نوروساینس چیست و چه اهمیتی برای انسان دارد؟

نوروساینس (Neuroscience) یا علوم اعصاب مطالعه ای است که به درک سیستم عصبی و جزء اصلی آن یعنی مغز اختصاص داده شده است. این علم می تواند در سطوح متعددی از سیناپس های مولکولی و شبکه های سلولی گرفته، تا شناخت و رفتار گسترش یابد. به همین دلیل، روش های تحقیق و مطالعه این رشته از تعدادی از رشته ها، از جمله زیست شناسی مولکولی و سلولی، فیزیولوژی، زیست پزشکی، علوم رفتاری، روانشناسی شناختی، مهندسی برق، علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی استخراج شده است.

دانشمندان علوم اعصاب یا نوروساینس امیدوارند بفهمند که چگونه مدارهای سلولی، ما را قادر می سازد که بخوانیم و یا صحبت کنیم، چگونه با دیگر انسان ها ارتباط برقرار می کنیم، چگونه اطلاعات را یاد می گیریم و حفظ می کنیم، چگونه درد را تجربه می کنیم و چگونه احساس انگیزه می کنیم.

آنها همچنین امیدوارند علل اختلالات مخرب مغز و بدن و همچنین راه هایی برای پیشگیری یا درمان آنها پیدا کنند. پیشرفت های عظیمی در این زمینه ها انجام شده است، اما ما هنوز بطور کامل نمی دانیم که مغز چگونه کار می کند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

نوروساینس چیست؟

نوروساینس حوزه مطالعات بیولوژیکی در مورد ترکیب و عملکرد سیستم عصبی است. به طور خاص، علوم اعصاب مربوط به سیستم عصبی مرکزی انسان (CNS) است که از مغز و نخاع تشکیل شده است و سیستم عصبی محیطی (PNS) که شامل تمام اعصاب و گانگلیوم های خارج از این دو ساختار است.

علوم اعصاب یک علم چند رشته ای است و ترکیبی از ریاضیات، آناتومی، شیمی، زیست شناسی تکاملی، زیست شناسی مولکولی، فلسفه، علوم رایانه، فیزیولوژی، زبان شناسی و پزشکی است. شاخه های اصلی علوم اعصاب عبارتند از عصب شناسی عاطفی، عصب شناسی رفتاری، عصب شناسی شناختی، علوم عصبی تکامل، علوم اعصاب مولکولی و سلولی، نوروفیزیولوژی، عصب شناسی و نورواینفورماتیک.

در یک کلام، نوروساینس یا علوم اعصاب مطالعه علمی ساختار و عملکرد مغز و سیستم عصبی انسان است. دانشمندان علوم اعصاب جنبه های سلولی، عملکردی، رفتاری، تکاملی، محاسباتی، مولکولی و پزشکی سیستم عصبی را مطالعه می کنند که شامل میلیاردها سلول به نام نورون یا سلول های عصبی است.

در حال حاضر، یکی از چالش های بزرگ علوم اعصاب مدرن ترسیم تمام شبکه های ارتباط سلول به سلول مدارهای مغزی است که تمام افکار، احساسات و رفتارها را پردازش می کند. مغز انسان دارای ۸۶ میلیارد نورون است. دانشمندان نورساینس یا علوم اعصاب نحوه ارتباط این سلول ها با یکدیگر و سایر قسمت های سیستم عصبی و بقیه بدن را مورد بررسی قرار می دهند.

شاخه های نورساینس

نوروساینس شاخه های مختلفی از تکامل، توسعه، آناتومی، زیست شناسی، فارماکولوژی، عملکردها و فرایندهای سیستم عصبی را مورد بررسی قرار می دهد. چند مورد از شاخه های متعدد نوروساینس یا علوم اعصاب عبارتند از:

علوم اعصاب رفتاری –  تعامل سیستم ها و فرآیندهای عصبی و رفتار را مورد مطالعه قرار می دهد.

علوم اعصاب بالینی – حوزه مراقبت های بهداشتی مربوط به سیستم عصبی از جمله عصب شناسی، جراحی مغز و اعصاب، روانپزشکی، روانشناسی، شنوایی شناسی و آسیب شناسی گفتار را بررسی می کند.

