Neurobiologia
Z Wikipedii
Neurobiologia jest to hasło opisujące różne nauki biologiczne badające układ nerwowy.
Naukami tymi są przede wszystkim:
- neuroanatomia makroskopowa
- neuroanatomia mikroskopowa
- neurofizjologia komórek
- neurofizjologia behawioralna
- elektrofizjologia
Spis treści |
[edytuj] Informacje ogólne
[edytuj] Poziomy badań
- Można wyróżnić co najmniej trzy poziomy badań:
- molekularny i biochemiczny
- co dzieje się wewnątrz neuronów i komórek glejowych, jak na siebie oddziałują te komórki, jak funkcjonują synapsy i neuroprzekaźniki - organizacji komórek i ich grup
- jak w mózgu układają się neurony tworząc tkankę nerwową; funkcjonowanie neuronów jako elementów przekazujących pobudzenia innym elementom - strukturalny lub systemowy
- funkcjonowanie wyspecjalizowanych i względnie niezależnych układów anatomiczno-funkcjonalnych, tworzących różne struktury i systemy
[edytuj] Poruszane zagadnienia
- Zagadnienia neurobiologii można podzielić na dwie kategorie:
- badanie mózgu dla samego mózgu
- badanie mózgu jako systemu zarządzającego całym organizmem i jego zachowaniem
Stąd też w tematyce neurobiologii znajdują się zagadnienia dotyczące budowy substancji chemicznych z jakich utworzony jest mózg, procesów zachodzących w komórkach nerwowych, interakcji tych komórek z komórkami glejowymi, różnic w budowie układu nerwowego między odmiennymi gatunkami kręgowców, bezkręgowców itp. Z drugiej strony jednak, z racji roli, jaką pełni mózg dla wszystkich jego posiadaczy, szczególnie zaś dla człowieka, przedmiotem neurobiologii są również zagadnienia dotyczące odruchów rdzeniowych, percepcji, zwłaszcza wzrokowej, czy też pamięci i uczenia się.
[edytuj] Kontrowersje
Neurobiologia cechuje się dwiema dużymi kontrowersjami, z których jedna dotyczy etyki, zaś druga odnoszenia wiedzy do mózgu człowieka.
To, co budzi największe kontrowersje, to metody badań, które w przeważającej większości są metodami inwazyjnymi, tj. ingerującymi w mózg żywych zwierząt. Najczęściej używane są w tym celu myszy i szczury, znacznie rzadziej (ze względu na koszta finansowe i odpowiednie zaplecze hodowlane) małpy takie jak ponocnica (Aotus trivirgatus), czy rezus (Macaca mulatta). Najrzadziej i to tylko przy szczególnych badaniach wykorzystuje się szympansy. Wszelkie badania naukowe tego rodzaju są regulowane właściwymi przepisami prawnymi, tak ustawami jak i rozporządzeniami stosownych ministerstw, jak również przebieg każdego z eksperymentów musi wcześniej zostać zaakceptowany przez komisję bioetyczną, właściwą dla danej instytucji przeprowadzającej badanie. Zainteresowani zagadnieniami etyki takich badań powinni sięgnąć po książkę Williama Patona (zob. sekcję literatury na tej stronie).
Ponieważ większość badań neurobiologicznych prowadzona jest na mózgu różnych gatunków gryzoni, wnioski z tych badań są teoretycznie nie przekładalne na mózg człowieka. Zakłada się, że pewne zjawiska są uniwersalne (np. dotyczące fizjologii neuronów, ale jedynie najbardziej elementarne kwestie z wyższego poziomu analizy mogą (i tylko mogą) przebiegać podobnie. Niektóre głośne badania przeprowadzone na gryzoniach nie są już replikowalne na wyższych ssakach, np. na kotach, więc ciężko odnosić tę wiedzę do człowieka. Zresztą, dokładne badania prowadzone na różnych gatunkach małp ujawniają spore różnice między nimi, co chyba najwyraźniej można zobaczyć w budowie i preparatach histologicznych ich mózgów.
[edytuj] Podstawy neurobiologii
[edytuj] Początki neurobiologii
Kiedyś uważano, że komórki nerwowe są wzajemnie połączone, będąc wspólnie razem czymś jednym. W XIX wieku zwolennikiem takiego poglądu był Camillio Golgi, twórca histologicznej metody uwidaczniania neuronów po przez znakowanie tkanki azotanem srebra, nazwanej później metodą Golgiego. Dzięki tej procedurze wybarwiony preparat jakiegoś fragmentu tkanki nerwowej oglądany pod mikroskopem ujawnia tylko 1% neuronów, ale za to w całej okazałości, wraz z ciałem komórkowym, dendrytami i aksonem. W tym samym czasie, kiedy Golgi pracował nad swoimi badaniami, inny uczony, Santiago Roman y Cajal korzystając z tej właśnie metody barwienia ogłosił, że neurony nie są fizycznie połączone i stanowią niezależne jednostki. Wraz z upływem czasu koncepcja ta przyjęła się, choć faktyczne jej udowodnienie musiało doczekać czasów, kiedy opracowano mikroskopy elektronowe. W roku 1906 obaj naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla, mimo że głosili sprzeczne ze sobą teorie (Golgi pozostał przy swoim zdaniu na temat neuronów)
Na początku XX wieku Charles Sherrington za pomocą sprytnych eksperymentów wykazał, choć nie wprost, funkcjonowanie neuronów jako niezależnych komórek, między którymi musiało istnieć pewne połączenie, które nazwał synapsą. Podobnie jak z koncepcją Cajala, także i ta teoria została w bezpośredni sposób zweryfikowana dopiero dzięki mikroskopom elektronowym.
