Comment la science étudie le cerveau. Nouveaux faits sur le cerveau humain

La réponse à la question de savoir ce qu’étudient les neurosciences est assez courte. La neurobiologie est une branche de la biologie et de la science qui étudie la structure, la fonction et la physiologie du cerveau. Le nom même de cette science indique que les principaux objets d'étude sont les cellules nerveuses - les neurones qui composent l'ensemble du système nerveux.

• De quoi est constitué le cerveau à part les neurones ?
• Histoire du développement de la neurobiologie
• Méthodes de recherche neurobiologique

De quoi est constitué le cerveau à part les neurones ?

En plus des neurones eux-mêmes, diverses cellules gliales participent également à la structure du système nerveux, qui représentent la majeure partie du volume du cerveau et d'autres parties du système nerveux. Les gliales sont conçues pour servir et interagir étroitement avec les neurones, assurant ainsi leur fonctionnement normal et leur activité vitale. Par conséquent, la neurobiologie cérébrale moderne étudie également les névrogles et leurs diverses fonctions dans la fourniture de neurones.

Histoire du développement de la neurobiologie

L'histoire moderne du développement de la neurobiologie en tant que science a commencé par une chaîne de découvertes au tournant des XIXe et XXe siècles :

1. Représentants et partisans de J.-P., fondé dans la première moitié du XIXe siècle. Muller de l'école allemande de physiologie (G. von Helmholtz, K. Ludwig, L. Hermann, E. Dubois-Reymond, J. Bernstein, C. Bernard, etc.) ont pu prouver la nature électrique des signaux transmis par fibres nerveuses.
2. Yu. Bernstein a proposé en 1902 une théorie membranaire décrivant l'excitation du tissu nerveux, dans laquelle les ions potassium jouaient un rôle décisif.
3. Son contemporain E. Overton découvre la même année que le sodium est nécessaire pour générer l'excitation du nerf. Mais les contemporains n'appréciaient pas le travail d'Overton.
4. C. Bernard et E. Dubois-Reymond ont suggéré que les signaux cérébraux sont transmis par des produits chimiques.
5. Le scientifique russe V. Yu. Chagovets, un peu avant la publication de la théorie de la membrane de Bernstein, a avancé sa propre théorie ionique de l'émergence des phénomènes bioélectriques en 1896. Il a également confirmé expérimentalement que le courant électrique a un effet physico-chimique irritant.
6. V.V. est à l'origine de l'électroencéphalographie. Pravdich-Neminsky, qui en 1913 a pu pour la première fois enregistrer l'activité électrique de son cerveau à partir de la surface du crâne d'un chien. Et le premier enregistrement d'un électroencéphalogramme humain a été réalisé en 1928 par le psychiatre autrichien G. Berger.
7. Dans les études de E. Huxley, A. Hodgkin et K. Cole, les mécanismes de l'excitabilité neuronale au niveau cellulaire et moléculaire ont été révélés. Le premier, en 1939, a pu mesurer comment, lorsque la membrane des axones du calmar géant est excitée, sa conductivité ionique change.
8. Dans les années 60, à l'Institut de physiologie de l'Académie des sciences de la RSS d'Ukraine, sous la direction d'ac. P. Kostyuk a été le premier à enregistrer les courants ioniques au moment de l'excitation des membranes des neurones chez les animaux vertébrés et invertébrés.

Puis l'histoire du développement de la neurobiologie a été complétée par la découverte de nombreux composants impliqués dans le processus de signalisation intracellulaire :

• les phosphatases ;
• les kinases;
• enzymes impliquées dans la synthèse des seconds messagers ;
• de nombreuses protéines G et autres.

Les travaux de E. Naer et B. Sakman ont décrit des études de canaux ioniques uniques dans les fibres musculaires de grenouille activées par l'acétylcholine. Le développement ultérieur des méthodes de recherche a permis d'étudier l'activité de divers canaux ioniques uniques présents dans les membranes cellulaires. Au cours des 20 dernières années, les méthodes de biologie moléculaire se sont largement introduites dans les principes fondamentaux de la neurobiologie, ce qui a permis de comprendre la structure chimique de diverses protéines impliquées dans les processus de signalisation intracellulaire et intercellulaire. Grâce à la microscopie électronique et optique avancée, ainsi qu'aux technologies laser, il est devenu possible d'étudier la physiologie fondamentale des cellules nerveuses et des organites aux niveaux macro et micro.

Vidéo sur la neurobiologie - la science du cerveau :

Méthodes de recherche neurobiologique

Les méthodes de recherche théorique en neurobiologie du cerveau humain reposent en grande partie sur l’étude du système nerveux central des animaux. Le cerveau humain est le produit de la longue évolution globale de la vie sur la planète, qui a commencé à l’époque archéenne et se poursuit encore aujourd’hui. La nature a connu d'innombrables options pour la structure du système nerveux central et de ses éléments constitutifs. Ainsi, il a été noté que les neurones dotés de processus et les processus qui s'y produisent chez l'homme restent exactement les mêmes que chez des animaux beaucoup plus primitifs (poissons, arthropodes, reptiles, amphibiens, etc.).

Dans le développement de la neurobiologie ces dernières années, des coupes intravitales du cerveau de cobayes et de rats nouveau-nés sont de plus en plus utilisées. Du tissu nerveux cultivé artificiellement est souvent utilisé.

Que peuvent montrer les méthodes modernes de neurosciences ? Tout d'abord, ce sont les mécanismes de fonctionnement des neurones individuels et leurs processus. Pour enregistrer l'activité bioélectrique des processus ou des neurones eux-mêmes, des techniques spéciales de microélectrodes sont utilisées. Cela peut être différent selon les tâches et les sujets de recherche.

Il existe deux types de microélectrodes les plus couramment utilisées : le verre et le métal. Pour ces derniers, on utilise souvent du fil de tungstène d'une épaisseur de 0,3 à 1 mm. Pour enregistrer l'activité d'un seul neurone, une microélectrode est insérée dans un manipulateur qui peut la déplacer très précisément dans le cerveau de l'animal. Le manipulateur peut travailler séparément ou attaché au crâne de l’objet, selon les tâches à résoudre. Dans ce dernier cas, l’appareil doit être miniature, c’est pourquoi on l’appelle micromanipulateur.

L'activité bioélectrique enregistrée dépend du rayon de la pointe de la microélectrode. Si ce diamètre ne dépasse pas 5 microns, il devient alors possible d'enregistrer le potentiel d'un seul neurone si la pointe de l'électrode s'approche de la cellule nerveuse étudiée d'environ 100 microns. Si la pointe de la microélectrode a un diamètre deux fois plus grand, alors l'activité simultanée de dizaines, voire de centaines de neurones est enregistrée. Les microélectrodes constituées de capillaires en verre dont les diamètres varient de 1 à 3 mm sont également largement utilisées.

Que savez-vous de intéressant sur la neurobiologie ? Que pensez-vous de cette science ? Parle-nous-en dans les commentaires.

L’humanité a commencé à explorer le cerveau et à réfléchir à son objectif bien avant l’avènement de la science sous sa forme moderne. Des découvertes archéologiques indiquent qu'entre 3000 et 2000 avant JC, les gens pratiquaient déjà activement la craniotomie, apparemment pour prévenir les maux de tête, l'épilepsie et les troubles mentaux. Les anciens médecins et anatomistes grecs Hérophile et Érasistrate appelaient non seulement le cerveau le centre du système nerveux, mais croyaient également que l'intelligence « émerge » dans le cervelet. Au Moyen Âge, le chirurgien italien Mondino de Luzzi proposait que le cerveau soit constitué de trois sections - ou « vésicules » : celle de devant est responsable des sentiments, celle du milieu est de l'imagination et celle de derrière stocke les souvenirs.

Ce ne sont pas seulement les scientifiques qui ont contribué à ce processus. En 1848, le constructeur américain Phineas Gage, alors qu'il travaillait sur un chemin de fer, fut terriblement blessé : une épingle métallique pénétra dans son crâne sous son orbite et ressortit au bord des os frontaux et pariétaux. Cependant, l’homme a vécu dans une relative sécurité pendant plus de dix ans. Certes, des connaissances ont affirmé qu'à la suite de l'incident, il avait changé - par exemple, il semblait devenir plus colérique. Et bien qu’il y ait de nombreux angles morts dans cette histoire, elle a à un moment donné déclenché une discussion animée sur les fonctions des différentes zones du cerveau.

De nos jours, l’étude du cerveau relève non pas d’une, mais de plusieurs branches scientifiques. La neurobiologie traite des questions liées au fonctionnement des récepteurs. Neurophysiologie - caractéristiques de l'évolution des processus physiologiques dans le cerveau. Psychophysiologie - la relation entre le cerveau et le psychisme. Neuropharmacologie - l'effet des médicaments sur le système nerveux, y compris le cerveau. Il existe même une direction relativement jeune : la neuroéconomie : elle étudie les processus de choix et de prise de décision. Les neurosciences cognitives plus fondamentales se concentrent sur l'étude de différents types de perception, de processus mentaux complexes et de phénomènes associés liés à la parole, à l'écoute de musique, au visionnage de films, etc.

Pourquoi cela est-il fait ?

Il est logique de supposer que tout organe du corps humain est étudié principalement afin d'apprendre à le traiter efficacement si nécessaire. Mais le cerveau est un système trop complexe et intéressant pour se limiter à une approche utilitaire. Il existe des centaines de laboratoires universitaires à travers le monde qui étudient des aspects complètement différents de l’activité cérébrale. Certains se concentrent sur des types spécifiques de troubles mentaux, par exemple la schizophrénie. D'autres dorment. D’autres encore sont basés sur les émotions. D'autres encore veulent savoir ce qui arrive au cerveau lorsqu'une personne est stressée ou boit de l'alcool : c'est également ce que fait le laboratoire de psychophysiologie de l'Institut de psychologie de l'Académie des sciences de Russie.

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Le résultat de telles recherches n’est pas toujours une méthode permettant de résoudre un problème spécifique lié à l’activité cérébrale. Les neuroscientifiques obtiennent souvent des informations qui nous aident principalement à mieux comprendre les spécificités des relations entre les personnes et à découvrir, par exemple, selon quels critères nous classons les autres comme « nous » et « étranger ». Que faire ensuite de ces connaissances, comment les appliquer dans la pratique est une bonne question.

D'un autre côté, des expériences avec le cerveau humain « standard » et des stimuli naturalistes donnent aux scientifiques l'occasion de comprendre pourquoi le cerveau de quelqu'un fonctionne différemment. À l'Université finlandaise Aalto, des expériences sont menées avec la participation de personnes Asperger. En règle générale, cette caractéristique du développement affecte grandement les fonctions émotionnelles et la capacité d'interaction sociale. Des expériences montrent que lorsqu'une personne « ordinaire » regarde d'autres personnes communiquer, il existe un niveau élevé de synchronisation dans les zones sensorielles du cerveau, dans les zones impliquées dans le traitement de l'information sociale et dans les processus de formation des émotions. Mais chez une personne Asperger, cette synchronisation est beaucoup moins prononcée. Les scientifiques espèrent un jour trouver comment aider ceux qui, au départ, ont plus de mal à s’adapter à la société.

Il existe des laboratoires qui mènent à la fois de la recherche appliquée et fondamentale. En 2012, des scientifiques de l’Université hébraïque de Jérusalem ont créé un appareil permettant aux aveugles de « voir » grâce à l’audition. Il se composait de lunettes et d'une petite caméra qui enregistraient des informations visuelles, et un programme spécial les convertissait en signaux sonores. Ainsi, une personne privée de vision pourrait reconnaître des objets ménagers à proximité, d'autres personnes et même de grosses lettres. Dans le même temps, les développeurs de l'appareil ont découvert que dans le cerveau d'une personne qui apprend à « voir » à l'aide de l'audition, les mêmes flux sont activés que chez quelqu'un qui voit de manière traditionnelle - avec les yeux. Ainsi, le monde scientifique est confronté à un problème fondamental et d'une importance fondamentale : le cortex visuel du cerveau est-il réellement responsable de la vision au sens habituel du terme ? Et qu’est-ce que la vision, de toute façon ?

On suppose également que l’un des résultats d’une étude scrupuleuse et approfondie du cerveau sera la possibilité de créer une intelligence artificielle. En 2005, le célèbre projet Blue Brain, valant plusieurs milliards de dollars, a été lancé, dont l'objectif était de créer un modèle informatique du cerveau humain et de simuler la conscience. Jusqu’à présent, les choses sont toujours là, mais de nombreux représentants du monde scientifique sont plutôt sceptiques – ne serait-ce que parce que nous ne savons pas exactement ce qu’est la conscience. Il existe également des limites techniques : pour simuler le cerveau d'un chat au niveau le plus élémentaire, il fallait l'un des plus grands superordinateurs au monde. Le cerveau humain est bien entendu beaucoup plus complexe.

Méthodes et expériences

Les méthodes actuelles de recherche sur le cerveau peuvent être classées selon deux critères. Le premier est la fréquence de collecte des informations : elle varie de quelques millisecondes à plusieurs secondes. La seconde est la résolution spatiale : la quantité de détails que nous pouvons voir dans le cerveau lui-même. Ainsi, l’électroencéphalographie est capable de collecter des données à très haute fréquence. Mais l'IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) permet de couvrir des millimètres carrés du cerveau, et c'est beaucoup, puisqu'il y a environ 100 000 neurones dans un millimètre carré.

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Il existe également l'encéphalographie magnétique, la tomographie par émission de positons, la stimulation magnétique transcrânienne. Les méthodes sont généralement améliorées vers un caractère non invasif : nous voulons en apprendre le plus possible sur le cerveau d'une personne vivante avec un minimum de conséquences sur sa santé et son état psychologique. De plus, c’est avec l’avènement de l’IRMf que les scientifiques ont commencé à étudier littéralement tous les aspects de l’activité cérébrale. Nous pouvons prendre presque n’importe quel type de comportement et être sûrs qu’il y aura certainement un laboratoire dans le monde qui l’étudiera par IRMf.

Vous pouvez comprendre comment les scientifiques procèdent à cela en utilisant l’exemple d’une expérience très basique. Disons que nous voulons savoir si l'activité cérébrale d'une personne diffère selon qu'elle regarde le visage des autres et lorsqu'elle regarde les maisons. Une variété d’images sont sélectionnées, représentant une grande variété de maisons et une variété de visages. Ils sont mélangés et leur ordre est aléatoire. Il faut qu'il n'y ait pas de schémas dans la séquence : si, par exemple, après trois maisons un visage apparaît toujours, la question se posera sur la fiabilité des résultats de l'expérience.

Avant de placer le sujet dans le scanner IRMf, il doit être retiré de tous les bijoux métalliques et averti de ne pas mettre ses mains dans une bague. Pendant le balayage, un changement rapide du champ magnétique se produit, ce qui, selon les lois de la physique, induit un courant électrique en boucle fermée. Les sensations ne sont pas mortellement désagréables, mais ceux qui ont essayé ne veulent généralement pas les répéter. Pendant trente à quarante minutes, une personne s'allonge dans le scanner et regarde des images de maisons et de visages apparaissant à l'écran. Il est important qu'il ne s'endorme pas pendant le processus : vivre de telles expériences est souvent assez ennuyeux. Mais ils offrent une récompense, par exemple quelques billets de cinéma gratuits.

C'est ici que se termine la partie plus ou moins intéressante et commence la partie difficile et ingrate : le scientifique devra traiter les informations reçues à l'aide de diverses méthodes statistiques afin que le résultat puisse être compilé dans un article et publié dans une revue scientifique. Le principal problème ici est qu'il existe des dizaines de milliers de façons de combiner différentes étapes de transformation des données, il n'est donc pas si difficile d'obtenir un résultat faussement positif.

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En 2009, une expérience a été menée à San Francisco et est devenue plus tard légendaire. Les scientifiques ont placé des saumons atlantiques morts dans un scanner IRMf et lui ont montré des photographies de personnes dans diverses situations sociales. Lorsque les données ont été calculées, il s'est avéré que le cerveau du saumon ne réagissait pas seulement aux stimuli : le poisson éprouvait des émotions. Bien sûr, les saumons morts ne sont pas réellement capables d'empathie, mais en raison de la marge d'erreur - ou ce qu'on appelle le bruit statistique - qui apparaît lors de l'analyse des données collectées par IRMf, nous pouvons obtenir un effet significatif. Qui cherche trouvera toujours.

Jusqu'à récemment, le problème était aggravé par le fait que les revues occidentales acceptaient des articles décrivant principalement uniquement les résultats positifs des expériences. Si l'hypothèse du laboratoire n'a pas été confirmée, les données obtenues ont été pour l'essentiel jetées à la poubelle. Imaginez maintenant : une centaine de laboratoires ont réalisé la même expérience. D'un point de vue purement statistique, cinq d'entre eux pourraient bien avoir des résultats positifs. Un article rédigé par des représentants d'un tel laboratoire sera publié, même si les 95 expériences restantes ont montré un résultat négatif. Pour lutter contre de telles distorsions, une option importante est désormais apparue : désormais une étude peut être réenregistrée avec une garantie de publication quel que soit le résultat - l'essentiel est que tout se déroule strictement comme prévu.

La spécificité du travail d’un scientifique est qu’il doit savoir beaucoup de choses, ne serait-ce que dans son domaine. Cependant, plus vous en savez, plus vous doutez. Et plus la probabilité que, tôt ou tard, vous rencontriez quelque chose qui contredit fondamentalement vos croyances est élevée. Par conséquent, lorsqu’ils communiquent avec les médias, les scientifiques n’utilisent presque jamais le mot « sans ambiguïté ». Au lieu de cela, ils disent : « très probablement », « probablement », « nous pouvons deviner ».

Pour les journalistes et les lecteurs, de telles formulations ne semblent pas très tentantes, c'est un euphémisme. La psyché humaine est conçue de telle manière qu’il veut savoir exactement de quoi est fait son corps, y compris son cerveau. Les probabilités, soit ne l'intéressent pas, soit l'angoissent. De plus, de nombreuses personnes ne lisent généralement pas les informations au-delà des gros titres. En conséquence, les informations sur les recherches scientifiques les plus récentes nous parviennent souvent sous une forme déformée, en partie parce que les médias veulent attirer davantage de vues, mais craignent d'effrayer le public avec des formulations trop vagues.

En 2007, une vague d'informations a déferlé sur les médias russes concernant des scientifiques de l'University College de Londres qui ont découvert que l'alcool améliorait les fonctions cérébrales. Après un examen plus approfondi, il s'est avéré que, puisque l'alcool améliore le flux sanguin vers le cerveau, ce qui, à son tour, est corrélé à une amélioration des capacités mentales, il peut y avoir un effet positif, mais les conséquences négatives d'une consommation excessive d'alcool l'emportent clairement.

Il y a quelques années à peine, la presse occidentale faisait largement état du projet No More Woof, dont les créateurs proposaient d'utiliser un outil basé sur l'électroencéphalographie pour lire les pensées des chiens et les « traduire » en langage humain. Mais premièrement, l’EEG est loin d’être la méthode de collecte de données la plus précise. Deuxièmement, comment pouvons-nous savoir comment les pensées des chiens doivent être transmises à travers le discours anglais ? Troisièmement, aucune étude ne prouverait que tous les animaux, y compris les humains et les chiens, parlent différents dialectes de la même langue mondiale. Mais les médias scandaient : hourra, on va enfin apprendre à comprendre nos Balls and Bobbies !

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Deuxièmement, méfiez-vous des déclarations catégoriques. Disons que si le matériel dit que les scientifiques ont trouvé une « zone d'amour » dans le cerveau, gardez à l'esprit que l'une des tendances modernes est d'étudier le cerveau non pas comme un constructeur composé d'éléments complètement autonomes, mais comme un réseau complexe. . Et « l’amour » est un concept trop ambigu pour en tirer une sorte de définition universelle.

Troisième, faites attention à la source. Les journalistes établissent souvent un lien non pas vers l'article original d'une revue scientifique, mais vers une publication sur un autre portail d'information Internet ou même sur un blog. Pour un esprit curieux, une telle référence doit paraître peu convaincante.

Quatrième, posez à Internet la question : « Qui sont tous ces gens ? Sous le label « scientifiques », peuvent apparaître dans les médias aussi bien les véritables employés de laboratoires renommés que les amateurs passionnés qui collectent des fonds pour leur découverte « révolutionnaire » via des plateformes de financement participatif.

Cinquièmement, trouvez l'original. À partir du résumé (un bref résumé de l'essence de l'article), il est souvent clair ce que les scientifiques ont prouvé exactement et par quelles méthodes. Oui, l’abonnement à de nombreux magazines est payant. Mais il existe des sites PubMed et Google Scholar qui permettent de rechercher dans les textes de publications scientifiques.

Contrairement aux stéréotypes, la science ne peut garantir quoi que ce soit à 100 %. Il ne peut pas séparer la vérité de tout le reste par une ligne épaisse et indélébile. Mais elle peut se rapprocher le plus possible de la vérité grâce à de nombreuses expériences répétées menées dans différentes parties du globe, dont les résultats convergeront progressivement en un point. Environ. Avec une certaine probabilité.

Membre correspondant de la RAS S. MEDVEDEV (Saint-Pétersbourg).

Malgré toutes les réalisations de la science moderne, le cerveau humain reste l’objet le plus mystérieux. À l'aide des équipements les plus sophistiqués, des scientifiques de l'Institut du cerveau humain de l'Académie des sciences de Russie ont pu « pénétrer » dans les profondeurs du cerveau sans perturber son travail et découvrir comment les informations sont mémorisées et la parole est traitée. , et comment les émotions se forment. Ces études aident non seulement à comprendre comment le cerveau remplit ses fonctions mentales les plus importantes, mais également à développer des méthodes de traitement pour les personnes chez lesquelles elles sont altérées. Son directeur S.V. Medvedev parle de ces travaux et d'autres de l'Institut du cerveau humain.

Une telle expérience donne des résultats intéressants. Le sujet se voit raconter deux histoires différentes en même temps : une dans l’oreille gauche, une autre dans l’oreille droite.

Des recherches menées ces dernières années à l'Institut du cerveau humain de l'Académie des sciences de Russie ont permis de déterminer quelles zones du cerveau sont responsables de la compréhension de diverses caractéristiques de la parole perçues par l'homme.

Cerveau contre cerveau : qui gagne ?

Le problème de l'étude du cerveau humain, de la relation entre le cerveau et la psyché, est l'un des problèmes les plus passionnants jamais survenus en science. Pour la première fois, l'objectif a été fixé de connaître quelque chose d'égale en complexité à l'instrument de cognition lui-même. Après tout, tout ce qui a été étudié jusqu’à présent – ​​l’atome, la galaxie et le cerveau animal – était plus simple que le cerveau humain. D’un point de vue philosophique, on ne sait pas si une solution à ce problème est en principe possible. Après tout, outre les instruments et les méthodes, le principal moyen de comprendre le cerveau reste notre cerveau humain. Habituellement, un appareil qui étudie un phénomène ou un objet est plus complexe que cet objet, mais dans ce cas, nous essayons d'agir sur un pied d'égalité - cerveau contre cerveau.

L'énormité de la tâche a attiré de nombreux grands esprits : Hippocrate, Aristote, Descartes et bien d'autres ont parlé des principes du cerveau.

Au siècle dernier, des zones du cerveau responsables de la parole ont été découvertes - du nom des découvreurs, elles sont appelées zones de Broca et de Wernicke. Cependant, de véritables recherches scientifiques sur le cerveau ont commencé avec les travaux de notre brillant compatriote I.M. Sechenov. Suivant - V. M. Bekhterev, I. P. Pavlov... Ici, j'arrêterai d'énumérer les noms, car il existe de nombreux chercheurs exceptionnels sur le cerveau au XXe siècle et le danger de manquer quelqu'un est trop grand (surtout parmi ceux qui vivent aujourd'hui, à Dieu ne plaise). De grandes découvertes ont été faites, mais les méthodes de l'époque étaient très limitées dans leur capacité à étudier les fonctions humaines : tests psychologiques, observations cliniques et, à partir des années trente, l'électroencéphalogramme. C'est comme essayer de comprendre le fonctionnement d'un téléviseur en fonction du bourdonnement des tubes et des transformateurs ou de la température du boîtier, ou essayer de comprendre le rôle de ses blocs constitutifs en fonction de ce qui arrivera au téléviseur si ce bloc est cassé.

