Кіріспе
Нейрофизиология – физиология және нейроғылымдардың жүйке жүйесінің құрылымын емес, оның қызметін зерттейтін саласы. Бұл сала неврологиялық ауруларды диагностикалау және бақылауға көмектеседі. Тарихи тұрғыдан алғанда, электрофизиология басым болды – бұл молярлық (электроэнцефалограмма, ЭЭГ) деңгейден бастап жасушалық деңгейге дейін (жеке нейрондардың қасиеттерін жасуша ішінде жазу), мысалы, патч-клемп, кернеу клемпі, жасушалық бірліктерді жазу және жергілікті өріс потенциалдарын жазу арқылы нейрондық белсенділіктің электрлік тіркелуі. Дегенмен, нейрон – электрохимиялық машина болғандықтан, оны тудыратын метаболизм және молекулалық процестерден электрлік құбылыстарды оқшаулау қиын. Сондықтан, нейрофизиологтар қазір ми белсенділігін зерттеу үшін химия (кальцийті бейнелеу), физика (функционалдық магниттік-резонанстық бейнелеу, fMRI) және молекулалық биология (сайтқа бағытталған мутациялар) құралдарын қолданады. Сөз грек тіліндегі νεῦρον ("жүйке") және физиология ("тірі жүйелердің қызметі туралы білім") сөздерінен шыққан (φύσις – "табиғат" және λογία – "білім" мағынасында).
Neurophysiology is a branch of physiology and neuroscience that studies nervous system function rather than nervous system architecture. This area aids in the diagnosis and monitoring of neurological diseases. Historically, it has been dominated by electrophysiology—the electrical recording of neural activity ranging from the molar (the electroencephalogram, EEG) to the cellular (intracellular recording of the properties of single neurons), such as patch clamp, voltage clamp, extracellular single unit recording and recording of local field potentials. However, since the neuron is an electrochemical machine, it is difficult to isolate electrical events from the metabolic and molecular processes that cause them. Thus, neurophysiologists currently utilise tools from chemistry (calcium imaging), physics (functional magnetic resonance imaging, fMRI), and molecular biology (site directed mutations) to examine brain activity. The word originates from the Greek word νεῦρον meaning "nerve" and physiology meaning knowledge about the function of living systems (φύσις meaning "nature" and λογία meaning "knowledge").
Тарих
Нейрофизиология б.з.б. 4000 жылдан бері зерттеліп келеді. Б.з.б. алғашқы жылдары зерттеулердің көпшілігі алкоголь және мак сияқты әртүрлі табиғи седативтерге қатысты болды. 1700 жылы Эдвин Смит хирургиялық папирусы жазылды. Бұл папирус ежелгі мысырлықтардың жүйке жүйесін түсінуде маңызды рөл атқарды. Папируста дене мүшелерінің әртүрлі жарақаттары, әсіресе бас жарақаттары туралы жазылған. 460 жылы Гиппократ эпилепсияны зерттей бастады және оның мида пайда болатынын болжады. Гиппократ сондай-ақ мидың сезімдерге қатысы бар екенін және интеллект осында қалыптасатынын айтқан. Гиппократ, сондай-ақ көптеген ежелгі гректер, неврологиялық ауруларды емдеу үшін тынығу мен стрессіз ортаның маңызды екеніне сенді. 280 жылы Хиосский Эрастрат мида вестибулярлық процестердің бөліністері бар екенін болжады, сондай-ақ сезімнің сол жерде орналасқанын байқады. 177 жылы Гален Аристотельдің пікірінен өзгеше, ойдың жүрек емес, мида пайда болатынын айтты. 100 жылы Маринус көру жүйесі үшін маңызды оптикалық хиазманы ашты. 1000 жылы Аль-Захрави Иберияда неврологиялық ауруларды емдеудің түрлі хирургиялық әдістері туралы жаза бастады. 1216 жылы Мондино де Луцци Еуропадағы алғашқы анатомиялық оқулығын жазды, онда мидың сипаттамасы берілген. 1402 жылы Сент-Мэри Бедлам ауруханасы (кейіннен Ұлыбританияда Бедлам деп аталды) психикалық аурулармен айналысатын алғашқы арнайы аурухана болды. 1504 жылы Леонардо да Винчи адам денесін зерттеуді жалғастырды, ми қарыншаларының восковой кастингін жасады. 1536 жылы Николо Масса сифилис сияқты аурулардың жүйке жүйесіне тигізетін әсерін сипаттады. Ол сондай-ақ қарыншалардың ми-мұра сұйықтығымен толы екенін байқады. 