علم الأعصاب التكاملي

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

علم الأعصاب التكاملي هو فرع من علم الأعصاب يسعى إلى توحيد بيانات التنظيم الوظيفي لفهم أفضل للهياكل والسلوكيات المعقدة. [ 1 ] ويركز على العلاقة بين البنية والوظيفة، وكيفية ترابط المناطق والوظائف. فأجزاء الدماغ المختلفة تؤدي مهامًا متنوعة، وتتكامل فيما بينها لتشكل سلوكًا معقدًا. [ 2 ] ويسعى علم الأعصاب التكاملي إلى سد الثغرات المعرفية التي يمكن تحقيقها إلى حد كبير من خلال تبادل البيانات، وذلك لخلق فهم أعمق للأنظمة، ويُطبق حاليًا في علم الأعصاب المحاكاة : وهو نمذجة حاسوبية للدماغ تُدمج المجموعات الوظيفية معًا. [ 3 ] [ 1 ]

ملخص

تعود جذور علم الأعصاب التكاملي إلى مدرسة راشيفسكي-روزن في علم الأحياء العلائقي [ 4 ]، التي تُعرّف التنظيم الوظيفي رياضياً من خلال تجريد البنية (أي الفيزياء والكيمياء). وقد توسّع هذا المفهوم لاحقاً على يد شوفيه [ 5 ] الذي أدخل التكامل الهرمي والوظيفي.

التكامل الهرمي هو هيكلي يتضمن استمرارية ديناميكية مكانية زمانية في الفضاء الإقليدي لتحقيق تنظيم وظيفي، أي

التنظيم الهرمي + التكامل الهرمي = التنظيم الوظيفي

ومع ذلك، فإن التكامل الوظيفي هو تكامل علائقي، وعلى هذا النحو يتطلب بنية لا تقتصر على الفضاء الإقليدي، بل تشغل فضاءات متجهة [ 6 ]. وهذا يعني أنه بالنسبة لأي تنظيم وظيفي معين، فإن أساليب التحليل الوظيفي تمكن من رسم خريطة للتنظيم العلائقي من خلال التكامل الوظيفي، أي.

التنظيم الوظيفي + التكامل الوظيفي = التنظيم العلائقي

وبالتالي، يستلزم التكامل الهرمي والوظيفي "علم أحياء عصبي للدلالات المعرفية"، حيث يرتبط التنظيم الهرمي بعلم الأحياء العصبي، ويرتبط التنظيم العلائقي بالدلالات المعرفية . يتجاهل التنظيم العلائقي المادة؛ فـ"الوظيفة تحدد البنية"، ومن ثمّ تُستلزم الجوانب المادية، بينما في الاختزالية، تستلزم العلاقة السببية بين البنية والديناميكيات وظيفةً تُغني عن التكامل الوظيفي، لأنّ الاستلزام السببي للتكامل الهرمي في الدماغ غائبٌ عن البنية.

إذا دُرست علوم الأعصاب التكاملية من منظور التنظيم الوظيفي للمستويات الهرمية، فإنها تُعرَّف بأنها استلزام سببي في الدماغ للتكامل الهرمي. أما إذا دُرست من منظور التنظيم العلائقي، فإنها تُعرَّف بأنها استلزام دلالي في الدماغ للتكامل الوظيفي.

يهدف هذا المجال إلى عرض دراسات حول التنظيم الوظيفي لأنظمة دماغية محددة عبر مختلف المستويات، من خلال التكامل الهرمي الذي يؤدي إلى سلوكيات نموذجية للأنواع في الحالات الطبيعية والمرضية. وبذلك، يسعى علم الأعصاب التكاملي إلى فهم موحد لوظائف الدماغ عبر مختلف المستويات.

إن أطروحة استمرارية العقل لسبايفي [ 7 ] توسع علم الأعصاب التكاملي إلى مجال علم النفس الاستمراري.

