علوم اعصاب چیست؟

مقدمه

علوم اعصاب علمی است با ماهیت میان‌رشته‌ای که در آن سیستم عصبی مورد مطالعه قرار می‌گیرد و دانشمندانی از حوزه‌های مختلف و با دیدگاه‌های متفاوت سعی در شناخت هر چه بیشتر ابعاد، اجزا و کارکرد‌های مختلف دستگاه عصبی دارند. در این حوزه با بهره‌گیری از دانش فیزیولوژی، آناتومی، زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، شیمی، مدل‌سازی ریاضی، علوم کامپیوتر، روان‌شناسی و دیگر رشته‌ها و به کمک ابزارها و فناور‌ی‌های نوین به تلاش برای درک ویژگی‌های نورون‌ها، مدارهای عصبی و سیستم عصبی پرداخته می‌شود.

حوزه‌های مورد بررسی این علم می‌تواند در سطوح متفاوتی از اجزای مولکولی سیناپس‌ها و مدارهای سلولی گرفته، تا رفتار و شناخت گسترش یابد و به سوالاتی از قبیل سوالات زیر بپردازد:

• سیستم عصبی چگونه سازماندهی می‌شود؟
• بخش‌های مختلف مغز چه عملکردی در فرآیندهای شناختی دارند؟
• جریان‌های الکتریکی، اعمال نورون‌ها و ارتباطات نورونی چگونه به ما توانایی دیدن، فکر کردن، استدلال، آموختن، فراموش کردن و هم‌چنین تجربه احساسات مختلف را می‌دهند؟
• رفتار چگونه از تعامل میلیاردها نورون ایجاد می‌شود؟
• سیستم عصبی چرا و چگونه دچار اختلال می‌شود؟
• تفاوت مغز انسان از سایر حیوانات چیست؟

تاریخچه

گرچه علوم اعصاب به‌تازگی و در قرن ۲۰ام در میان دیگر علوم به عنوان حوزه‌ای مجزا رسمیت شناخته شده، اما می‌توان رد تلاش برای کشف و شناخت سیستم عصبی را در طول تاریخ در هزاره‌های قبل دید. از اولین جراحی‌های دستگاه عصبی 1700 سال یپش، در دوره‌ مصر باستان تا جالینوس، پزشک رومی دوران گلادیاتورها که ارتباط میان مغز و کارکردهای شناختی را دریافت. البته در دوران مصر باستان مغز را منشا علم و آگاهی نمی‌دانستند؛ آن‌ها اعتقاد داشتند قلب منشا علم و تصمیم‌گیری انسان‌ است. حتی در فرآیند مومیایی‌کردن، آ‌ن‌ها مغز را از بدن خارج و قلب را در جای خود باقی می‌گذاشتند زیرا بر این باور بودند که مغز نقش چندان حیاتی‌ای ندارد.

این نظریه که قلب خاستگاه هوشیاری است تا زمان بقراط هم‌چنان پا برجا بود. بقراط، فیلسوف یونانی نظریه‌ی‌ خود مبنی بر این‌که مغز پایگاه تصمیم‌گیری است را بیان کرد. بقراط اعتقاد داشت مغز فقط مکانی برای حس‌کردن پیرامون نیست، زیرا گوش، چشم، زبان و بینی که دریچه ارتباط ما با عالم‌اند، در نزدیکی به مغز و در سر قرار داشتند، پس مغز خود دارای سیستم یکپارچه‌ی تصمیم‌گیری است. افلاطون نیز معتقد بود مغز جایگاه عقلایی روح انسان است. البته در این بین ارسطو هم‌چنان قلب را پایگاه ادراکی می‌دانست و مغز را مسئول تنظیم حرارت خون در نظر می‌گرفت.

این نظریات ابتدایی بین عموم قابل قبول بودند. تا اینکه جالینوس،‌ یک پزشک رومی‌ از پیروان مکتب افلاطون بود، مشاهده کرد گلادیاتورها و سایر انسان‌ها با آسیب دیدن مغزشان عملکردهای ارادی و عصبی خود را از دست می‌دهند. هم‌چنین در قرون وسطا و دوران اوج تمدن علمی اسلامی، دانشمندانی چون ابوعلی سینا و الازهراوی در مطالعات پزشکی و درمانی خود از مواردی یاد کرد‌ه‌اند که مشکلات پزشکی را به آسیب‌های مغزی نسبت می‌دهند.