1542 жылы француз дәрігері Жан Фернель "физиология" терминін алғаш рет қолданды, осылайша мимен байланысты дене функцияларын түсіндірді. 1543 жылы Андреас Везалий "De humani corporis fabrica" еңбегін жазып, анатомияны зерттеуде революция жасады. Ол кітапта эпифизді және оның қызметін сипаттады, сондай-ақ базальды ганглиялар мен ішкі капсуладан тұратын стриатумды суреттеді. 1549 жылы Ясон Пратенсис "De Cerebri Morbis" еңбегін жариялады. Кітап неврологиялық ауруларға арналған, симптомдары мен Галеннің және басқа грек, рим және араб авторларының идеялары талқыланды. Сондай-ақ, әртүрлі аймақтардың анатомиясы мен ерекшеліктері қарастырылды. 1550 жылы Андреас Везалий гидроцефалиямен, яғни миға сұйықтық жиналуымен айналысқан науқасты зерттеді. Сол жылы Бартоломео Эустахи көз нервісін зерттеді, оның мидағы басталуына ерекше назар аударды. 1564 жылы Джулио Чезаре Аранцио гиппокампты ашты, оның пішіні теңіз жылқысына ұқсас болғандықтан осылай атады. 1621 жылы Роберт Бертон "Меланхолияның анатомиясы" еңбегін жариялады, онда өмірдегі маңызды жандардың жоғалуы депрессияға алып келетіні көрсетілген. 1649 жылы Рене Декарт эпифизді зерттеді, оны мидың "жаны" деп қате түсіндіріп, ойлар сонда қалыптасады деп сенді. 1658 жылы Иоганн Якоб Вепфер қан тамырының жыртылуынан аяқ астынан келген инсультқа ұшыраған науқасты зерттеді. 1749 жылы Дэвид Хартли "Адам туралы байқаулар" еңбегін жариялады, онда неврология, моральдық психология және руханият интеграциясы қарастырылды. Бұл мәтін "психология" терминін ағылшын тілінде алғаш рет қолданды. 1752 жылы Достар қоғамы Филадельфияда (Пенсильвания штаты) психикалық аурухана құрды. Аурухана психикалық ауруларға медициналық көмек көрсетумен қатар, күтушілер мен жайлы тұру жағдайларын қамтамасыз етуді мақсат етті. 1755 жылы Жан Батист Ле Рой психикалық ауруларға электроконвульсивті терапияны қолдана бастады, бұл емдеудің кейбір жағдайларда қазір де қолданылуда. 1760 жылы Арне Чарльз мидың әртүрлі зақымдануларының қозғалысқа қалай әсер ететінін зерттеді. 1776 жылы миды жан-жақты зерттей отырып, оның функциясы мен құрылымына арналған кітап жариялады. 1784 жылы Феликс Вик д'Азер мидың орталық бөлігінде қара түсті құрылымды тапты. 1791 жылы Сэмюэл Томас фон Зөммеринг осы құрылымды қара зат деп атады. Сол жылы Луиджи Гальвани дисекцияланған бақалардың жүйкелерінде электр тоғының рөлін сипаттады. 1808 жылы Франц Йозеф Галл френологияны зерттеді және жариялады. Френология – бас пішінін қарастыру арқылы жеке тұлғаның және мидың әртүрлі аспектілерін анықтауға тырысатын, дұрыс емес ғылым. 1811 жылы Жюльен Жан Сезар Легаллои жануарларды семірту және зақымдану арқылы тыныс алуды зерттеді және тыныс алу орталығын ұзынша мида анықтады. Сол жылы Чарльз Белл жұлынның дорсальды және вентральды тамырлары арасындағы функциональдық айырмашылықтарды салыстырды, бұл кейін Белл-Маженди заңы ретінде белгілі болды. 1822 жылы Карл Фридрих Бурдах латеральды және медиальды бүйір денелерін ажыратып, цингулятты жиырын атады. 1824 жылы Ф. Маженди Белл-Маженди заңын аяқтау үшін мидың тепе-теңдікті сақтаудағы рөлінің алғашқы дәлелдерін келтірді. 1838 жылы Теодор Шванн мидың ақ және сұр затын зерттеді және миелин қабығын ашты. Оның құрметіне осы жасушалар Шванн жасушалары деп аталды. 1843 жылы Карло Маттеуччи және Эмиль дю Буа Реймонд жүйкелердің сигналдарды электр арқылы жіберетінін көрсетті. 1848 жылы Финеас Гейдж, классикалық нейрофизиологиялық науқас, жарылыс кезінде темір бұрғымен миы тесілді. Ол префронталды қабықша мен мінез-құлық, шешім қабылдау және салдарлар арасындағы байланыс туралы маңызды зерттеулерге негіз болды. 1849 жылы Герман фон Гельмгольц бақа нервісінің жылдамдығын зерттеді. Бұл 1849 жылға дейінгі нейрофизиологияның барлық жетістіктері емес, бірақ олар ми мен денеді зерттеуде маңызды болды.