علوم اعصاب شناختی – مکانیسم های اساسی فرآیندهای ذهنی را بررسی می کند.

علوم اعصاب محاسباتی –  این علوم دو مرحله ای است و شامل مطالعه پردازش اطلاعات در سیستم عصبی و استفاده از مدل ها و سیستم های تولید شده توسط رایانه برای مطالعه سیستم عصبی است.

مهندسی عصبی – کاربرد تکنیک های مهندسی برای ترمیم، جایگزینی یا تقویت اجزاء سیستم عصبی است.

عصب شناسی عاطفی – در بیشتر موارد، تحقیقات روی حیوانات آزمایشگاهی انجام می شود و نحوه رفتار نورون ها در رابطه با احساسات را بررسی می کند.

علوم اعصاب سلولی – مطالعه نورون ها، از جمله شکل و خواص فیزیولوژیکی آنها در سطح سلولی است

عصب شناسی فرهنگی – به نحوه شکل گیری باورها، ارزش های فرهنگی در مغز، ذهن و ژن ها در دوره های مختلف می پردازد.

علوم اعصاب تکاملی – به بررسی نحوه توسعه سیستم عصبی سلولی می پردازد و اینکه چه مکانیسم های زیر بنایی در توسعه عصبی وجود دارد.

علوم اعصاب مولکولی – مطالعه نقش تک تک مولکول ها در سیستم عصبی در این علم بررسی می شود.

زبان  شناسی عصبی – مطالعه مکانیسم های عصبی در مغز بر درک و بیان زبان.

نوروفیزیولوژی – به رابطه مغز و عملکردهای آن و مجموع اجزای بدن و نحوه ارتباط آنها می پردازد. مطالعه نحوه عملکرد سیستم عصبی، به طور معمول با استفاده از تکنیک های فیزیولوژیکی، مانند تحریک با الکترودها، کانال های حساس به نور و یا از طریق رنگ های حساس مورد بررسی قرار می گیرد.

علوم اعصاب سیستم ها  – مسیرهای جریان داده در CNS (سیستم عصبی مرکزی) را دنبال می کند و سعی می کند انواع پردازش در آنجا را تعریف کند. از این اطلاعات برای توضیح عملکردهای رفتاری استفاده می شود.

تصویربرداری عصبی – استفاده از فناوری هایی مانند توموگرافی و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی برای ایجاد تصاویری از ساختارها و عملکردهای سیستم عصبی است.

علوم اعصاب بینش خوبی در رابطه با بسیاری از زمینه های تلاش انسان ها ارائه می دهد. مثلا در تجارت، کاربردهای علوم اعصاب شامل بازاریابی، مدیریت منابع انسانی (HRM) و مدیریت ارتباط با مشتری (CRM) است.

مطالعه سیستم ها و فرآیندهای عصبی انسان برای بسیاری از زمینه های هوش مصنوعی (AI) نه تنها برای طراحی شبکه های عصبی مصنوعی بلکه برای یادگیری ماشین، پردازش زبان طبیعی، یادگیری عمیق و محاسبات شناختی ضروری است. مطالعه سیستم عصبی انسان به مصر باستان برمی گردد، زمانی که اولین بار برای درمان شکایات جسمی یا روانی، ترپانینگ انجام شد.

سیستم عصبی چیست؟

سیستم عصبی انسان یک شبکه گسترده از سلول های تخصصی است که به ما اجازه می دهد جهان اطراف خود را درک کنیم. نورون ها واحد های اصلی عملکردی این شبکه هستند. نورون ها می توانند سیگنال های الکتریکی تولید کنند تا اطلاعات را در فواصل طولانی به سرعت منتقل کرده و به نورون های دیگر منتقل کنند. سلول های گلیال با تنظیم، محافظت، درمان و عایق بندی نورون ها و اتصالات آنها از این شبکه پشتیبانی می کنند.

در هسته سیستم عصبی، بیش از ۱۰۰ تریلیون ارتباط  در مغز انسان قرار دارد. پیام ها از طریق نخاع به مغز منتقل می شود. سیستم عصبی حاوی اعصاب نخ مانندی است که به هر اندام و قسمت بدن منشعب می شوند. سیستم عصبی انسان به دو دسته سیستم عصبی مرکزی و محیطی تقسیم می شود.