[edytuj] Stan obecny
Do dziś wykonano miliony badań i poznano dosyć szczegółowe właściwości komórek nerwowych i synaps. Znamy wartość napięcia elektrycznego, jakie generowane jest w komórkach, a następnie przesyłane wzdłuż aksonu, w czego konsekwencji na synapsie uwalniane są neuroprzekaźniki, wywołujące w docelowej komórce określone zmiany (np. wygenerowanie pobudzenia).
Potrafimy także mierzyć te zjawiska za pomocą elektrod, na pojedynczych neuronach, zsumowaną wartość potencjału elektrycznego z pewnej grupy neuronów, bezpośrednio w mózgu, lub też z jego powierzchni, z kory mózgowej, a także w sposób nieinwazyjny, rejestrując potencjały elektryczne z powierzchni czaszki. Tymi metodami zajmuje się elektrofizjologia. Za pomocą tych metod, możemy określać, które z badanych neuronów są aktywne w danym, określonym czasie. Dzięki temu, możemy aktywność tę korelować z innymi zjawiskami. Jedne z najbardziej fascynujących badań ukazują aktywność określonych neuronów skorelowaną z daną aktywnością behawioralną, gdzie pobudzenie tych komórek występuje pewien czas przed zainicjowaniem danego zachowania.
Inne z takich badań wykazały aktywność określonych neuronów w mózgu szczura tylko wówczas, gdy ów gryzoń przebywał w konkretnym miejscu labiryntu. Tak zachowujące się neurony nazwano "komórkami miejsca". Niestety, badając wyższe ssaki nie uzyskuje się już takich danych, tak więc można domniemywać, że struktura mózgu szczura w jakiej obserwuje się tego rodzaju zjawiska - hipokamp - pracuje inaczej w mózgach bardziej rozwiniętych ewolucyjnie.
Poznanie molekularnych i biochemicznych mechanizmów leżących u podstawy przekazywania pobudzenia z neuronu na neuron umożliwia poznanie i tworzenie nowych leków, mających zastosowanie w psychiatrii, czy też w neurologii. Niektóre substancje potrafią zablokować skutecznie mechanizmy przyłączania się danych neuroprzekaźników do komórki, w efekcie czego aktywność neuronalna będzie mniejsza, lub na odwrót - inne substancje przedłużą oddziaływanie niektórych neuroprzekaźników na komórki. Np. działanie znanego powszechnie leku antydepresyjnyego Prozac polega na oddziaływaniu na procesy biochemiczne między neuronami tak, aby serotonina - pewien neuroprzekaźnik - mogła przez dłuższy niż normalnie czas oddziaływać na neurony.
[edytuj] Neuroscience
(zobacz też hasło w anglojęzycznej wikipedii: Neuroscience).
W polskojęzycznej terminologii przyjęło się używanie terminu "neurobiologia" (ang. neurobiology), lecz istnieją pewne różnice pomiędzy znaczeniami tych terminów w nazewnictwie anglojęzycznym. Wydaje się, że jest to raczej różnica w sposobie myślenia o nauce i sposobie jej uprawiania, nie zaś w dążenie do wyodrębnianiu osobnej nauki. "Neuroscience" to hasło stosunkowo nowe i aktualnie chyba częściej używane.
W krajach anglosaskich istnieje zarówno możliwość ukończenia kierunku studiów (łącznie z pisaniem pracy magisterskiej) z zakresu neuroscience, jak i uzyskania tytułu doktora w tej dziedzinie. Edukacja ta jest zupełnie niezależna od tradycyjnej (np. wyższego wykształcenia biologicznego ze specjalizacją w neurobiologii, czy uzyskaniem tytułu doktora z zakresu np. neuroanatomi, czy neurofizjologii).
Cechą neuroscience jest łączenie wiedzy wyniesionej ze wszystkich tych poziomów badań w jedną, zwartą całość. Carla J. Shatz, profesor neurobiologii, wyraziła to chyba najlepiej mówiąc, że "w dzisiejszych czasach wyzwaniem jest umieszczenie molekuł ponownie w komórkach a komórek w strukturach i ponowna analiza tworzonych przez nie systemów, w celu lepszego rozumienia zachowania się i percepcji" (skąd pochodzi cytat: Gershon, 2001; zob. sekcję linków na tej stronie).
W ostatnich czasach pojawiły się także nowe metody badania układu nerwowego, nazywane metodami obrazowania mózgu, z których warto wymienić strukturalny i funkcjonalny rezonans magnetyczny (MRI, fMRI) oraz pozytronową emisyjną tomografię komputerową (PET). Metody te umożliwiają nieinwazyjną obserwację aktywności i struktury żywego mózgu człowieka lub zwierzęcia, pozwalając ponadto na ich mniej lub bardziej dokładne przedstawienie graficzne. Metody te rozwinęły w ostatnich latach wiedzę o układzie nerwowym, łącznie z wiedzą na temat tego, jak tworzy on umysł (tzw. cognitive neuroscience).
[edytuj] Literatura
Podręczniki:
- Longstaff A. (2002) Neurobiologia. Krótkie wykłady. Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa.
- Sadowski B. (2001) Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Inne prace:
- Paton W. (1997) Człowiek i mysz. Badania medyczne na zwierzętach. PWN, Warszawa.
[edytuj] Linki zewnętrzne
- Powyżej cytowana była C.J. Shatz. Cytat zaczerpnięto z publikacji: Gershon D. (2001) All systems go for neuroscience. Nature, 414(6860): Naturejobs 4-5
- Strona profesora W. Ducha, na której można znaleźć wiele ciekawych informacji z zakresu neuroscience, dotyczących zwłaszcza tego, jak mózg człowieka funkcjonuje i tworzy umysł
- Instytut Biologii Doświadczalnej im. Nenckiego w Warszawie
- Zasoby anglojęzyczne:
