Нейробиология — наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии.
Нейробиология связана также с нейрофизиологией, которая изучает особенности протекания физиологических процессов в мозге человека и порождаемое ими изменение в высшей нервной деятельности.
Технология томографии головного мозга позволила визуализировать как структуру, так и функционирование различных его областей.
Приведем типичный пример из жизни.
В 7:00, в ответ на хорошо знакомый, но сильно раздражающий звук будильника, студент делает движение рукой по хорошо отработанной дуге, чувствует прикосновение руки к кнопке повтора, и в созданной им тишине поворачивается на другой бок, чтобы поспать еще 10 минут.
Как мы можем объяснить поведение студента с точки зрения физиологии? Что происходит в его мозге, что позволяет ему услышать будильник, выполнить соответствующие действия, чтобы его выключить, и знать, что он может поспать немного дольше и при этом успеть на утренние занятия?
Мы можем дать общий ответ на этот вопрос, рассмотрев некоторые этапы действий студента по выключению будильника. Первый шаг по прослушиванию сигнала происходит, когда звуковые волны достигают ушей и стимулируют рецепторы, преобразующие звуковую энергию в электрические сигналы (рис. 2.1а).
Затем эти сигналы достигают слуховой области головного мозга, что заставляет человека слышать звук будильника (рис. 2.1б). Далее сигналы отправляются из ряда областей головного мозга в моторную область, которая контролирует движение (моторная, или двигательная кора). Моторная область посылает сигналы мышцам кисти и руки (рис. 2.1в), которые выполняют движение, отключающее будильник.
Рис. 2.1. Некоторые физиологические процессы, происходящие, когда человек выключает будильник. (а) Звуковые волны превращаются в ухе в электрические сигналы и отправляются в мозг. (б) Сигналы, поступающие в слуховые области мозга, которые расположены внутри мозга под заштрихованной областью, заставляют человека слышать звук будильника. (в) После того, как человек услышит звук будильника, в моторную кору посылаются сигналы. Две стрелки, указывающие вверх, символизируют тот факт, что эти сигналы достигают моторной коры несколькими различными путями. Затем сигналы посылаются от моторной коры к мышцам руки и кисти человека, чтобы он мог выключить будильник.
Но в этой истории есть нечто большее, чем последовательность событий. Во-первых, решение студента нажать кнопку отсрочки будильника основано на его знании того, что это временно отключит будильник, и что будильник сработает снова через 10 минут. Он также знает, что если он пролежит в постели еще 10 минут, у него все еще будет время, чтобы добраться до аудитории университета.
Следовательно, более полная картина того, что происходит в мозге студента, когда срабатывает будильник, должна включать в себя процессы, связанные с извлечением знаний из памяти и принятием решений на основе этих знаний.
Таким образом, такое, казалось бы, простое поведение, как выключение будильника по утрам, включает в себя сложную серию физиологических событий.
Студенты часто задаются вопросом, зачем им нужно знать принципы функционирования нервной системы для курса когнитивной психологии. Один из ответов на этот вопрос заключается в том, что развитие технологии сканирования мозга за последние несколько десятилетий поставило мозг в центр многих современных исследований в области когнитивной психологии.
Изучение когнитивной психологии сегодня состоит как из чисто поведенческих экспериментов, так и из экспериментов, которые рассматривают связи между поведением и мозгом.
Цель этой главы – познакомить читателя с когнитивной нейробиологией, изучением физиологических основ познания. Здесь представлена основная информация, которая понадобится для понимания физиологического материала о восприятии, внимании, памяти, языке, принятии решений и решении проблем.
Мы опишем некоторые основные принципы функционирования нервной системы, сначала рассмотрев структуру и функционирование клеток, называемых нейронами, которые являются строительными блоками нервной системы и линиями передачи нервных импульсов.
Затем мы сосредоточимся на коллекции из 180 миллиардов этих нейронов, образующих мозг. По мере того, как мы это будем делать, вы увидите, что для понимания работы головного мозга нам необходимо понимать, как организованы его нейроны, как они передают информацию об окружающей среде и наших действиях в ней.