لوییجی گالوانی با مطالعه بر فعالیت الکتریکی و تحریک الکتریکی ماهیچه‌ها و سلول‌های مغز، پیشتاز ورود دانشمندان به مطالعه‌ی علمی خواص الکتریکی مغز بود و پس از وی با اختراع اولین میکروسکوپ‌ها دانشمندان دیگر توانستند در مطالعه دستگاه عصبی عمیق‌تر شوند؛ کاخال نورون را واحد سازنده نامید، کامیلوگلژی با رو‌ش‌های رنگ‌آمیزی‌اش بافت عصبی را بررسی کرد و… . در ادامه با پیشرفت فناوری‌های نوظهور، مغز انسان به قسمت‌های مختلفی تقسیم‌بندی شد و عملکرد هر قسمت به طور مجزا مورد بررسی قرار گرفت. با تحول تصویربرداری و طراحی ابزار و روش‌های نوین تصویربرداری از مغز، اکثر فعالیت‌های مغزی قابل مشاهده، ثبت و تحلیل توسط متخصصان و سیستم‌های هوشمند شد.

علوم اعصاب و زیر شاخه‌های آن

درک آنچه در زیر پیچیدگی ساخت و کارهای سیستم عصبی می‌گذرد چالش پژوهشی‌ای است که علوم اعصاب حول آن شکل گرفته است و این چالش تجزیه و تحلیل سیستم عصبی در چندین سطح از مطالعات سلولی و مولکولی تا روش‌های بررسی محاسباتی مغز را در برمی‌گیرد. تحول در میکروسکوپ‌های الکترونی و لیزری، علوم کامپیوتر، الکترونیک، تصویربرداری عصبی-عملکردی، علوم زیستی و ژنتیک، همگی از عوامل پیشرفت سریع علوم اعصاب در دهه‌های اخیر بوده‌اند. مطالعه‌ی علمی سیستم عصبی در نیمه‌ی دوم قرن بیستم به میزان قابل توجهی افزایش یافت که دلیل اصلی آن پیشرفت زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، الکتروفیزیولوژی و علوم اعصاب محاسباتی است که این پیشرفت‌ها امکان بررسی سیستم عصبی را از جنبه‌های مختلف مغز مانند ساختار، نحوه‌ی عملکرد، نحوه‌ی رشد، تغییرات و… را فراهم آورند. به عنوان مثال، درک جزئیات فرآیندهای پیچیده‌ای که در نورون اتفاق می‌افتد امروزه امکان‌پذیر است. سلول‌های عصبی برای برقراری ارتباط با یکدیگر و دیگر سلول‌های بدن تخصص یافته‌اند. آن‌ها از طریق اتصالات اختصاصی موسوم به سیناپس سیگنال‌های الکتریکی یا الکتروشیمیایی را از سلولی به سلول دیگر منتقل می‌کنند و می‌توانند با سلو‌ل‌های عصبی و سایر بافت‌ها از این طریق ارتباط برقرار کنند.

امروزه، اهمیت علوم اعصاب و اثری که بر جنبه‌های مختلف زندگی انسان می‌گذارد؛ بر کسی پوشیده نیست.

یکی از دلایل بررسی مغز و سیستم عصبی این است که ریشه‌های علل پریشانی‌های مداوم خود را پیدا کنیم!

این احساسات قدرتمند از آمیگدال، مرکز ترس در مغز ما، ظاهر می‌شوند.

علاوه ‌بر حوزه‌ی تشخیص و درمان؛ علوم اعصاب مدرن یکسری فعالیت‌های آموزشی و پژوهشی نیز دارد که بر این اساس به شاخه‌های موضوعی متعددی قابل تقسیم است.

