Кіріспе

Сенсорлық нейробиология – көру, есту және иіс сезу сияқты сезімталдық жүйелердің құрамындағы нейрондардың анатомиясы мен физиологиясын зерттейтін нейробиологияның бір саласы. Мидың сезімталдық аймақтарындағы нейрондар стимул көрсетілгеннен кейін бір немесе бірнеше жүйке импульсін (әрекет потенциалын) жіберіп, стимулға жауап береді. Сыртқы әлем туралы ақпарат әрекет потенциалдарының қарқыны, уақыты және үлгісі арқылы қалай кодталады? Осылай аталатын нейрондық код қазіргі уақытта толыққанды түсінілмеген, ал сенсорлық нейробиология оны түсінуге маңызды үлес қосады. Мидың сезімталдық процестерін ерте кезеңде зерттеу тиімді, себебі "жоғарырақ" орналасқан ми аймақтарындағы (мысалы, есте сақтау немесе эмоциямен байланысты) нейрондар көбінесе абстрактілі ұғымдарды кодтайды. Дегенмен, мидың ақпаратты кодтау және өңдеу процесін басқаратын біртұтас принциптердің бар екендігіне үміт бар. Сезімталдық жүйелерді зерттеу – мидың жалпы жұмысын түсінудегі маңызды қадам.

Үлгілік тәжірибелер

Сенсорлық нейробиологиядағы әдеттегі тәжірибеде, тәжірибелік субъектінің миы бақыланатын кезде, оған қатысты стимулдар тізімі ұсынылады. Бұл бақылау функционалдық магниттік-резонанстық томография (fMRI) немесе электроэнцефалография (EEG) сияқты инвазивті емес әдістермен, немесе электрофизиология сияқты инвазивті әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін – электродтарды жеке нейрондардың немесе нейрондық топтардың электрлік активтілігін тіркеу үшін қолдану. fMRI жүйке активтілігі деңгейімен байланысты қан ағынының өзгерістерін өлшейді және төмен кеңістіктік және уақыттық ажыратымдылықты қамтамасыз етеді, бірақ сонымен қатар бүкіл мидан деректер береді. Керісінше, электрофизиология өте жоғары уақыттық ажыратымдылықты қамтамасыз етеді (жеке импульстардың пішінін анықтауға болады) және деректерді жеке жасушалардан алуға мүмкіндік береді. Бұл маңызды, себебі есептеулер жеке нейрондардың дендриттерінде жүзеге асырылады.

Бір нейронды эксперименттер

Орталық жүйке жүйесінің көп бөлігінде нейрондар бір-бірімен тек қана "пик" деп аталатын әрекет потенциалын жіберу арқылы байланысады. Сондықтан, сезім нейронының сыртқы әлем туралы кодтаған барлық ақпаратын оның тікенектерінің үлгісі арқылы анықтауға болады деп есептеледі. Қазіргі эксперименттік техникалар жеке тікенектерді инвазивті емес түрде өлшеуге мүмкіндік бермейді. Мұндай кодтауға екі процестің теориясы және біздің саналы және санасыз ойлау қабілетіміз кіреді. Типик бір нейрондық экспериментте нейронды оқшаулау (яғни, эксперимент жүргізуші ұсынылатын стимул түріне жауап ретінде тікенектесетін нейронды тапқанша нейронды іздеу) және (қажет болған жағдайда) байқалған барлық тікенектердің бір нейроннан келетінін анықтау, содан кейін стимул протоколын ұсыну жүзеге асырылады. Нейрондық жауаптар өзімен бірге өзгерушілікке бейім болғандықтан (яғни, олардың тікенектеу үлгісі ұсынылған стимулдан басқа да факторларға байланысты болуы мүмкін, бірақ бұл өзгерушіліктің бәрі де нағыз шу емес болуы мүмкін, себебі ұсынылған стимулдан басқа факторлар зерттеліп отырған сезім нейронына әсер етуі мүмкін), көбінесе бір стимул протоколы нейронның қаншалықты өзгеруі мүмкін екенін анықтау үшін бірнеше рет қайталанады. Көп қолданылатын талдау техникасы – нейронның орташа уақыт бойынша өзгеретін орташа оттану жылдамдығын зерттеу, бұл стимулдан кейінгі уақыт гистограммасы немесе PSTH деп аталады.

Қабылдаушы алаңның бағалауы

Сенсорлық нейробиологияның маңызды мақсаттарының бірі – нейронның қабылдау өрісін анықтау, яғни нейронды қандай стимулдың, қандай жолмен оятуын немесе тежеуін білу. Қабылдау өрісін табудың ең көп қолданылатын әдісі – сызықтық регрессия арқылы стимулдың қай белгілері нейрондардың оянуына немесе күйзелуіне себеп болатынын анықтау. Сезімтал нейронның қабылдау өрісі уақыт бойынша (яғни стимул мен нейронға тигізетін әсері арасындағы кешігу) және белгілі бір кеңістіктік өлшем бойынша (көру және дене сезім жасушалары үшін кеңістік, ал есту нейрондары үшін – дыбыс жиілігі сияқты басқа "кеңістіктік" өлшемдер) өзгеруі мүмкін. Сондықтан, осы қабылдау өрістерін сипаттау үшін кеңістік-уақыттық қабылдау өрісі немесе STRF термині жиі қолданылады.

Табиғи ынталандырулар

Сезім нейробиологиясының соңғы трендтерінің бірі – сезім нейрондарын сипаттау үшін табиғи стимулдарды қолдану болып табылады. Сезім жүйелерінің табиғи стимулдарды жақсы бейнелеуге эволюциялық қысым болғанына сенуге жеткілікті себеп бар, сондықтан сезім жүйелері табиғи стимулдарға жауап ретінде ең тиімді мінез-құлықты көрсете алады. Сезім нейробиологиясында табиғи стимулдарды қабылдау, олардың математикалық сипаттамалары, қарапайым тон немесе дыбыстар, сондай-ақ көрудегі сызықтар сияқты жасанды стимулдарға қарағанда күрделірек болғандықтан, баяулап кетті. Қазір нейробиологтарға қабылдағыш өрістерді бағалауда табиғи стимулдарды қолданудың қиындықтарымен күресуге көмектесетін тегін бағдарламалық құралдар қолжетімді. Сезім нейробиологиясы сананы зерттеудің «төменнен жоғарыға» қарайғы тәсілі ретінде де қолданылады. Мысалы, Крик пен Кох (1998) көру сезімі мен бейнелеуді зерттеді және осы зерттеу бағытындағы әртүрлі гипотезаларды тексеру үшін эксперименттер ұсынылды.