سیستم عصبی مرکزی (CNS)

CNS شامل مغز و نخاع است. این سیستم از بافت نرم و حساس ساخته شده است، اما توسط جمجمه و مهره های نخاعی به خوبی محافظت می شود. سد خونی – مغزی همچنین از ورود بسیاری از سموم به مغز جلوگیری می کند. CNS به عنوان مرکز کنترل عمل می کند و از طریق سیستم عصبی محیطی به عضلات، غدد، اندام ها و سایر سیستم های بدن اطلاعات را ارسال و دریافت می کند.

سیستم عصبی محیطی (PNS)

PNS به عنوان یک پل عمل می کند و اطلاعات را بین CNS و بقیه بدن  تبادل می کند. برخلاف سیستم عصبی مرکزی ( CNS)، PNS توسط ستون مهره ای و جمجمه یا سد خونی مغزی محافظت نمی شود. بنابراین به راحتی در معرض سموم و آسیب های مکانیکی قرار می گیرد. سیستم عصبی محیطی شامل یک بخش حسی و یک بخش حرکتی است.

بخش حسی

تقسیم حسی که به عنوان آوران (هدایت کننده به داخل) نیز شناخته می شود، اطلاعات حسی را از بدن دریافت کرده و به داخل به سیستم عصبی محیطی ارسال می کند.

بخش حرکتی

بخش حرکتی که به عنوان وابران (هدایت کننده به سمت خارج) شناخته می شود، اطلاعات را از CNS دریافت کرده و به بدن ارسال می کند.

نورون چیست؟

نورون ها سلول هایی هستند که چارچوبی برای ارتباط در سراسر سیستم عصبی تشکیل می دهند. آنها بسته به عملکردهای تخصصی خود می توانند در چندین شکل و اندازه وجود داشته باشند، اما همه نورون ها دارای آکسون و دندریت هایی هستند که از بدنه سلول بیرون زده اند. اجزای اصلی نورن ها عبارتند از:

اکثر نورون ها دندریت های کوتاهی دارند که سیگنال ها را دریافت می کنند و آنها را به عنوان تکانه های الکتریکی به داخل سلول ارسال می کنند.

اکثر نورون ها دارای یک آکسون هستند که معمولا تکانه های الکتریکی را به خارج از بدنه سلول می فرستد. طول آکسون ها می تواند از بسیار کوتاه تا بیش از ۱ متر متغیر باشد و می تواند از قاعده ستون فقرات تا مچ پا نیز برسد.

نورون ها از طریق اتصالات آکسون – دندریت و گاهی دندریت – دندریت ارتباط برقرار می کنند. اما این برجستگی ها در واقع به هم نمی رسند. شکاف کوچکی در نقطه اتصال غشا به غشا وجود دارد که سیناپس نامیده می شود.

اهمیت نوروساینس چیست؟

سیستم عصبی نه تنها برای تولید افکار، احساسات و رفتار انسان عمل می کند، بلکه عملکردهای مهم بدن مانند تنفس را نیز کنترل می کند. همانطور که کامپیوترها با اتصالات الکتریکی سیم کشی شده اند، مغز نیز دارای اتصالات عصبی است. این اتصالات لوب های مختلف آن را به هم پیوند می دهند و همچنین ورودی حسی و خروجی حرکتی را با مراکز پیام مغز پیوند می دهند و به اطلاعات اجازه ورود و ارسال مجدد را می دهند. در واقع، یکی از اهداف اصلی تحقیقات در رشته علوم اعصاب مطالعه نحوه عملکرد این سیم کشی ها و اتفاقاتی است که هنگام آسیب دیدن آن رخ می دهد.

علاوه بر این نوروساینس بر بسیاری از عملکردهای انسان نیز تاثیر می گذارد. همچنین به درک بهتر طیف وسیعی از مشکلات و بیماری های رایج مانند سندرم داون، اختلالات طیف اوتیسم، ADHD، اعتیاد، اسکیزوفرنی، تومورهای مغزی، بیماری پارکینسون و اختلالات سیستم ایمنی کمک می کند.

