврологія може перетинатися з такими дисциплінами: нейробіологія, біоінженерія, психіатрія, неврологія, фізика, інформатика, лінгвістика, філософія і математика.
У когнітивній нейробіології використовуються експериментальні методи психофізіології, когнітивної психології, функціональної нейровізуалізації, електрофізіології, психогенетики. Важливими аспектом когнітивної нейробіології є вивчення людей, що мають порушення психічної діяльності внаслідок пошкоджень головного мозку.
Зв'язок будови нейронів з когнітивними здібностями підтверджується такими фактами, як збільшення кількості та розмірів синапсів у мозку щурів в результаті їх навчання, зменшення ефективності передачі нервового імпульсу по синапсах, що спостерігається у людей, уражених хворобою Альцгеймера.
Одним з перших мислителів, які стверджували, що мислення здійснюється у головному мозку, був Гіппократ. У 19 столітті такі вчені як Іоган Петер Мюллер здійснюють спроби вивчити функціональну структуру головного мозку в аспекті локалізації мислительних та поведінкових функцій у ділянках головного мозку.
Поява нової дисципліни Редагувати
Народження когнітивної науки Редагувати
11 вересня 1956 відбулась великомасштабна нарада когнитивістів в Массачусетському технологічному інституті. Джордж А. Міллер представив свою працю «Магічне число сім, плюс-мінус два», Ноам Чомскі і Ньюелл та Саймон представили результати своєї роботи з інформатики. Ульріх Найссер прокоментував результати цієї зустрічі у своїй книзі Когнітивна психологія (1967 рік). Термін «психологія» слабшає в 1950-х і 1960-х роках, поступаючись терміну «когнітивна наука». Біхевіористи, такі як Міллер, стали орієнтуватися на подання мови, а не загальну поведінку. Пропозиція Девіда Марра щодо ієрархічного подання пам'яті змусила багатьох психологів прийняти ідею, що розумові здібності, в тому числі алгоритми, вимагають значної обробки в головному мозку.
Об'єднання неврології та когнітивної науки Редагувати
До 1980-х років взаємодія між неврологією та когнітивною наукою була незначна. Термін «когнітивна нейробіологія» був придуманий Джорджем Міллером та Майклом Газзаніга «на задньому сидінні таксі в Нью-Йорку». Когнітивна нейробіологія заклала теоретичне обґрунтування в когнітивній науці, яка виникла між 1950 і 1960, з підходами в галузі експериментальної психології, нейропсихології та нейронауки. Наприкінці 20 століття розвивалися нові технології, які сьогодні є основою методології когнітивної нейробіології, в тому числі транскраніальна магнітна стимуляція (1985) та функціональна магнітно-резонансна томографія (1991). Раніше до методів, що використовувались в когнітивній нейробіології, включали ЕЕГ (ЕЕГ людини — 1920 рік) та МЕГ (1968). Іноді когнітивні неврологи використовували інші методи візуалізації головного мозку, такі як ПЕТ та ОФЕКТ. Майбутньою технологією в нейробіології є редагування ближньої інфрачервоної спектроскопії, в якій використовується поглинання світла для розрахунку змін до окси- та дезоксігемоглобіну в областях кори. Інші методи включають мікронейрографію, електроміографію обличчя та стеження за очима.
Прийоми та методи Редагувати
Томографія Редагувати
Структура мозку вивчається за допомогою комп'ютерної томографії, магнітно-резонансної томографії, ангіографії. Комп'ютерна томографія та ангіографія мають меншу роздільну здатність відображення мозку, ніж магнітно-резонансна томографія.
Дослідження активності зон мозку на основі аналізу обміну речовин дозволяють здійснити позитрон-емісійну томографію та функціональну магнітно-резонансну томографію.
- Позитрон-емісійна томографія сканує підвищене споживання глюкози в активних ділянках мозку. Інтенсивність споживання радіоактивної форми глюкози, що вводиться, розглядається як параметр вищої активності клітин даної ділянки мозку.
- Функціональна магнітно-резонансна томографія сканує інтенсивність споживання кисню. Кисень фіксується в результаті приведення частин атома кисню в сильному магнітному полі в нестабільний стан. Перевагою даного виду томографії є більша часова точність в порівнянні з позитрон-емісійною томографією — можливість фіксувати зміни, тривалість яких не перевищує кількох секунд.
