Кіріспе

Когнитивтік нейроғылым – танымның негізін құрайтын биологиялық процестер мен аспектілерді зерттейтін ғылыми сала, бұл ретте мидағы ойлау процестеріне қатысатын нейрондық байланыстарға ерекше назар аударылады. Ол танымдық қызметтерге мидағы нейрондық тізбектердің қалай әсер ететіні немесе оларды қалай басқаратыны туралы сұрақтарды қарастырады. Когнитивтік нейроғылым – нейроғылым мен психологияның бір саласы болып табылады және мінез-құлық нейроғылымы, когнитивтік психология, физиологиялық психология және әсерлік нейроғылым сияқты салалармен байланысты. Когнитивтік нейроғылым нейробиологиядан алынған деректермен және есептеу модельдеуімен үйлестірілген когнитивтік ғылымдағы теорияларға сүйенеді. Сонымен қатар, ми дамуына негізделген танымдық қабілеттер даму когнитивтік нейроғылымының кіші саласы аясында зерттеледі. Бұл уақыт өте келе мидың дамуын көрсетеді, айырмашылықтарды талдайды және олардың себептерін анықтауға көмектеседі. Теориялық тәсілдерге есептеу нейроғылымы мен когнитивтік психология жатады.

Тарихи шығу тегі

Когнитивтік нейробиология – нейробиология және психологиядан туындаған пәнаралық зерттеу саласы. Бұл ғылымдардағы бірнеше кезең зерттеушілердің зерттеулерге қатысу жолын өзгертті және осы саланың толыққанды қалыптасуына әкелді. Когнитивтік нейробиологияның міндеті – санамен байланысты жүйке механизмдерін сипаттау болғанымен, тарихи тұрғыдан алғанда, мидың белгілі бір аймағы белгілі бір когнитивтік функцияны қалай қолдайтынын зерттеу арқылы дамыды. Дегенмен, миды бөліп қарастырудың алғашқы тың бастамалары қиындықтар тудырды. Френология қозғалысы өз теорияларына ғылыми негіз беруге сәтті болмады және кейіннен жоққа шығарылды. Мидың барлық аймақтары барлық мінез-құлыққа қатысады деген тұжырым, Хициг пен Фричтің тәжірибелерінен басталып, кейіннен позитрон-эмиссиялық томография (ПЭТ) және функционалдық магниттік-резонанстық томография (фМРТ) сияқты әдістермен дамыған миды картаға түсіру нәтижесінде қолдау таппады. Гештальт теориясы, нейропсихология және когнитивтік революция когнитивтік нейробиологияның қалыптасуындағы маңызды шешімді кезеңдер болды, бұл зерттеушілерге мінез-құлық пен оның нейрондық негіздері арасындағы байланыстарды анықтауға мүмкіндік беретін идеялар мен әдістерді біріктірді.

Философияның шығу тегі

Философтар әрқашан санаға қызығушылық танытты: "бір құбылысты түсіндіру үшін оған жауапты механизмді түсіну қажет деген идея философия тарихында терең тамырлар жіберген. Бұл, б.з.д. 5 ғасырындағы атомистік теориялардан бастап, 17 және 18 ғасырларда Галилей, Декарт және Бойлдің еңбектерінде қайта жанданды. Басқалардың арасында, Декарттың адамдар құрастырған машиналар ғылыми түсіндірменің моделі ретінде жұмыс істей алады деген ойы бар". Мысалы, Аристотель миды дененің салқындату жүйесі деп ойлады, ал интеллект қабілеті жүректе орналасқан. Басқаша ойлаған алғашқы адам – біздің заманымыздың 2-ші ғасырындағы римдік дәрігер Гален болды, ол мидың саналық қызметтің көзі екенін мәлімдеді, бірақ бұл да Алкмаонға жатқызылды. Дегенмен, Гален жеке тұлға мен эмоциялар мидың емес, басқа органдардың нәтижесі деп сенді. Анатомист және дәрігер Андреас Везалий ми мен жүйке жүйесінің сана мен эмоцияның орталығы екенін алғаш айтқан адам. Когнитивтік нейроғылымға үлкен үлес қосатын психология сана туралы философиялық ой-толғамдардан пайда болды.

Френология

Когнитивтік нейробиологияның алғашқы көшбасшыларының бірі – френология, бұл псевдонаулық тәсіл, мінез-құлықты бас терісінің пішіні арқылы анықтауға болатынын алға тартты. 19 ғасырдың басында Франц Йозеф Галл мен Й.Г. Сперцхайм адам миы шамамен 35 түрлі бөлімге бөлінген деп сенді. Галл өзінің "Жалпы жүйке жүйесінің анатомиясы мен физиологиясы, әсіресе мидың" атты кітабында, осы бөлімдердің біріндегі үлкен дөңгелек сол ми бөлігінің адам тарапынан жиірек қолданылғанын көрсетеді деп мәлімдеді. Бұл теория көпшіліктің қызығушылығын тудырды, нәтижесінде френология журналдары жарияланды және адам басындағы дөңгелектерді өлшейтін френометрлер жасалды. Френология жәрмеңкелер мен мерекелерде кең таралғанмен, ғылыми қауымдастықта кеңінен қабылданылмады. Френологияға басты сын – зерттеушілер теорияларды эмпирикалық жолмен тексерілмейтін еді, бұл ми бөліктерін түсіну үшін маңызды болды.