تحفيز

مع تراكم البيانات، تتجه نحو تخصصاتها الخاصة مع تداخل ضئيل للغاية. [ 1 ] وقد أدى إنشاء قاعدة بيانات موحدة ومتكاملة لبيانات علم الأعصاب إلى ظهور نماذج إحصائية ما كانت لتكون ممكنة لولا ذلك، على سبيل المثال، فهم وعلاج الاضطرابات النفسية. [ 8 ]

يوفر هذا إطارًا لربط التنوع الكبير في التخصصات ضمن علم الأعصاب المعاصر ، بما في ذلك

هذا التنوع أمر لا مفر منه، ولكنه قد خلق فراغاً: إهمال الدور الأساسي للجهاز العصبي في تمكين الحيوان من البقاء والازدهار. ويهدف علم الأعصاب التكاملي إلى سد هذا الفراغ الملحوظ.

الأساليب التجريبية

يساهم تحديد مناطق الدماغ المختلفة من خلال أساليب الارتباط والسببية في رسم خريطة شاملة لوظائف الدماغ ومواقعها. كما يساهم استخدام بيانات متنوعة جُمعت من أساليب مختلفة في تكوين فهم أفضل وأكثر ترابطًا وتكاملًا للدماغ.

علاقة

العلاقة بين حالات الدماغ والحالات السلوكية. [ 9 ] تُلاحظ من خلال الاختلافات المكانية والزمانية. تُحدد بدقة المواقع في الدماغ المتأثرة بفعل أو مُحفز، وتوقيت الاستجابة. [ 10 ] تشمل الأدوات المستخدمة في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي وتخطيط كهربية الدماغ، مزيد من المعلومات أدناه.

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي

يقيس التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) استجابة الدم المعتمدة على الأكسجين (BOLD) ، مستخدمًا الرنين المغناطيسي لمراقبة المناطق المؤكسجة بالدم . ترتبط المناطق النشطة بزيادة تدفق الدم، مما يُظهر علاقة ارتباطية. [ 11 ] [ 12 ] يتيح التحديد المكاني الدقيق للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الحصول على معلومات دقيقة تصل إلى النوى ومناطق برودمان . [ 13 ] بعض الأنشطة، مثل الجهاز البصري، سريعة للغاية وتستغرق أجزاءً من الثانية فقط، بينما قد تستغرق وظائف دماغية أخرى أيامًا أو شهورًا، مثل الذاكرة. يقيس التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في إطار زمني بالثواني، مما يجعل من الصعب قياس العمليات فائقة السرعة. [ 14 ]

تخطيط كهربية الدماغ

يُتيح تخطيط كهربية الدماغ (EEG) رصد النشاط الكهربائي للدماغ بمرور الوقت، ولكنه يقيس فقط استجابات الدماغ للمحفزات التي يُقدمها الباحث. يستخدم هذا التخطيط أقطابًا كهربائية تُوضع على سطح الجمجمة لقياس إطلاق النبضات العصبية المتزامنة. لا يُمكن الجزم بأن النشاط ناتج عن محفزات مُحددة، بل يُشير فقط إلى وجود ارتباط بين وظيفة مُعينة ومنطقة مُعينة في الدماغ. يقيس تخطيط كهربية الدماغ التغيرات العامة في مناطق واسعة، ويفتقر إلى الدقة. [ 15 ]

السببية

ينتج نشاط الدماغ بشكل مباشر عن تحفيز منطقة معينة، كما ثبت من خلال التجارب.

التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة

يستخدم التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS ) ملفًا مغناطيسيًا يُطلق نبضة من المجال المغناطيسي تُنشّط نشاطًا في منطقة محددة من الدماغ. وهو مفيد في تحفيز منطقة معينة في القشرة الدماغية وتسجيل كمونات الحركة المستحثة (MEPs) الناتجة عن ذلك. [ 16 ] [ 17 ] يُتيح هذا التحفيز تحديد بعض العلاقات السببية، ولكنه يقتصر على القشرة الدماغية، مما يجعل من المستحيل الوصول إلى مناطق أعمق من سطح الدماغ. [ 17 ]

دراسات الآفات

عندما يُصاب المرضى بآفات طبيعية، تُتاح فرصة لمراقبة كيفية تأثير الآفة في منطقة معينة على وظائف الدماغ. أو في التجارب على الحيوانات، يمكن إحداث آفات عن طريق إزالة أجزاء من الدماغ. هذه الطرق غير قابلة للعكس، على عكس تقنيات دراسة الدماغ، ولا تُظهر بدقة ما هو الجزء المُعطّل من الدماغ نتيجة لاضطراب التوازن الداخلي فيه. في حالة الآفة المنتشرة، يُعيد الدماغ ضبط نفسه كيميائيًا ويستعيد التوازن الداخلي [ 18 ]. الاعتماد على الظواهر الطبيعية لا يُتيح تحكمًا كبيرًا في متغيرات مثل الموقع والحجم. وفي حالات التلف في مناطق متعددة، لا يكون التمييز بين هذه المناطق مؤكدًا بسبب نقص البيانات الشاملة.

التحفيز الكهربائي

رسم خرائط التحفيز القشري ، وهو إجراء جراحي دماغي تداخلي يُستخدم لفحص مناطق محددة من القشرة الدماغية وربط وظائفها المختلفة. [ 19 ] يُجرى هذا الإجراء عادةً أثناء جراحة الدماغ المفتوحة، حيث تُزرع أقطاب كهربائية في مناطق معينة وتُجرى عليها الملاحظات. يُحدّ من فعالية هذه الطريقة عدد المرضى الذين يخضعون لجراحة الدماغ المفتوحة والذين يوافقون على هذا النوع من التجارب، بالإضافة إلى تحديد المنطقة الدماغية التي تُجرى عليها العملية. كما يُجرى هذا الإجراء على الفئران مع تغطية كاملة للدماغ.

التطبيقات

مشروع الدماغ البشري

منذ "عقد الدماغ"، شهدنا طفرة هائلة في فهم الدماغ وتطبيقاته في معظم مجالات الطب. ومع هذه الطفرة، تزايد الاعتراف بالحاجة إلى دمج البيانات عبر الدراسات والطرائق ومستويات الفهم المختلفة. وقد قدم مشروع الدماغ البشري مثالاً ملموساً على قيمة تبادل البيانات على نطاق واسع .

طبي

لقد تم إدراك أهمية التكامل واسع النطاق لمعلومات الدماغ في تطوير مناهج جديدة للطب. [ 20 ] وبدلاً من الاعتماد بشكل أساسي على معلومات الأعراض، قد يكون من الضروري في نهاية المطاف الجمع بين معلومات الدماغ والجينات لفهم العلاج الأنسب لكل فرد.

السلوكي

تُجرى أيضًا دراساتٌ حول التعاطف واتجاهات السلوك الاجتماعي لفهم دور التعاطف في علم السلوك، وكيف يستجيب الدماغ للتعاطف، وكيف يُنتجه، وكيف يتطور مع مرور الوقت. ويساهم دمج هذه الوحدات الوظيفية مع دراسات السلوك الاجتماعي وتأثيره في فهمٍ أعمق للسلوكيات المعقدة التي تُشكّل التجربة الإنسانية. [ 21 ]

مراجع

  1. 1 2 3 علم الأعصاب التكاملي  : الجمع بين النماذج البيولوجية والنفسية والسريرية للدماغ البشري . غوردون، إيفيان. أمستردام: دار هاروود الأكاديمية للنشر. 2000. ISBN 9780203304761. OCLC 567985508 . {{cite book}}صيانة CS1: أخرى ( رابط )
  2. ^ كوتشوبي، بوريس. تريتر، فيليكس. براون، هانز A.؛ بوخهايم، توماس. دراغوهن، أندرياس؛ فوكس، توماس. هاسلر، فيليكس. هاستيدت، هاينر. هينتربيرجر، ثيلو؛ نورثوف، جورج. رينتشلر، إنغو (2016). "مشكلات منهجية في الطريق إلى علم الأعصاب البشري التكاملي" . الحدود في علم الأعصاب التكاملي . 10 : 41. دوى : 10.3389/fnint.2016.00041 . ردمك 1662-5145 . بمك 5126073 . بميد 27965548 .   
  3. ↑ فان، شو؛ ماركرام، هنري (2019-05-07). "نبذة تاريخية عن علم الأعصاب القائم على المحاكاة" . مجلة فرونتيرز في علم المعلوماتية العصبية . 13 : 32. doi : 10.3389/fninf.2019.00032 . ISSN 1662-5196 . PMC 6513977. PMID 31133838 .   
  4. ↑ لوي، أ.هـ. (2009). أكثر من مجرد الحياة نفسها: استمرار تركيبي في علم الأحياء العلائقي . فرانكفورت [ألمانيا]: أونتوس فيرلاغ.
  5. ↑ شوفيه، جيلبرت (1996). الأنظمة النظرية في علم الأحياء: التكامل الهرمي والوظيفي . أكسفورد [المملكة المتحدة]: دار بيرغامون للنشر.
  6. ↑ برزيتشزي، س.؛ بوزنانسكي، ر. ر. (2013). علم الأعصاب الرياضي . أمستردام [هولندا]: إلسيفير بي في.
  7. ↑ سبيفي، إم جيه (2007). استمرارية العقل . نيويورك [نيويورك]: مطبعة جامعة أكسفورد.
  8. ↑ غوردون، إيفيان (يونيو 2003). "علم الأعصاب التكاملي في الطب النفسي: دور قاعدة البيانات الموحدة". الطب النفسي الأسترالي . 11 (2): 156-163 . doi : 10.1046/j.1039-8562.2003.00533.x . ISSN 1039-8562 . S2CID 145382687 .  
  9. ↑ ديجكسترا، نادين؛ دي بروين، ليون (19 يوليو 2016). " علم الأعصاب الإدراكي والاستدلال السببي: الآثار المترتبة على الطب النفسي" . مجلة فرونتيرز في الطب النفسي . 7 : 129. doi : 10.3389/fpsyt.2016.00129 . ISSN 1664-0640 . PMC 4949233. PMID 27486408 .   
  10. ↑ وودز، آدم جيه؛ هاميلتون، روي إتش؛ كرانجيك، ألكسندر؛ مينهاوس، بريت؛ بيكسون، ماروم؛ يو، جوناثان؛ تشاتيرجي، أنجان (15 مايو 2014). " المكان والزمان والسببية في الدماغ البشري" . مجلة NeuroImage . 92 : 285-297 . doi : 10.1016/j.neuroimage.2014.02.015 . ISSN 1095-9572 . PMC 4008651. PMID 24561228 .   
  11. ↑ "مقدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي - قسم نوفيلد للعلوم العصبية السريرية" . www.ndcn.ox.ac.uk. تاريخ الاسترجاع: 26 نوفمبر 2019 .
  12. ↑ لوغوثيتيس، نيكوس ك.؛ بولز، جون؛ أوغاث، مارك؛ ترينات، تورستن؛ أولترمان، أكسل (2001). " دراسة فيزيولوجية عصبية لأساس إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي". مجلة نيتشر . 412 (6843): 150-157 . Bibcode : 2001Natur.412..150L . doi : 10.1038/35084005 . PMID 11449264. S2CID 969175. تُظهر نتائجنا بشكل قاطع أن الزيادة الموضعية في تباين إشارة BOLD تعكس بشكل مباشر ومطرد زيادة في النشاط العصبي.  
  13. ↑ كار، فاليري أ.؛ ريسمان، جيسي؛ فاغنر، أنتوني د. (2010). "تصوير الفص الصدغي الإنسي البشري باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي عالي الدقة" . نيرون . 65 ( 3): 298-308 . doi : 10.1016/j.neuron.2009.12.022 . PMC 2844113. PMID 20159444 .  
  14. ^ هويتل، سا. أغنية، AW؛ مكارثي، ج. (2009)، التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (2 ed.)، ماساتشوستس: سيناور، ISBN 978-0-87893-286-3
  15. ↑ نيدرماير إي؛ دا سيلفا إف إل (2004). تخطيط كهربية الدماغ: المبادئ الأساسية والتطبيقات السريرية والمجالات ذات الصلة . ليبينكوت ويليامز وويلكنز. ISBN 978-0-7817-5126-1
  16. ^ فان دون، كيم. بودرانجين، فلوريان؛ مانتو، ماريو؛ مارين ، بيتر (2017/06/01). “استهداف المخيخ عن طريق التحفيز العصبي غير الموسع: مراجعة”. المخيخ . 16 (3): 695-741 . دوى : 10.1007 / s12311-016-0840-7 . ردمك 1473-4230 . بميد 28032321 . S2CID 3999098 .   
  17. 1 2 غروبا، س.؛ أوليفيرو، أ.؛ آيزن، أ.؛ كوارتاروني، أ.؛ كوهين، ل. ج.؛ مال، ف.؛ كايلين-لانغ، أ.؛ ميما، ت.؛ روسي، س.؛ ثيكبروم، ج. و.؛ روسيني، ب. م. (مايو 2012). " دليل عملي للتشخيص بالتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة: تقرير لجنة الاتحاد الدولي لعلم وظائف الأعصاب السريرية" . علم وظائف الأعصاب السريرية . 123 (5): 858-882 . doi : 10.1016/j.clinph.2012.01.010 . ISSN 1388-2457 . PMC 4890546. PMID 22349304 .   
  18. ↑ فايديا، أفيناش ر.؛ بوجارا، مايا س.؛ بيتريدس، مايكل؛ موراي، إليزابيث أ.؛ فيلوز، ليزلي ك. (2019). " دراسات الآفات في علم الأعصاب المعاصر" . اتجاهات في العلوم المعرفية . 23 (8): 653-671 . doi : 10.1016/j.tics.2019.05.009 . PMC 6712987. PMID 31279672 .  
  19. ↑ ليسر، رونالد ب.؛ أرويو، سانتياغو؛ كرون، ناثان؛ غوردون، باري (1998). "التخطيط الحركي والحسي للفصين الجبهي والقذالي" . إبيلبسيا . 39 : S69– S80. doi : 10.1111/j.1528-1157.1998.tb05127.x . PMID 9637595 . 
  20. ↑ إنسل، توماس ر؛ فولكو، نورا د؛ لانديس، ستوري س؛ لي، تينغ كاي؛ باتي، جيمس ف؛ سيفينغ، بول (2003). "حدود النمو: لماذا يحتاج علم الأعصاب إلى دراسات واسعة النطاق" . مجلة نيتشر لعلم الأعصاب . 7 (5): 426-427 . doi : 10.1038/nn0504-426 . PMID 15114352. S2CID 30158264 .  
  21. ↑ هاين، غريت؛ سينغر، تانيا (2010)، "علم الأعصاب يلتقي بعلم النفس الاجتماعي: منهج تكاملي للتعاطف الإنساني والسلوك الاجتماعي الإيجابي."، الدوافع والعواطف والسلوك الاجتماعي الإيجابي: الجوانب الإيجابية في طبيعتنا ، الجمعية الأمريكية لعلم النفس، ص 109-125 ، doi : 10.1037/12061-006 ، ISBN  978-1433805462، S2CID 142743763