In the early B. C. years, most studies were of different natural sedatives like alcohol and poppy plants. In 1700 B. C., the Edwin Smith surgical papyrus was written. This papyrus was crucial in understanding how the ancient Egyptians understood the nervous system. This papyrus looked at different case studies about injuries to different parts of the body, most notably the head. Beginning around 460 B. C., Hippocrates began to study epilepsy, and theorized that it had its origins in the brain. Hippocrates also theorized that the brain was involved in sensation, and that it was where intelligence was derived from. Hippocrates, as well as most ancient Greeks, believed that relaxation and a stress free environment was crucial in helping treat neurological disorders. In 280 B. C., Erasistratus of Chios theorized that there were divisions in vestibular processing in the brain, as well as deducing from observation that sensation was located there. In 177 Galen theorized that human thought occurred in the brain, as opposed to the heart as Aristotle had theorized. The optic chiasm, which is crucial to the visual system, was discovered around 100 C. E. by Marinus. c. 1000, Al Zahrawi, living in Iberia, began to write about different surgical treatments for neurological disorders. In 1216, the first anatomy textbook in Europe, which included a description of the brain, was written by Mondino de Luzzi. In 1402, St Mary of Bethlehem Hospital (later known as Bedlam in Britain) was the first hospital used exclusively for the mentally ill. In 1504, Leonardo da Vinci continued his study of the human body with a wax cast of the human ventricle system. In 1536, Nicolo Massa described the effects of different diseases, such as syphilis on the nervous system. He also noticed that the ventricular cavities were filled with cerebrospinal fluid. In 1542, the term physiology was used for the first time by a French physician named Jean Fernel, to explain bodily function in relation to the brain. In 1543, Andreas Vesalius wrote De humani corporis fabrica, which revolutionized the study of anatomy. In this book, he described the pineal gland and what he believed the function was, and was able to draw the corpus striatum which is made up of the basal ganglia and the internal capsule. In 1549, Jason Pratensis published De Cerebri Morbis. This book was devoted to neurological diseases, and discussed symptoms, as well as ideas from Galen and other Greek, Roman and Arabic authors. It also looked into the anatomy and specific functions of different areas. In 1550, Andreas Vesalius worked on a case of hydrocephalus, or fluid filling the brain. In the same year, Bartolomeo Eustachi studied the optic nerve, mainly focusing on its origin in the brain. In 1564, Giulio Cesare Aranzio discovered the hippocampus, naming it such due to its shape resemblance to a sea horse. In 1621, Robert Burton published The Anatomy of Melancholy, which looked at the loss of important characters in one's life as leading to depression. In 1649, René Descartes studied the pineal gland. He mistakenly believed that it was the "soul" of the brain, and believed it was where thoughts formed. In 1658, Johann Jakob Wepfer studied a patient in which he believed that a broken blood vessel had caused apoplexy, or a stroke. In 1749, David Hartley published Observations on Man, which focused on frame (neurology), duty (moral psychology) and expectations (spirituality) and how these integrated within one another. This text was also the first to use the English term psychology. In 1752, the Society of Friends created an asylum in Philadelphia, Pennsylvania. The asylum intended to give not only medical treatment to those mentally ill, but also provide with caretakers and comfortable living conditions. In 1755, Jean Baptiste Le Roy began using electroconvulsive therapy for the mentally ill, a treatment still used today in specific cases. In 1760, Arne Charles studied how different lesions in the cerebellum could affect motor movements. In 1776, studied the cerebellum intensely, and published a book solely based on its function and appearance. In 1784, Félix Vicq d'Azyr, discovered a black colored structure in the midbrain. In 1791 Samuel Thomas von Sömmerring alluded to this structure, calling it the substantia nigra. In the same year, Luigi Galvani described the role of electricity in nerves of dissected frogs. In 1808, Franz Joseph Gall studied and published work on phrenology. Phrenology was the faulty science of looking at head shape to determine different aspects of personality and brain function. In 1811, Julien Jean César Legallois studied respiration in animal dissection and lesions and found the center of respiration in the medulla oblongata. In the same year, Charles Bell finished work on what would later become known as the Bell–Magendie law, which compared functional differences between dorsal and ventral roots of the spinal cord. In 1822, Karl Friedrich Burdach distinguished between the lateral and medial geniculate bodies, as well as named the cingulate gyrus. In 1824, F. Magendie studied and produced the first evidence of the cerebellum's role in equilibration to complete the Bell–Magendie law. In 1838, Theodor Schwann began studying white and grey matter in the brain, and discovered the myelin sheath. These cells, which cover the axons of the neurons in the brain, are named Schwann cells after him. In 1843 Carlo Matteucci and Emil du Bois Reymond demonstrated that nerves transmit signals electrically. In 1848, Phineas Gage, the classical neurophysiology patient, had his brain pierced by an iron tamping rod in a blasting accident. He became an excellent case study in the connection between the prefrontal cortex and behavior, decision making and consequences. In 1849, Hermann von Helmholtz studied the speed of frog nerve impulses while studying electricity in the body. While these are not all the developments in neurophysiology before 1849, these developments were significant to the study of the brain and body.