Жалпы көрініс

Жалпы өрістік көзқарас бойынша, мидың барлық аймақтары кез келген психикалық функцияға қатысады. Оның тәсілі сынақтардың селективті кемшіліктер болған жағдайда оларды анықтауға жеткілікті сезімтал болмағаны үшін сынға ұшырады. Мұндай жағдайларда адам мағынасы жоқ, "сөз салатасы" деп аталатын сөздерді айтуы мүмкін.

Миды карталау

1870 жылы неміс дәрігерлері Эдуард Хициг пен Густав Фрич жануарлардың қылықтары туралы өздерінің зерттеулерін жариялады. Хициг пен Фрич иттің ми қабығынан электр тогын өткізіп, мидың қандай бөлігіне электрмен әсер еткеніне байланысты әртүрлі бұлшықтардың қысқаруына себеп болды. Бұл, жеке функциялар мидың толық емес, нақты белгілі бір аймақтарында шоғырланған деген пікірге алып келді, бұл жиынтық көзқараспен қайшы келеді.

Нейрондық ілім

ХХ ғасырдың басында Сантьяго Рамон и Кахаль мен Камилло Голджи нейронның құрылымын зерттеуге кірісті. Голджи белгілі бір аймақтағы бірнеше жасушаны толығымен бояуға мүмкіндік беретін күміс бояу әдісін жасады, бұл оны нейрондардың бір цитоплазмада тікелей байланыста екеніне сендірді. Кахаль миелин аз аймақтардағы миды бояғаннан кейін нейрондардың жеке жасушалар екенін анықтады, соның салдарынан бұл көзқарасқа қарсы шықты. Кахаль сондай-ақ жасушалар электр сигналдарын нейрон бойынша тек бір бағытта ғана тарататынын ашты. Голджи мен Кахаль екеуі де 1906 жылы нейрон доктринасы бойынша жұмыстары үшін физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды.

ХХ ғасырдың ортасы

ХХ ғасырдағы бірнеше жаңалықтар осы саланың дамуын одан әрі ілгерілетуге септігін тигізді, мысалы, көздің басымдық бағандарының ашылуы, жануарлардағы жеке жүйке жасушаларын тіркеу және көз және бас қозғалыстарын үйлестіру. Эксперименталды психология когнитивтік нейроғылымның негізін қалауда да маңызды рөл атқарды. Ерекше маңызды нәтижелердің кейбірі – кейбір міндеттердің дискретті өңдеу кезеңдері арқылы орындалатынының көрсетілуі, назарды зерттеу және мінез-құлық деректерінің өздігінен ақыл-ой процестерін түсіндіру үшін жеткіліксіз ақпарат беретіні туралы түсінік болды. Осының нәтижесінде, кейбір эксперименталды психологтар мінез-құлықтың нейрондық негіздерін зерттеуге кірісті. Уайлдер Пенфилд хирургиялық операциялар кезінде пациенттердің ми қабығын стимуляциялау арқылы мидың негізгі сезімдік және қозғалыс аймақтарының карталарын жасады. 1950 жылдары Сперри мен Газзаниганың миы екіге бөлінген науқастармен жасаған жұмыстары да осы саланың дамуына зор үлес қосты.

Ми картасы

Жаңа миды картаға түсіру технологиясы, әсіресе fMRI және ПЭТ, зерттеушілерге мидың жұмысын бақылау арқылы когнитивтік психологияның тәжірибелік стратегияларын зерттеуге мүмкіндік берді. Бұл көбінесе жаңа әдіс деп есептелгенімен (технологияның көп бөлігі салыстырмалы түрде жаңа), оның негізгі қағидасы 1878 жылға дейін жетеді, сол кезде қан ағыны алғаш рет мидың жұмысымен байланыстырылған. Осы уақытта Ноам Хомский және Ньюэлл мен Саймон компьютерлік ғылым саласындағы өздерінің зерттеулерін ұсынды. Ульрик Найсер 1967 жылы жарық көрген «Когнитивтік психология» кітабында осы жиынның көптеген нәтижелері туралы пікір білдірді. 1950-1960 жылдары «психология» терминінің маңызы төмендеп, осы саланы «танымдық ғылым» деп атауға әкелді. Миллер сияқты бихевиористер жалпы мінез-құлықтан гөрі тілдің бейнеленуіне көбірек назар аудара бастады. Дэвид Марр кез келген когнитивтік процесті үш деңгейде талдау қажет деген қорытындыға келді. Бұл деңгейлер есептеулік, алгоритмдік/бейнелеулік және физикалық талдау деңгейлерін қамтиды.

