مغز انسان، یکی از پیچیده‌ترین و شگفت‌انگیزترین ساختارهای طبیعت است. این عضو نیم‌کیلوگرمی، در هر ثانیه میلیون‌ها بیت اطلاعات را به‌صورت هم‌زمان پردازش می‌کند؛

شناخت علوم اعصاب (Neuroscience)

 #اختصاصی #بومرنگ_نیوز 

✍️به قلم علی کدیور 

💢مغز انسان، یکی از پیچیده‌ترین و شگفت‌انگیزترین ساختارهای طبیعت است. این عضو نیم‌کیلوگرمی، در هر ثانیه میلیون‌ها بیت اطلاعات را به‌صورت هم‌زمان پردازش می‌کند؛ 

برای مثال فقط به کمک این پردازش پیچیده نورونی می‌توانیم فکر کنیم، حرکت کنیم، یاد بگیریم و احساساتمان را تجربه کنیم. 

«علوم اعصاب» (نوروساینس) رشته‌ای علمی است که به مطالعهٔ همین دستگاه عظیم عصبی می‌پردازد. این رشته یک دانش میان‌رشته‌ای است و برای شناخت بهتر مغز و رفتارهای مرتبط با آن، روش‌ها و مفاهیم بسیاری از فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، روان‌شناسی، ریاضیات و مهندسی را به‌کار می‌گیرد. به زبان ساده، علوم اعصاب تلاش می‌کند تا روش کار مغز را در سطح سلولی، شبکه‌های عصبی و ارگان بزرگ مغز کشف کند و رابطهٔ آن را با رفتار و سلامت انسان شرح دهد. ارزش این دانش در این است که با درک عمیق کارکردهای مغز و اختلالات آن، می‌توانیم راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های عصبی و روانی پیدا کنیم و فناوری‌های نوینی خلق نماییم. 

ساختار سیستم عصبی، پیچیدگی فراوانی دارد: مغز و نخاع دستگاه عصبی مرکزی (CNS) را تشکیل می‌دهند و سرتاسر بدن را اعصابی به هم مرتبط می‌کنند که پیام‌های حسی و حرکتی را منتقل می‌سازند. خود مغز بر اساس یافته‌های جدید، حدود ۸۶ میلیارد نورون (سلول عصبی) دارد. هر نورون از چند بخش اصلی شامل جسم سلولی، دندریت‌ها و یک آکسون تشکیل شده است. دندریت‌ها دریافت‌کنندهٔ سیگنال‌های عصبی از نورون‌های دیگر و آکسون حامل پیام‌های عصبی به سمت دیگر سلول‌ها است. وقتی یک نورون فعال می‌شود، یک «پتانسیل عمل» الکتریکی در امتداد آکسون آن منتشر می‌شود. هنگامی که این سیگنال به انتهای آکسون می‌رسد، موجب آزاد شدن مواد شیمیایی مخصوصی به نام انتقال‌دهنده عصبی می‌شود که از شکافی بین نورون‌ها (سیناپس) عبور می‌کنند و به گیرنده‌های نورون بعدی متصل می‌گردند. به این ترتیب، شبکه‌های بزرگ و پیچیده‌ای از نورون‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. تصاویر میکروسکوپی و مدل‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که چیدمان ساختاری مغز در همهٔ پستانداران مشابهت‌هایی دارد، ولی تقریباً هیچ شبکهٔ عصبی‌ای در کل زندگی ما به یک شکل فعال نمی‌ماند. این پدیده «پلاستیسیتهٔ مغزی» نامیده می‌شود؛ به این معنی که ارتباطات نورونی مدام تغییر کرده و تجربه‌ها و یادگیری را میسر می‌سازند. 

نورون‌ها سلول‌های تخصص‌یافته‌ای هستند که وظیفهٔ انتقال و پردازش اطلاعات را بر عهده دارند. در این دیاگرام نمونه‌ای از سیناپس (محل ارتباط بین دو نورون) را مشاهده می‌کنید. هنگامی که نورون پیش‌سیناپسی پیام عصبی را دریافت و پتانسیل عمل را به انتهای آکسون می‌رساند، وزیکول‌های سیناپسی (دایره‌های سبزرنگ) حاوی انتقال‌دهنده‌های عصبی به سوی غشای انتهای آکسون حرکت کرده و با گسیل مواد شیمیایی خود، سیگنال عصبی را به نورون پس‌سیناپسی منتقل می‌کنند. این فرایند تکرارشدنی و گسترده اساس فعالیت عصبی مغز را شکل می‌دهد. 

به کمک ابزارهای نوین تصویربرداری و ثبت الکتریکی، دانشمندان قادر شده‌اند هر لحظه از فعالیت این نورون‌ها و مدارهای عصبی (عصب‌شناختی) را ردیابی کنند. به عنوان مثال، اسکن‌های رزونانس مغناطیسی (MRI) یا ثبت الکتروآنسفالوگرام (EEG) می‌توانند در حال اجرا بودن شبکه‌های مختلف مغزی را نمایش دهند، طوری که امروزه می‌توانیم از تصویربرداری‌های عصبی برای بررسی عملکرد نواحی مختلف مغز در لحظه استفاده کنیم. 

