Сенсорная нейробиология - Википедия - Sensory neuroscience

Сенсорная нейробиология является подполем нейробиология который исследует анатомию и физиологию нейроны которые являются частью сенсорные системы такие как зрение, слух и обоняние. Нейроны в сенсорных областях мозга реагируют на стимулы, вызывая один или несколько нервных импульсов (потенциалы действия ) после предъявления стимула. Как информация о внешнем мире закодированный по скорости, времени и схеме потенциалов действия? Это так называемое нейронный код в настоящее время плохо изучен, и сенсорная нейробиология играет важную роль в попытках его расшифровать. Рассмотрение ранней обработки сенсорной информации является преимуществом, поскольку области мозга, которые находятся «выше» (например, те, которые участвуют в памяти или эмоциях), содержат нейроны, которые кодируют более абстрактные представления. Однако есть надежда, что существуют объединяющие принципы, которые определяют, как мозг кодирует и обрабатывает информацию. Изучение сенсорных систем - важная ступенька в нашем понимании функции мозга в целом.

Типичные эксперименты

Типичный эксперимент в сенсорной нейробиологии включает предъявление серии соответствующих стимулов подопытному, в то время как за его мозгом ведется наблюдение. Этот мониторинг может выполняться неинвазивными средствами, такими как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) или электроэнцефалография (ЭЭГ) или более инвазивными способами, такими как электрофизиология, использование электроды для записи электрической активности отдельных нейронов или групп нейронов. ФМРТ измеряет изменения кровотока, связанные с уровнем нейронной активности, и обеспечивает низкое пространственное и временное разрешение, но предоставляет данные для всего мозга. Напротив, электрофизиология обеспечивает очень высокое временное разрешение (формы отдельных шипы можно разрешить) и данные могут быть получены из отдельных ячеек. Это важно, так как вычисления выполняются в пределах дендриты отдельных нейронов.

Эксперименты с одним нейроном

В большинстве Центральная нервная система, нейроны общаются исключительно, посылая друг другу потенциалы действия, в просторечии известный как «шипы». Поэтому считается, что вся информация сенсорный нейрон кодировку внешнего мира можно заключить по образцу его шипов. Современные экспериментальные методы не могут измерять отдельные спайки неинвазивно.

Типичный эксперимент с одним нейроном будет состоять из изоляции нейрона (то есть навигации по нейрону до тех пор, пока экспериментатор не найдет нейрон, который дает всплеск в ответ на тип предъявляемого стимула, и (необязательно) определение того, что все наблюдаемые всплески действительно происходят. от одного нейрона), а затем представляет протокол стимула. Поскольку нейронные ответы по своей природе изменчивы (то есть их характер пиков может зависеть не только от предъявляемого стимула, хотя не вся эта изменчивость может быть истинным шумом, поскольку факторы, отличные от предъявленного стимула, могут влиять на исследуемый сенсорный нейрон. ), часто один и тот же протокол стимула повторяется много раз, чтобы почувствовать изменчивость, которую может иметь нейрон. Один из распространенных методов анализа состоит в изучении средней изменяющейся во времени скорости активации нейрона, называемой его гистограмма времени после стимула или PSTH.[1]

Оценка восприимчивого поля

Одна из основных целей сенсорной нейробиологии - попытаться оценить нервную систему нейрона. рецептивное поле; то есть, чтобы попытаться определить, какие стимулы и каким образом заставляют нейрон срабатывать. Один из распространенных способов найти рецептивное поле - использовать линейная регрессия чтобы выяснить, какие характеристики стимула обычно вызывают возбуждение или подавление нейронов. Поскольку рецептивное поле сенсорного нейрона может варьироваться во времени (т.е. латентность между стимулом и воздействием, которое он оказывает на нейрон) и в некотором пространственном измерении (буквально пространство для зрения и соматосенсорных клеток, но и другие «пространственные» измерения, такие как частота звука для слуховых нейронов), термин пространственно-временное рецептивное поле или STRF часто используется для описания этих рецептивных полей.[2]

Естественные стимулы

Одной из недавних тенденций в сенсорной нейробиологии стало использование естественных стимулов для характеристики сенсорных нейронов. Есть веские основания полагать, что эволюционное давление на сенсорные системы, чтобы они могли хорошо представлять естественные стимулы, поэтому сенсорные системы могут проявлять наиболее подходящее поведение в ответ на естественные стимулы. Принятие естественных стимулов в сенсорной нейробиологии замедляется из-за того, что математические описания естественных стимулов имеют тенденцию быть более сложными, чем упрощенные искусственные стимулы, такие как простые звуки или щелчки при прослушивании или модели линий в зрении. Бесплатное программное обеспечение теперь доступно, чтобы помочь нейробиологам, заинтересованным в оценке рецептивных полей, справиться с трудностями, связанными с использованием естественных стимулов.

Сенсорная нейробиология также используется как восходящий подход к изучению сознания. Например, визуальное восприятие и представление изучались Криком и Кохом (1998),[3] и были предложены эксперименты для проверки различных гипотез в этом потоке исследований.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Будаи, Д. (март 1994). «Система с компьютерным управлением для гистограммы времени после стимула и окончательных исследований». J Neurosci методы. 51 (2): 205–11. Дои:10.1016/0165-0270(94)90012-4. PMID  8051951. S2CID  3790772.
  2. ^ Theunissen, FE .; David, SV .; Сингх, Северная Каролина; Hsu, A .; Vinje, WE .; Галлант, JL. (Август 2001 г.). «Оценка пространственно-временных рецептивных полей слуховых и зрительных нейронов по их ответам на естественные стимулы» (PDF). Сеть. 12 (3): 289–316. Дои:10.1080 / нетто.12.3.289.316. PMID  11563531. S2CID  199667772.
  3. ^ Крик, Ф.; Кох, К. (март 1998 г.). «Сознание и нейробиология». Кора головного мозга. 8 (2): 97–107. Дои:10.1093 / cercor / 8.2.97. PMID  9542889.