Нейробиологиялық және танымдық ғылымдарды біріктіру

1980 жылдарға дейін нейроғылым мен когнитивтік ғылым арасындағы өзара әрекеттесу шамалы болды. Когнитивтік нейроғылым 1950-1960 жылдар аралығында пайда болған когнитивтік ғылымның жаңа теориялық негізін, эксперименталды психология, нейропсихология және нейроғылым тәсілдерімен интеграциялай бастады. (Нейроғылым 1971 жылға дейін біртұтас ғылым ретінде қалыптаспаған). 1970 жылдардың соңында нейроғылымшы Майкл С. Газзанига және когнитивтік психолог Джордж А. Миллер «когнитивтік нейроғылым» терминін алғаш рет қолданды деген сөз бар. 20 ғасырдың соңында когнитивтік нейроғылымның әдістемесінің негізгі құралы болған жаңа технологиялар пайда болды, оның ішінде ТМС (1985) және fMRI (1991). Когнитивтік нейроғылымда ертерек қолданылған әдістерге ЭЭГ (адам ЭЭГ 1920) және МЭГ (1968) жатады. Кейде когнитивтік нейроғылымшылар ПЭТ және СПЕКТ сияқты басқа да миді бейнелеу әдістерін пайдаланады. Нейроғылымдағы перспективті техника – NIRS, ол жарық сіңіру арқылы қыртыс аймақтарындағы окси- және дезоксигемоглобиннің өзгерістерін есептейді. Кейбір жануарларда жалғыз нейронды тіркеу қолданылуы мүмкін. Басқа әдістерге микроневрография, беттік ЭМГ және көзді іздеу жатады. Интегративтік нейроғылым мәліметтерді дерекқорларда біріктіруге және биология, психология, анатомия және клиникалық практика сияқты әртүрлі салалар мен деңгейлерден біртұтас сипаттамалық модельдер құруға тырысады. Адаптивтік резонанс теориясы (АРТ) – Гейл Карпентер мен Стивен Гроссбергтің 1970 жылдардың соңында мидың ақпаратты қалай өңдейтініне қатысты әзірлеген когнитивтік нейроғылым теориясы. Ол үлгіні тану және болжау сияқты мәселелерді шешетін, бақыланатын және бақыланбайтын оқыту әдістерін қолданатын жасанды нейрондық желілердің бірнеше модельдерін сипаттайды. 2014 жылы Станислас Дехаен, Джакомо Риццолатти және Тревор Роббинс «оқу-жазу, санау, мотивациялық мінез-құлық және әлеуметтік таным сияқты күрделі адамдық функцияларды қамтамасыз ететін жоғары ми механизмдерін зерттеуге және танымдық және мінез-құлық бұзылыстарын түсінуге салған еңбектері үшін» Ми сыйлығымен марапатталды. Бренда Милнер, Маркус Райхле және Джон О’Киф «естеу және таным үшін мамандандырылған ми желілерін ашқандары үшін» нейроғылым саласындағы Кавли сыйлығын алды, ал О’Киф сол жылы Мей Бритт Мозер мен Эдвард Мозермен «мидегі орналасу жүйесін құрайтын жасушаларды ашқандары үшін» физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығын бөлісті. 2017 жылы Вольфрам Шульц, Питер Дайан және Рэй Долан «оқуды сыйақымен байланыстыратын ми механизмдерін көп аспектілі талдағаны үшін» Ми сыйлығымен марапатталды. Бұл адам мінез-құлқының түсінуіне, соның ішінде құмар ойындар, есірткіге тәуелділік, мінез-құлықтың мәжбүрлігі және шизофрения сияқты жағдайларда шешім қабылдаудың бұзылуына зор әсер етеді.

Соңғы үрдістер

Жақында зерттеулердің назар аударуы ересек мидағы нақты функцияларға жауапты ми аймақтарын анықтаудан асып түсті. Зерттеулер бірнеше бағытта дамып келеді: мидың әртүрлі аймақтарының өзара әрекеттесуін зерттеу, ми функцияларын түсіну үшін бірнеше технология мен тәсілді қолдану, сондай-ақ есептеу әдістерін пайдалану. Инвазивті емес функционалдық нейробейнелеу және оған қосымша деректерді талдау әдістерінің жетістіктері когнитивтік нейроғылым зерттеулерінде әлеуметтік қарым-қатынастарды көрсететін көркем фильмдер сияқты табиғи жағдайға жақын стимулдар мен тапсырмаларды қолдануға мүмкіндік берді. Когнитивтік нейроғылымдағы тағы бір соңғы тенденция – оптогенетиканы пайдаланып ми тізбектерінің жұмысын және оның мінез-құлқына тигізетін әсерін зерттеу.