Нейробиология является отраслью биологии и представляет собой науку о строении, физиологии и функциях мозга.
Начала нейробиологии восходят к глубокой древности, однако, современное ее содержание связано с исследованиями и открытиями начиная с середины XIX в. В отечественной научной практике нейробиология возникла на стыке науки о поведении и нейрофизиологии и как самостоятельная дисциплина стала упоминаться недавно.
Развитие нейробиологии:
1.физико-химическое изучение веществ в передаче информации
2.клеточно-тканевое из нервной ткани
3.поведенческое (+психология), области мозга которые отвечают за поведение
1. с 18 в. Итальянский врач Луиджи Гальвани (1737–1798) обнаружил, что если к обезглавленному телу лягушки подвести электрическое напряжение, то будут наблюдаться сокращения ее лапок. Так он показал воздействие электрического тока на мышцы. Поэтому его по праву называют отцом электрофизиологии. Гальвани предположил существование между нервом и лапкой разности потенциалов – «животного электричества». Дальнейшие исследования показали, что электрический ток возникает в тех случаях, когда нерв набрасывали на поврежденную мышцу. Так были открыты электрические токи, возникающие между здоровой и поврежденной тканью. Они были названы токами повреждения. Позднее было доказано, что деятельность нервов, мышц и других тканей сопровождается генерацией электрических токов. А. Вольта, который представил доказательства, что ток возникает на границе двух металлов (например, цинка и меди), помещенных в раствор соли. Таким образом, Вольта утверждал, что биоэлектричества не существует, и как физик привел простое физическое доказательство. Однако Гальвани доказал, что лапка лягушки может сокращаться и без соприкосновения с металлом. Он придумал опыт, который до сих пор выполняют в физиологическом практикуме студенты – медики и биологи. Опыт состоит в следующем. Если две отпрепарированные лягушачьи лапки положить рядом, затем икроножную мышцу одной лапки рассечь скальпелем и на место разреза пинцетом быстро набросить нерв от неповрежденного нервно-мышечного препарата, то его икроножная мышца в этот момент сократится. Как часто бывает в научных спорах, оба ученых оказались правы: Вольта изобрел устройство для производства электрического тока, которое вначале было названо вольтовым столбом, а в наше время называют гальваническим элементом, но имя Вольта осталось в науке как наименование единицы электрического напряжения – вольт.
19 в. в Манчестере (Англия) Г. Катон впервые поместил электроды (металлические проволочки) на затылочные доли головного мозга собаки и зарегистрировал колебания электрического потенциала при освещении светом ее глаз. Подобные колебания электрического потенциала сейчас называют вызванными потенциалами и широко используют при исследовании мозга человека.
19-20вв. Гельмгольц, Дюбуа-Реймон, Мангер: электрическая природа сигналов в нервной системе.
Электрофизиология – раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме при различных видах деятельности.
В России подобные исследования проводил И. М. Сеченов: ему впервые удалось зарегистрировать биоэлектрические колебания от продолговатого мозга лягушки. Также закон центрального торможения, сильное раздражение на мозг – затормаживаются все сиситемы. Другой наш соотечественник, профессор Казанского университета И. Правдич-Неминский изучал биоэлектрические колебания мозга собаки при различных состояниях животного – в покое и при возбуждении. Собственно, это были первые электроэнцефалограммы. Однако мировое признание получили исследования, проведенные в начале XX века Г. Бергером. Используя уже значительно более совершенные приборы, он зарегистрировал биоэлектрические потенциалы головного мозга человека, которые теперь называют электроэнцефалограммой. В этих исследованиях впервые был зарегистрирован основной ритм биотоков мозга человека – синусоидальные колебания с частотой 8–12 Гц, который получил название альфа-ритма. Это можно считать началом современной эры исследования физиологии головного мозга человека .
Бернштейн в 1902 выдвинул первую мембранную теорию возбуждения нервной ткани, в которой провозгласил определяющую роль ионов калия.
Э.Дюбуа-Реймон и К. Бернар первыми высказали предположение, что сигналы в мозге передаются с помощью химических веществ. Представители российской науки также сделали ряд открытий в электрофизиологии. Так, В.Ю.Чаговец в 1896 г. выдвинул первую ионную теорию происхождения биоэлектрических явлений, а также экспериментально обосновал теорию физико-химического раздражающего действия электрического тока.
2. Основу современных представлений о строении и функциях мозга составляет так называемая « нейронная доктрина». В конце XIX в. итальянский нейроанатом К. Гольджи разработал способ окраски нервных клеток хлоридом серебра (впоследствии этот метод получил его имя) и установил, что нервная ткань представляет собой сложно переплетенную сеть, состоящую из отдельных нейронов. Он высказал предположение, что нейроны в сети соединены между собой протоплазматическими связями. Спасский ( микроструктура мозговой ткани) С.Рамон-и-Кахаль, используя метод Гольджи, доказал, что нервная система состоит из дискретных клеток (нейронов), которые связаны между собой специализированными контактами. Впоследствии английский нейрофизиолог Ч. Шеррингтон назвал контакты между нейронами синапсами.
Доказательства химической природы синаптической передачи были получены параллельно представителями двух физиологических школ – Казанской (основатель - А.Ф. Самойлов, Россия, а затем СССР) и Кембриджской (основатель - Ч. Шеррингтон, Великобритания). Первооткрывателями химической природы синаптической передачи во всем мире считают немецкого физиолога австрийского происхождения О. Леви. В 1921 г. О. Леви установил гуморальную (химическую) передачу нервного сигнала в вегетативной нервной системе.
В 1939 г. К.Коул впервые измерил изменения ионной проводимости в мембране нейронных отростков у беспозвоночных (гигантских аксонов кальмара) при ее возбуждении, а в 1952 г. А. Ходжкин и Э. Хаксли впервые зарегистрировали ионные токи при возбуждении мембраны и продемонстрировали натрий-калиевую природу потенциалов действия в мембранах аксонов. Б. Катц сделал ряд важных открытий, изучая механизмы возбуждения нервно-мышечного синапса. Ионные токи при возбуждении мембран тел нейронов беспозвоночных и позвоночных впервые были зарегистрированы в Институте физиологии АН УССР (СССР) в начале 1960-х г.г. под руководством академика П.Г.Костюка.
3. В 1903 г. И.П. Павлов провозгласил теорию условных рефлексов, представляющих собой вновь приобретенные адаптивные поведенческие акты. Теория И.П. Павлова основывалась на философских представлениях Р.Декарта о рефлекторной природе адаптивных поведенческих реакций и И.М.Сеченова о рефлекторной природе психических процессов. И.М. Сеченов полагал, что сознательная и бессознательная деятельности имеют рефлекторную природу и что психические явления обусловлены физиологическими процессами, которые могут быть изучены объективными методами. И.П. Павлов разработал объективный физиологический метод исследования условных рефлексов и использовал его для косвенного изучения внутренних процессов, определяющих «психическое» происхождение приобретенных адаптивных вегетативных реакций. С именем И.П. Павлова связано начало объективного изучения механизмов поведения. Выработка условного рефлекса интерпретировалась И.П. Павловым как ассоциация двух рефлекторных дуг, активируемых двумя стимулами – безусловным и условным, а именно, двух очагов возбуждения в мозге, соответствующих этим стимулам.
Параллельно в рамках американской школы бихевиоризма (от англ., behaviour) развивались представления об инструментальном поведении. Наиболее типичными представителями этого направления являются Э.Торндайк, Дж. Уотсон и Б.Скиннер. Отличительной особенностью бихевиоризма является описательный характер изучения инструментальных поведенческих реакций, не затрагивающий, в отличие от Павловских интерпретаций, внутренних механизмов. Представители нового поколения бихевиористов К.Лешли, Э.Толмен и У.Хантер, называемые себя необихевиористами, в конечном счете, обратились к нейрофизиологическому толкованию инструментального поведения. Физиологическую интерпретацию механизмов инструментального поведения с вовлечением концептуальных рефлекторных дуг выдвинул Е.Конорский – нейронные механизмы поведения,выдающийся ученик И.П. Павлова.
В рамках психологии возникло еще одно направление науки о поведении, которое изучает когнитивное, или «разумное» поведение, свойственное только животным с высокоразвитой нервной системой. В результате исследований поведения шимпанзе В. Келер описал сложные поведенческие проявления (озарение (англ., insight), перенос, обобщение), которые не требуют обучения и проявляются с первого раза. Такие формы поведения проявляются не только у высших приматов, а также у других млекопитающих и даже у некоторых птиц и включают экстренное решение новых задач - разные типы элементарных логических задач, орудийная деятельность в новой ситуации. Способность животных к решению элементарных логических задач исследовал член-корр. АН СССР Л.В.Крушинский, который разработал представления об элементарной рассудочной деятельности животных. Он установил, что возможность проявления элементарной рассудочной деятельности у животных зависит от сложности организации мозга. Когнитивные способности некоторых животных Л.В.Крушинский рассматривал как филогенетические предпосылки высших психических функций у человека.
П.К. Анохин: функциональная система – приспособительное поведение как результат интеграции нервных и эндокринных организмов(нужны в данный момент); поведение – смена функциональных систем.
(По мере развития нейрофизиологических методов в 1950-60-х г.г. они стали широко использоваться для исследования нейронных механизмов поведения. Регистрация суммарной электрической активности мозга и отдельных нейронов дали новый толчок для развития представлений о механизмах поведения. Интеграция различных научных направлений, а также разработка новых методов в нейробиологии значительно обогатили методическую базу для исследования механизмов поведения. Открытие феномена синаптической пластичности открыло новые возможности для исследования ключевого свойства ЦНС, лежащего в основе обучения, – памяти.(в основе памяти – синапсы
Будущее нейробиологии (нерешенные проблемы)
Несмотря на определенные успехи нейробиологии, некоторые важные проблемы еще остаются нерешенными и требуют дальнейших исследований. Наиболее отдаленные от нас перспективы разрешения проблем касаются когнитивных процессов. Перед современной нейробиологией остаются нерешенными вопросы о нейронных механизмах сознания, сна, восприятия, обучения и памяти, нейропластичности, принятия решения. Много нерешенных вопросов касается развития и эволюции нервной системы. Еще до конца не исследованы нейронные механизмы возникновения некоторых психических заболеваний (например, навязчивых состояний, шизофрении), болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, пагубных привычек.