در واقع علوم اعصاب علاوه ‌بر داشتن ماهیت میان‌رشته‌ای، خود دارای شاخه‌های متعددی است که  هدف آن‌ها دقیق‌تر شدن در هر یک از ابعاد این علم است و از بین آن‌ها می‌توان به موارد زیر به عنوان چند مثال اشاره کرد:

• علوم اعصاب محاسباتی
• علوم اعصاب شناختی
• علوم اعصاب سلولی و مولکولی
• علوم اعصاب رفتاری

۱) علوم اعصاب محاسباتی:

روشی برای درک رفتار‌های پیچیده انسان است که در آن از هر دو مدل ریاضی و الگوریتمی استفاده می‌کند.

۲) علوم اعصاب شناختی:

نقش اساسی در درک ذهن انسان دارد. این دانش در مورد عملکردهای شناختی همراه با عملکرد فیزیکی مغز ، امکان ایجاد نظریه‌های جدید در مورد شیوه کارکرد ذهن انسان را فراهم می‌کند. این افزایش دانش می‌تواند رو‌ش‌های درمانی را برای اختلالاتی مانند: مشکلات یادگیری ، اسکیزوفرنی ، اضطراب، سایکوپاتی، اختلالات خواب، اختلال دو قطبی، مشکلات حافظه و…. بهبود بخشد.

۴) علوم اعصاب سلولی و مولکولی: 

دانشمندانی که به نقش مولکو‌ل‌ها، ژن‌ها و پروتئین‌های منفرد در عملکرد اعصاب و سیستم عصبی در سطح سلولی و مولکولی توجه می‌کنند.

۵) علوم اعصاب رفتاری:

در واقع کاربرد دانش فیزیولوژی برای بررسی فیزیولوژی، ژنتیک، و مکانیسم‌های عملکرد رشد رفتار انسان‌ها و جانوران می‌باشد.

مترادف علوم اعصاب رفتاری می‌تواند زیست‌ روانشناسی باشد. هم‌چنین این شاخه شباهت‌های الگویی با عصب روانشناسی دارد که به مطالعه‌ی رفتار انسان‌ها با اختلال عملکرد در سیستم عصبی، وابسته است.

چشم‌انداز آینده

مطالعه‌ی دستگاه عصبی در سایه اهداف، دستاوردها و چشم‌اندازهای آن است که معنی می‌یابد. با رشد و توسعه‌ی فناوری‌ و ابزارهایی که به محققان این علم امکان جست‌و‌جوی بیشتر در دنیای مغز و اعصاب را می‌دهد؛ توقع می‌رود با سرعت بیشتری اسرار این علم رمزگشایی شوند و یافته‌های این علم بیش از این زندگی روزمره انسان را در ابعاد متعددی از تشخیص به‌موقع و با دقت بالا تا درمان‌های موثرتر، بهبود برنامه آموزشی مدارس، پیشگیری از جرم، تغییر و بهبود قوانین قضایی، هوشمندانه‌تر و دقیق‌تر کردن بازار سرمایه‌گذاری، تکنولوژی‌های مبتنی ‌بر رابط مغز-رایانه، طراحی بازی و… را تحت تاثیر قرار دهد.

علوم اعصاب با عبور از مرزهای سنتی علم و فراتر رفتن از جنبه‌های نظریاتی و توسعه بخش‌های کاربردی می‌تواند سیر تاریخ بشریت را تحت تاثیر خود قرار دهد و از آزمایشگاه خود را به زندگی روزمره مردم برساند. دانشمندان علوم اعصاب همواره خواهند کوشید که رازهای بیشتری از این علم را کشف کنند تا بتوانند سطح کیفیت زندگی انسان‌ها را روز به روز بالاتر ببرند. شاید شما در آینده از همان دانشمندان علوم اعصاب باشید که نتیجه‌ی دستاوردهایشان جلوگیری از بروز بیماری آلزایمر، درمان بیماری پارکینسون، توسعه رابط‌های مغز-رایانه، بهینه کردن روش‌های آموزشی و… است!

1. Kandel E, Koester JD, Mack SH, Siegelbaum S. Principles of neural science, sixth edition. 6th ed. Columbus, OH: McGraw-Hill Education; 2021
2. Bear M. Neuroscience: Exploring the brain, enhanced edition: Exploring the brain, enhanced edition. 4th ed. Jones & Bartlett; 2020.
3. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, Lamantia A-S, White LE, editors. Neuroscience. 5th ed. New York, NY: Oxford University Press; 2018.