Електроенцефалограма Редагувати
Електроенцефалограма дозволяє вивчати процеси, що відбуваються в головному мозку у живого носія, і таким чином аналізувати активність мозку як реакцію на ті чи інші стимули у часі. Перевагою даного методу є можливість дослідження активності мозку, задану точним часом. Недоліком цього методу дослідження мозкової діяльності є неможливість досягти точності просторової роздільної здатності — неможливість визначити те, які саме нейрони чи групи нейронів, чи навіть ділянки мозку реагують на даний стимул. Щоб досягти точності просторової роздільної здатності, електроенцефалограму поєднують з позитрон-емісійною томографією.
Ділянки головного мозку та психічна діяльність Редагувати
Передній мозок Редагувати
- Кора головного мозку грає найважливішу роль у психічній діяльності. Кора головного мозку виконує функцію обробки інформації, отриманої через органи відчуттів, здійснення мислення, інші когнітивні функції. Кора головного мозку функціонально складається з трьох зон: сенсорна, моторна та асоціативна зони. Функція асоціативної зони — пов'язувати між собою активність сенсорних і моторних зон. Асоціативна зона, за припущеннями, отримує та оброблює інформацію з сенсорної зони та ініціює цілеспрямовану осмислену поведінку. Центр Брока та область Верніке розташовані в асоціативних зонах кори. Асоціативна зона лобових долей кори головного мозку за припущенням відповідає за логічне мислення, судження та умовиводи, що здійснюються людиною.
- Таламус перерозподіляє інформацію від органів відчуттів, за виключенням нюху, до певних ділянок кори головного мозку. Чотири основні ядра таламуса відповідають чотирьом видам почуттів інформації, що отримують органи: (зорова, слухова, тактильна, відчуття рівноваги і балансу). Ядра таламуса направляють інформацію для переробки до певних ділянок кори головного мозку.
- Гіпоталамус взаємодіє з лімбічною системою та регулює базові навички поведінки індивіда, пов'язані з виживанням виду: боротьба, харчування, рятування за допомогою втечі, пошук партнера.
- Лімбічна система пов'язана з пам'яттю, нюхом, емоціями та мотивацією. Нерозвиненість лімбічної системи, наприклад, у тварин, говорить про переважне інстинктивне регулювання поведінки. Мигдалеподібне тіло лімбічної системи пов'язано з реакціями агресії та страху. Видалення або пошкодження мигдалеподібного тіла, як показують досліди, призводить до неадаптивної відсутності страху та підвищення хтивості Перегородка головного мозку пов'язана з емоціями страху та гніву.
- Гіпокамп (частина мозку) грає дуже важливу роль у процесах, пов'язаних із запам'ятовуванням нової інформації. Порушення гіпокампу обумовлює неможливість запам'ятовування нової інформації, хоча інформація, що була засвоєна раніше, залишається в пам'яті, і людина може нею оперувати. Синдром Корсакова, пов'язаний з порушенням функціонування пам'яті, обумовлений дисфункцією гіпокампа. Ще однією функцією гіпокампа є визначення просторового розташування речей, їх розташування один щодо одного. Згідно з однією з гіпотез, гіпокамп формує схему або карту простору, в якому організму доводиться орієнтуватися.
- Базальні ядра виконують моторні функції.
Середній мозок Редагувати
Середній мозок грає найважливішу роль в поведінці нессавцевих видів тваринних організмів. Проте і у ссавців середній мозок здійснює важливі функції контролю руху очей, координації.
- Ретикулярна активуюча система (ретикулярна формація), дія якої простягається і на кінцевий мозок, — це система нейронів, що грає найважливішу роль в процесах свідомості. Ретикулярна формація відповідає за процеси пробудження/засинання, фільтрацію другорядних стимулів, що надходять у головний мозок. Разом з таламусом ретикулярна формація забезпечує усвідомлення індивідом власного існування, відокремленого від зовнішніх стимулів.
- Центральна сіра речовина мозку (періакведуктальна сіра речовина в мозку), що розташована в стовбурі головного мозку і оточує навколишнє Сільвієв водоспад середнього мозку, пов'язана з адаптивною поведінкою індивіда.
Задній мозок Редагувати
В довгастому мозку нерви правої сторони організму з'єднуються з лівою півкулею, а нерви лівої сторони організму з'єднуються з правою півкулею. Деяка частина інформації, що передається за допомогою нервів, є іпсилатеральною.
Нейрохімія та психічна діяльність Редагувати
Основні статті — Нейрохімія, Молекулярна нейронаука, Нейромедіатори.
Нейромедіатори відповідальні за взаємодію нейронів в нервовій системі.
- Ацетилхолін — припускають, що цей нейромедіатор бере участь в процесах пам'яті, оскільки його високі концентрації виявлені в гіпокампі
- Дофамін — пов'язаний з регулюванням руху, уваги та навчання.
- Адреналін — впливає на почуття настороженості.
- Серотонін — пов'язаний з регулюванням пробудження, засинання, настрою.
- Гамма-аміномасляна кислота — впливає на механізми навчання та запам'ятовування
Пізнавальні здібності Редагувати
Увага Редагувати
Теорія інтеграції ознак пояснює ранні процеси зорового сприйняття пов'язаного, з увагою знайшла нейробіологічну базу в дослідженнях Девіда Х'юбела і Торстена Візеля. Вчені виявили нейронну основу механізму зорового пошуку. Нейрони кори головного мозку різним чином реагували на зорові стимули, пов'язані з певною просторовою орієнтацією (вертикальною, горизонтальною, нахиленою під кутом). Подальші дослідження, проведені рядом вчених, показали, що різні етапи зорового сприйняття пов'язані з різною активністю нейронів кори головного мозку. Одна активність відповідає раннім етапам обробки зорового стимулу і стимульної ознаки, інша активність відповідає пізнім етапам сприйняття, що характеризуються фокальною увагою, синтезом та інтеграцією ознак.
Також темами когнітивної нейробіології є:
- Навчання
- Пам'ять
- Мова
- Дзеркальні нейрони
- Свідомість
- Прийняття рішень
- Негативність неузгодженості
Останні тенденції Редагувати
Одна з найбільш значущих сучасних тенденцій в когнітивній неврології полягає в тому, що область дослідження поступово розширюється: від локалізації області мозку для виконання конкретних функцій в головному мозку дорослої людини за допомогою однієї технології дослідження розходяться в різних напрямках, таких як моніторинг швидкого сну, машина, здатна сприймати електричну активність мозку під час сну.
Див. також Редагувати
Література Редагувати
Книги Редагувати
- Ivry, Richard B.; Mangun, G. R. (2019). Cognitive neuroscience: the biology of the mind (5th edition). New York. ISBN 978-0-393-60317-0.
- Poeppel, David; Mangun, G. R.; Gazzaniga, Michael S.; Blakemore, Sarah-Jayne; Preuss, Todd M.; Baillargeon, Renée.; Setoh, Peipei; Sloane, Stephanie та ін. (2020). The cognitive neurosciences (6th edition). Cambridge, Massachusetts. ISBN 978-0-262-35617-6
Журнали Редагувати
- Trends in Cognitive Sciences
- Cognition
- Neural Networks
- Developmental Cognitive Neuroscience
- Cognitive Systems Research
- Neurobiology of Learning and Memory
- Cognitive Neurodynamics
- Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging
- Social Cognitive and Affective Neuroscience
- Cognitive Computation
Примітки Редагувати
- ↑ . Архів оригіналу за 5 липня 2010. Процитовано 26 лютого 2012.
- Gazzaniga et al. 2002, p.1
- Adolphs, R., Tranel, D., Damasio, H., & Damasio, A. Impaired recognition of emotion in facial expressions following bilateral damage to the human amygdala. Nature, 1994 , 372, 669–672
- Steffanaci, L. Amygdala, primate. In R. A. Wilson & F. C. Keil (Eds.), The MIT encyclopedia of the cognitive sciences (pp. 15-17). Cambridge, MA: MIT Press 1999
- O'Keefe, J. A., & Nadel, L. The hippocampus as a cognitive map. New York : Oxford University Press. 1978
- Squire, L. R. (1987). Memory and the brain. New York: Oxford University Press.
- Izquierdo, I ., & Medina, J. H. (1995). Correlations between the pharmacology of long-term potentiation and the pharmacology of memory. Neurobiology of Learning & Memory, 63, 19-32.
- Hubel, D. H., & Wiesel, T N. (1979). Brain mechanisms of vision. Scientific American, 241, 150–162 .
- Bachevalier, J., & Mishkin, M. (1986). Visual recognition impairment follows ventromedial but not dorsolateral frontal lesions in monkeys. Behavioral Brain Research, 20(3), 249–261 .