با ظهور فناوری هایی مانند الکتروفیزیولوژی گیرنده غشایی، PCR و تعیین توالی ژنوم، درک بیشتری از فرایندهای سلولی و مولکولی مغز در ۵۰ سال گذشته بوجود آمده است. دانشمندان معتقدند که در ۵۰ سال آینده پیشرفت های تکنولوژیکی بیشتر و اجماع مفهومی بیشتری حاصل خواهد شد. این پیشرفت ها به پاسخ به این سوال ها کمک می کند که چگونه ده ها میلیارد سلول عصبی مغز برای ایجاد یک رفتار خاص  با هم کار می کنند؟ چه نوع تغییراتی درون مغزی منجر به بیماری می شود؟ چه چیزی مغز انسان را منحصر به فرد می کند؟

حقایق جالب در مورد نوروساینس

اگر بتوانیم شروع بیماری آلزایمر، شایع ترین نوع زوال عقل را به تأخیر بیندازیم، می توان سالانه ۵۰ میلیارد دلار در هزینه های مراقبت های بهداشتی هر کشوری صرفه جویی کرد. بیماری های عصبی حدود ۱ میلیارد نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهند.

اختلالات بهداشتی روانی سالانه ۴۴ میلیون فرد بالغ را تحت تاثیر قرار می دهند که سالانه حدود ۱۴۸ میلیارد دلار هزینه دارند. زمانی گفته می شد که انسان ها فقط از ۱۰ درصد مغز خود استفاده می کنند. با این حال، تحقیقات اخیر MRI نشان می دهد که انسان از مناطق متعددی از مغز برای انجام کارهای حتی ساده استفاده می کند. مغز یک اندام کاملا یکپارچه و پیچیده است. مغز هیچ منطقه خاموشی ندارد.

از آنجا که بسیاری از اختلالات و بیماری های سلامت روان در اواخر نوجوانی یا بلوغ شروع می شوند، تحقیقات اخیر نشان داده است این اختلالات در واقع اختلالات رشدی هستند که در اثر اختلال در روند رشد ایجاد می شوند.

در دهه آینده، نورساینس تعاملات کلیدی بین ژن ها و اثرات محیطی را که باعث تغییر در پروتئین های عصبی و منجر به اختلالات عملکردی مغز و علائم رفتاری می شوند را توصیف خواهند کرد.

در آینده نزدیک، ممکن است محققان داروهای هوشمندی را تولید کنند که بتوانند بدون ایجاد عوارض جانبی، به طور موثرتری مدارهای ناکارآمد را مورد هدف قرار دهند.

با ظهور تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)، توموگرافی گسیل پوزیترون (PET)، توموگرافی کامپیوتری (CT) و سایر تکنیک ها، محققان در واقع مدارها و نحوه عملکرد آنها را مشاهده می کنند.

اگرچه ما فکر کنیم که کنترل حرکات و پاسخ های بدن خود را به طور فعال کنترل می کنیم اما تحقیقات نشان می دهد که حدود ۸۰ درصد از مواقع ما با سطوح پایین تر مغز به صورت خودکار به موقعیت های معمولی پاسخ می دهیم!

چگونه نوروساینس بخوانیم؟

نوروساینس در ایران در مقطع ارشد و دکتری ارائه می شود و از گرایش های اعصاب و روان می توان وارد این رشته شد. بازار کار نوروساینس بیشتر در زمینه های تحقیقاتی علوم اعصاب است.

از چه رشته‌هایی می ‌توان وارد نوروساینس شد؟

با داشتن مدرک کارشناسی گرایشات مختلف رشته‌های مرتبط با روانشناسی و مشاوره وزارت علوم و بهداشت می توانید وارد این رشته شوید.

سخن پایانی

علوم اعصاب یا نورساینس که به علوم عصبی نیز معروف است، مطالعه نحوه توسعه سیستم عصبی، ساختار آن و کارکرد آن است. دانشمندان علوم اعصاب بر مغز و تاثیر آن بر رفتار و عملکردهای شناختی تمرکز می کنند. علوم اعصاب نه تنها به عملکرد طبیعی سیستم عصبی مربوط می شود، بلکه در مورد آنچه در افراد مبتلا به اختلالات عصبی، روانی و عصبی اتفاق می افتد، نیز اهمیت می دهد.