علوم اعصاب رشته‌ای است که از بسیاری رشته‌های دیگر بهره می‌گیرد. هر کدام از این رشته‌ها از زاویه‌ای متفاوت به سیستم عصبی نگاه می‌کند. زیست‌شناسی مولکولی و سلولی ساختار پروتئین‌ها و ژن‌های درون نورون‌ها را بررسی می‌کند. روان‌شناسی و علوم شناختی با نگاه از بالا، سعی می‌کنند سازوکار حافظه، یادگیری، احساسات و آگاهی ذهنی را توضیح دهند. شیمی و فیزیک تغییرات الکتریکی و شیمیایی داخل مغز را مطالعه می‌کنند – برای مثال نحوهٔ انتقال یون‌های کلسیم و سدیم در طول پتانسیل عمل، یا اثر انتقال‌دهنده‌های عصبی مختلف روی گیرنده‌ها. ریاضیات و مهندسی کامپیوتر (علوم محاسباتی) ابزار مدلسازی شبکه‌های عظیم نورونی را فراهم می‌آورند؛ به کمک شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، می‌توان مدل‌های ریاضی مغز را ساخت و تاثیر تغییرات مختلف را تحلیل کرد. پزشکان و مهندسان پزشکی هم مباحث خاص خود را دارند: با فهم دقیق مغز، می‌توان بیماری‌های عصبی مانند صرع، آلزایمر و پارکینسون را بهتر تشخیص داد و برای آن‌ها راه‌حل درمانی ارائه کرد. 

اهمیت کاربردی علوم اعصاب در جهان امروز بسیار زیاد است.

پژوهش‌های این رشته ابزارهایی در اختیار ما گذاشته‌اند که زندگی روزمره‌مان را متحول کرده‌اند؛ از تصویربرداری پزشکی دقیق مغز گرفته تا دستگاه‌های تحریک عمقی مغز (Deep Brain Stimulation) که برای درمان بیماری پارکینسون و برخی اختلالات روان‌پزشکی به کار می‌روند. به عنوان مثال، محققان در دانشگاه کینگ لندن برای مطالعه جریان خون و الکتریک مغز از تجهیزاتی استفاده می‌کنند که توانایی تصویرسازی از یک سیناپس تکی تا یک مغز کامل را دارند. مهندسان و فیزیک‌دانان همچنان در حال ساخت ابزارهای نوینی هستند که حتی لبه‌های فعالیت‌های مغزی را نیز آشکار کند؛ از میکروسکوپ‌های الکترونی گرفته تا ایمپلنت‌های نانو برای ردیابی سیگنال‌های عصبی. در سوی دیگر، نتایج علوم اعصاب در مباحثی مانند هوش مصنوعی و عصب‌رباتیک (Neuroengineering) نیز موثر است؛ ایده ساخت الگوریتم‌های «شبکه عصبی» در یادگیری ماشینی مستقیماً از نحوهٔ کارکرد مغز الهام گرفته شده است. همهٔ این‌ها یعنی کاربرد علمی علوم اعصاب، بسیار فراتر از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی است و در پزشکی، تکنولوژی و حتی علوم اجتماعی و اقتصادی (مثل عصب‌مارکتینگ) وارد شده است. 

در جهان، اکثر دانشگاه‌ها رشته علوم اعصاب را به عنوان گرایش یا دوره مستقل ارائه می‌دهند. دانشجویانی که به این حوزه علاقه‌مندند، معمولاً از مقطع کارشناسی در زیست‌شناسی، روان‌شناسی، مهندسی زیست‌پزشکی یا علوم کامپیوتر فارغ‌التحصیل شده و در مقاطع ارشد و دکتری تخصصی، علوم اعصاب را دنبال می‌کنند. 

به‌رغم پیشرفت‌های چشمگیر، علوم اعصاب هنوز پرسش‌های بزرگی دارد که بی‌پاسخ مانده‌اند. این ناشناخته‌ها و پیچیدگی فوق‌العاده مغز، انگیزهٔ اصلی محققان جوان است؛ زیرا هر چه بیشتر می‌فهمیم، درمی‌یابیم که پرسش‌های تازه‌ای مطرح می‌شود. به قول یکی از منابع آموزشی، مغز مانند شبکه‌ای عظیم از جاده‌ها و بزرگراه‌ها است که هر روز مسیرهای جدیدی از ارتباطات در آن کشف می‌شود. بنابراین علوم اعصاب نه تنها دانش ما را درباره خودمان عمیق می‌کند، بلکه مشاغل و مسیرهای پژوهشی هیجان‌انگیزی را برای سالیان آینده به ارمغان آورده است.