Введение
Нейрофизиология – это раздел физиологии и нейробиологии, изучающий функционирование нервной системы, а не её структуру. Эта область помогает в диагностике и мониторинге неврологических заболеваний. Исторически в ней доминировала электрофизиология – электрическая регистрация нервной активности, от макроскопической (электроэнцефалограмма, ЭЭГ) до клеточной (внутриклеточная регистрация свойств отдельных нейронов), например, патч-кламп, вольтаж-кламп, внеклеточная регистрация одиночных нейронов и регистрация локальных полевых потенциалов. Однако, поскольку нейрон – это электрохимическая система, сложно изолировать электрические события от метаболических и молекулярных процессов, которые их обуславливают. Поэтому нейрофизиологи в настоящее время используют методы химии (кальциевая визуализация), физики (функциональная магнитно-резонансная томография, фМРТ) и молекулярной биологии (сайт-направленный мутагенез) для изучения активности мозга. Это слово происходит от греческого νεῦρον, означающего «нерв», и физиологии, означающей знание о функциях живых систем (φύσις, означающее «природа», и λογία, означающее «знание»).
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").
История
Нейрофизиология изучается с 4000 г. до н.э.
В первые годы до н.э. большинство исследований были посвящены различным природным седативным средствам, таким как алкоголь и опийный мак. В 1700 г. до н.э. был написан хирургический папирус Эдвина Смита, имевший решающее значение для понимания представлений древних египтян о нервной системе. Папирус содержал описания различных клинических случаев травм разных частей тела, особенно головы. Начиная примерно с 460 г. до н.э., Гиппократ начал изучать эпилепсию и предположил, что ее происхождение связано с мозгом. Гиппократ также полагал, что мозг участвует в восприятии и является источником интеллекта. Гиппократ, как и большинство древних греков, считал, что расслабление и отсутствие стресса крайне важны для лечения неврологических расстройств. В 280 г. до н.э. Эрасистрат Хиосский предположил, что в мозге существуют отдельные отделы, отвечающие за вестибулярную обработку, и на основании наблюдений пришел к выводу, что именно там локализуются ощущения. В 177 г. Гален предположил, что мысли человека формируются в мозге, а не в сердце, как считал Аристотель. Около 100 г. н.э. Марином была открыта зрительная хиазма, имеющая решающее значение для зрительной системы. Около 1000 г. Аль-Захрави, живший в Иберии, начал писать о различных хирургических методах лечения неврологических расстройств. В 1216 г. Мондино де Луцци написал первый в Европе учебник анатомии, включавший описание мозга. В 1402 г. больница Святой Марии из Вифлеема (позже известная как Бедлам в Британии) стала первой больницей, предназначенной исключительно для лечения психически больных. В 1504 г. Леонардо да Винчи продолжил изучение человеческого тела, создав восковую отливку системы желудочков мозга. В 1536 г. Николо Масса описал влияние различных заболеваний, таких как сифилис, на нервную систему, и отметил, что желудочковые полости заполнены спинномозговой жидкостью. В 1542 г. французский врач Жан Фернель впервые использовал термин «физиология» для объяснения функций организма в связи с работой мозга. В 1543 г. Андреас Везалий опубликовал труд «De humani corporis fabrica», который произвел революцию в изучении анатомии. В этой книге он описал шишковидную железу и ее предполагаемую функцию, а также изобразил полосатое тело, состоящее из базальных ганглиев и внутренней капсулы. В 1549 г. Ясон Пратенсис опубликовал «De Cerebri Morbis» – книгу, посвященную неврологическим заболеваниям, в которой обсуждались симптомы, а также идеи Галена и других греческих, римских и арабских авторов, а также анатомия и специфические функции различных областей мозга. В 1550 г. Андреас Везалий изучал случай гидроцефалии, или заполнения мозга жидкостью. В том же году Бартоломео Эустахи изучал зрительный нерв, уделяя особое внимание его происхождению в мозге. В 1564 г. Джулио Чезаре Аранцио открыл гиппокамп, назвав его в честь его формы, напоминающей морского конька. В 1621 г. Роберт Бертон опубликовал «Анатомию меланхолии», в которой рассматривал потерю близких людей как причину депрессии. В 1649 г. Рене Декарт изучал шишковидную железу, ошибочно полагая, что она является «душой» мозга и местом формирования мыслей. В 1658 г. Иоганн Якоб Вепфер исследовал пациента, у которого, по его мнению, разрыв кровеносного сосуда вызвал апоплексию (инсульт). В 1749 г. Дэвид Хартли опубликовал «Наблюдения о человеке», в которых рассматривал взаимосвязь между неврологией (структурой), моральной психологией (долгом) и духовностью (ожиданиями). В этом тексте впервые использовался английский термин «психология». В 1752 г. Общество Друзей создало приют в Филадельфии, штат Пенсильвания, который должен был предоставлять не только медицинскую помощь психически больным, но и обеспечивать уход и комфортные условия жизни. В 1755 г. Жан Батист Ле Руа начал применять электросудорожную терапию для лечения психически больных – метод, который до сих пор используется в определенных случаях. В 1760 г. Арне Чарльз изучал влияние различных поражений мозжечка на двигательные движения. В 1776 г. интенсивно изучал мозжечок и опубликовал книгу, посвященную исключительно его функции и структуре. В 1784 г. Феликс Вик д’Азер обнаружил черную структуру в среднем мозге. В 1791 г. Сэмюэл Томас фон Зёммеринг упомянул эту структуру, назвав ее substantia nigra (черное вещество). В том же году Луиджи Гальвани описал роль электричества в нервах лягушек. В 1808 г. Франц Йозеф Галль изучал и опубликовал работы по френологии – ошибочной науке, основанной на изучении формы черепа для определения различных аспектов личности и функций мозга. В 1811 г. Жюльен Жан Сезар Легаллуа изучал дыхание при вскрытии животных и после нанесения повреждений, обнаружив центр дыхания в продолговатом мозге. В том же году Шарль Белл завершил работу над тем, что впоследствии стало известно как закон Белла-Маженди, сравнивающий функциональные различия между передними и задними корешками спинного мозга. В 1822 г. Карл Фридрих Бурдак разграничил латеральное и медиальное коленчатые тела, а также назвал извилину поясной. В 1824 г. Ф. Маженди изучал и предоставил первые доказательства роли мозжечка в равновесии, завершив закон Белла-Маженди. В 1838 г. Теодор Шванн начал изучать белое и серое вещество мозга и открыл миелиновую оболочку. Клетки, покрывающие аксоны нейронов в мозге, названы в его честь – клетки Шванна. В 1843 г. Карло Маттеуччи и Эмиль Дюбуа-Реймон продемонстрировали, что нервы передают сигналы электрически. В 1848 г. Финеас Гейдж, классический пациент в нейрофизиологии, получил повреждение мозга железным ломом при взрывных работах. Он стал отличным примером связи между префронтальной корой и поведением, принятием решений и их последствиями. В 1849 г. Герман фон Гельмгольц изучал скорость нервных импульсов лягушек, изучая электричество в организме. Хотя это и не все достижения в нейрофизиологии до 1849 г., эти открытия имели большое значение для изучения мозга и тела.