Cependant, la structure du cerveau et sa morphologie ont déjà été assez bien étudiées. Mais les idées sur le fonctionnement des cellules nerveuses individuelles étaient très fragmentaires. Ainsi, il y avait un manque de connaissances complètes sur les éléments constitutifs du cerveau et sur les outils nécessaires pour les étudier.

Deux avancées dans la recherche sur le cerveau humain

En fait, la première avancée dans la compréhension du cerveau humain a été associée à l'utilisation de la méthode des électrodes implantées à long terme et à court terme pour le diagnostic et le traitement des patients. Dans le même temps, les scientifiques ont commencé à comprendre comment fonctionne un neurone individuel, comment les informations sont transférées d'un neurone à l'autre et le long du nerf. Dans notre pays, l'académicienne N.P. Bekhtereva et ses collègues ont été les premiers à travailler en contact direct avec le cerveau humain.

C'est ainsi que des données ont été obtenues sur la vie de zones individuelles du cerveau, sur la relation entre ses sections les plus importantes - le cortex et le sous-cortex, et bien d'autres. Cependant, le cerveau est constitué de dizaines de milliards de neurones et, à l'aide d'électrodes, il n'est possible d'en observer que des dizaines, et même dans ce cas, les chercheurs ne voient souvent pas les cellules nécessaires à la recherche, mais celles qui sont situées à côté du électrode thérapeutique.

Pendant ce temps, une révolution technologique était en cours dans le monde. De nouvelles capacités informatiques ont permis de porter l'étude des fonctions cérébrales supérieures à un nouveau niveau grâce à l'électroencéphalographie et aux potentiels évoqués. De nouvelles méthodes ont également vu le jour permettant de « regarder à l’intérieur » du cerveau : la magnétoencéphalographie, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et la tomographie par émission de positons. Tout cela a jeté les bases d’une nouvelle avancée. Cela s'est réellement produit au milieu des années quatre-vingt.

A cette époque, l’intérêt scientifique et la possibilité de le satisfaire coïncidaient. Apparemment, c’est la raison pour laquelle le Congrès américain a déclaré les années 90 comme la décennie de l’étude du cerveau humain. Cette initiative est rapidement devenue internationale. Aujourd’hui, des centaines de laboratoires parmi les meilleurs travaillent à la recherche sur le cerveau humain partout dans le monde.

Il faut dire qu’à cette époque, dans nos hautes sphères du pouvoir, il y avait beaucoup de gens intelligents qui soutenaient l’État. Par conséquent, dans notre pays, ils ont compris la nécessité d'étudier le cerveau humain et ont suggéré que, sur la base de l'équipe créée et dirigée par l'académicien Bekhtereva, j'organise un centre scientifique de recherche sur le cerveau - l'Institut du cerveau humain de Russie. Académie des Sciences.

L'orientation principale des activités de l'institut : la recherche fondamentale sur l'organisation du cerveau humain et ses fonctions mentales complexes - parole, émotions, attention, mémoire. Mais pas seulement. Dans le même temps, les scientifiques doivent rechercher des méthodes permettant de traiter les patients chez lesquels ces fonctions importantes sont altérées. La combinaison de la recherche fondamentale et du travail pratique avec les patients était l’un des principes fondamentaux des activités de l’institut, développé par sa directrice scientifique Natalya Petrovna Bekhtereva.

Il est inacceptable de faire des expériences sur des humains. Par conséquent, la plupart des recherches sur le cerveau sont effectuées sur des animaux. Cependant, il existe des phénomènes qui ne peuvent être étudiés que chez l’homme. Par exemple, un jeune membre de mon laboratoire soutient actuellement une thèse sur le traitement de la parole, son orthographe et sa syntaxe dans diverses structures cérébrales. Convenez que cela est difficile à étudier chez un rat. L'institut se concentre spécifiquement sur la recherche qui ne peut pas être étudiée chez les animaux. Nous menons des études psychophysiologiques sur des volontaires selon des techniques dites non invasives, sans « pénétrer » dans le cerveau et sans causer de gêne particulière à la personne. C'est ainsi que sont réalisés, par exemple, des examens tomographiques ou une cartographie cérébrale par électroencéphalographie.

Mais il arrive qu'une maladie ou un accident « fasse une expérience » sur le cerveau humain - par exemple, la parole ou la mémoire du patient sont altérées. Dans cette situation, il est possible et nécessaire d'examiner les zones du cerveau dont le fonctionnement est altéré. Ou, à l'inverse, le patient a perdu ou endommagé une partie du cerveau, et les scientifiques ont la possibilité d'étudier quelles « tâches » le cerveau ne peut pas accomplir avec une telle violation.

Mais le simple fait d'observer de tels patients est, pour le moins, contraire à l'éthique, et dans notre institut, nous étudions non seulement des patients atteints de diverses lésions cérébrales, mais nous les aidons également, notamment à l'aide des dernières méthodes de traitement développées par nos employés. A cet effet, l'institut dispose d'une clinique de 160 lits. Deux tâches - la recherche et le traitement - sont inextricablement liées dans le travail de nos collaborateurs.

Nous disposons d’excellents médecins et infirmières hautement qualifiés. C'est impossible sans cela - après tout, nous sommes à la pointe de la science et les plus hautes qualifications sont nécessaires pour mettre en œuvre de nouvelles techniques. Presque tous les laboratoires de l'institut sont connectés aux départements de la clinique, ce qui constitue la clé de l'émergence continue de nouvelles approches. En plus des méthodes de traitement standard, nous proposons un traitement chirurgical de l'épilepsie et du parkinsonisme, des opérations psychochirurgicales, le traitement des tissus cérébraux par stimulation magnétique, le traitement de l'aphasie par stimulation électrique et bien plus encore. La clinique accueille des patients gravement malades et il est parfois possible de les aider dans des cas jugés désespérés. Bien entendu, cela n’est pas toujours possible. En général, lorsqu'on entend parler de garanties illimitées dans le traitement des personnes, cela soulève des doutes très sérieux.

Vie quotidienne et temps forts des laboratoires

Chaque laboratoire a ses propres réalisations. Par exemple, le laboratoire dirigé par le professeur V.A. Ilyukhina mène des développements dans le domaine de la neurophysiologie des états fonctionnels du cerveau.

Ce que c'est? Je vais essayer d'expliquer avec un exemple simple. Tout le monde sait qu'une même phrase est parfois perçue par une personne de manières diamétralement opposées, selon l'état dans lequel elle se trouve : malade ou en bonne santé, excitée ou calme. Ceci est similaire à la façon dont la même note, jouée par exemple sur un orgue, a un timbre différent selon le registre. Notre cerveau et notre corps constituent un système complexe à plusieurs registres, dans lequel le rôle du registre est joué par la condition humaine. On peut dire que l'ensemble des relations entre une personne et son environnement est déterminé par son état fonctionnel. Il détermine à la fois la possibilité d’une « panne » de l’opérateur au panneau de commande d’une machine complexe et la réaction du patient au médicament pris.

Dans le laboratoire du professeur Ilyukhina, ils étudient les états fonctionnels, ainsi que par quels paramètres ils sont déterminés, comment ces paramètres et les états eux-mêmes dépendent des systèmes de régulation de l'organisme, comment les influences externes et internes modifient les états, provoquant parfois des maladies, et comment, dans À leur tour, les états du cerveau et du corps influencent l’évolution de la maladie et l’effet des médicaments. Grâce aux résultats obtenus, vous pouvez faire le bon choix entre des options de traitement alternatives. Les capacités d'adaptation d'une personne sont également déterminées : sa résistance à tout effet thérapeutique ou stress.

Le laboratoire de neuroimmunologie est engagé dans une tâche très importante. Les troubles de la régulation immunitaire entraînent souvent de graves maladies cérébrales. Cette condition doit être diagnostiquée et le traitement sélectionné - immunocorrection. Un exemple typique de maladie neuro-immune est la sclérose en plaques, étudiée à l'institut par un laboratoire dirigé par le professeur I. D. Stolyarov. Il a récemment rejoint le conseil d'administration du Comité européen pour la recherche et le traitement de la sclérose en plaques.

Au XXe siècle, l'homme a commencé à changer activement le monde qui l'entourait, célébrant sa victoire sur la nature, mais il s'est avéré qu'il était trop tôt pour se réjouir : en même temps, les problèmes créés par l'homme lui-même, le soi-disant homme -faits, étaient aggravants. Nous vivons sous l'influence de champs magnétiques, à la lumière de lampes à gaz clignotantes, nous regardons un écran d'ordinateur pendant des heures, nous parlons sur un téléphone portable... Tout cela est loin d'être indifférent au corps humain : par exemple, il Il est bien connu qu’une lumière clignotante peut provoquer une crise d’épilepsie. Vous pouvez éliminer les dommages que cela provoque au cerveau avec des mesures très simples : fermer un œil. Pour réduire considérablement «l'effet dommageable» d'un radiotéléphone (d'ailleurs, cela n'a pas encore été définitivement prouvé), vous pouvez simplement modifier sa conception afin que l'antenne soit dirigée vers le bas et que le cerveau ne soit pas irradié. Ces études sont réalisées par le laboratoire sous la direction du docteur en sciences médicales E. B. Lyskov. Par exemple, lui et ses collaborateurs ont montré que l’exposition à un champ magnétique alternatif avait un effet négatif sur l’apprentissage.

Au niveau cellulaire, le travail du cerveau est associé à des transformations chimiques de diverses substances, c'est pourquoi les résultats obtenus dans le laboratoire de neurobiologie moléculaire dirigé par le professeur S. A. Dambinova sont importants pour nous. Les employés de ce laboratoire développent de nouvelles méthodes de diagnostic des maladies cérébrales, en recherchant des substances chimiques de nature protéique capables de normaliser les troubles des tissus cérébraux liés au parkinsonisme, à l'épilepsie, à la toxicomanie et à l'alcoolisme. Il s'est avéré que la consommation de drogues et d'alcool entraîne la destruction des cellules nerveuses. Leurs fragments, pénétrant dans le sang, incitent le système immunitaire à produire ce qu'on appelle des « auto-anticorps ». Les « autoanticorps » restent longtemps dans le sang, même chez les personnes qui ont arrêté de consommer des drogues. Il s’agit d’une sorte de mémoire du corps qui stocke des informations sur la consommation de drogues. Si vous mesurez la quantité d'auto-anticorps dirigés contre des fragments spécifiques de cellules nerveuses dans le sang d'une personne, vous pouvez poser un diagnostic de toxicomanie même plusieurs années après que la personne a arrêté de consommer de la drogue.

Est-il possible de « rééduquer » les cellules nerveuses ?

L'un des domaines les plus modernes du travail de l'institut est la stéréotaxie. Il s'agit d'une technologie médicale qui offre la possibilité d'un accès peu traumatisant, doux et ciblé aux structures profondes du cerveau et d'effets dosés sur celles-ci. C'est la neurochirurgie du futur. Au lieu d’interventions neurochirurgicales « ouvertes », lorsqu’une trépanation importante est réalisée pour atteindre le cerveau, des effets doux et peu traumatisants sur le cerveau sont proposés.

Dans les pays développés, principalement aux États-Unis, la stéréotaxie clinique a pris la place qui lui revient en neurochirurgie. Aux États-Unis, environ 300 neurochirurgiens – membres de l’American Stereotactic Society – travaillent actuellement dans ce domaine. La base de la stéréotaxie repose sur les mathématiques et les instruments de précision qui permettent une immersion ciblée d'instruments subtils dans le cerveau. Ils permettent de « regarder » dans le cerveau d’une personne vivante. Dans ce cas, la tomographie par émission de positons, l'imagerie par résonance magnétique et la tomodensitométrie à rayons X sont utilisées. "La stéréotaxie est une mesure de la maturité méthodologique de la neurochirurgie" - l'opinion du regretté neurochirurgien L. V. Abrakov. Pour la méthode de traitement stéréotaxique, il est très important de connaître le rôle des « points » individuels dans le cerveau humain, de comprendre leur interaction et de savoir où et ce qui doit être modifié exactement dans le cerveau pour traiter une maladie particulière.

L'institut dispose d'un laboratoire de méthodes stéréotaxiques, dirigé par A. D. Anichkov, docteur en sciences médicales, lauréat du Prix d'État de l'URSS. Il s’agit essentiellement du principal centre stéréotaxique de Russie. Ici est née la direction la plus moderne - la stéréotaxie informatique avec des logiciels et des mathématiques, réalisée sur un ordinateur électronique. Avant nos développements, les calculs stéréotaxiques étaient effectués manuellement par les neurochirurgiens pendant l'intervention chirurgicale, mais nous avons désormais développé des dizaines de dispositifs stéréotaxiques ; certains ont été testés cliniquement et sont capables de résoudre les problèmes les plus complexes. En collaboration avec des collègues de l'Institut central de recherche Elektropribor, un système stéréotaxique informatisé a été créé et, pour la première fois en Russie, est produit en série, ce qui est supérieur aux modèles étrangers similaires dans un certain nombre d'indicateurs clés. Comme le dit un auteur inconnu, « enfin, les timides rayons de la civilisation ont illuminé nos sombres grottes ».

Dans notre institut, la stéréotaxie est utilisée dans le traitement des patients souffrant de troubles du mouvement (parkinsonisme, maladie de Parkinson, chorée de Huntington et autres), d'épilepsie, de douleurs indomptables (notamment le syndrome de la douleur fantôme) et de certains troubles mentaux. De plus, la stéréotaxie est utilisée pour clarifier le diagnostic et le traitement de certaines tumeurs cérébrales, pour traiter les hématomes, les abcès et les kystes cérébraux. Les interventions stéréotaxiques (comme toutes les autres interventions neurochirurgicales) ne sont proposées au patient que si toutes les possibilités de traitement médicamenteux ont été épuisées et que la maladie elle-même menace la santé du patient ou le prive de sa capacité de travail, le rendant asocial. Toutes les opérations sont réalisées uniquement avec le consentement du patient et de ses proches, après consultation de spécialistes de profils variés.

Il existe deux types de stéréotaxies. Le premier, non fonctionnel, est utilisé lorsqu’il existe une sorte de lésion organique, telle qu’une tumeur, profondément dans le cerveau. S'il est retiré à l'aide de la technologie conventionnelle, les structures cérébrales saines qui remplissent des fonctions importantes devront être affectées, et le patient pourrait accidentellement subir des dommages, parfois même incompatibles avec la vie. Supposons que la tumeur soit clairement visible à l'aide de tomographes à résonance magnétique et à émission de positons. Ensuite, vous pouvez calculer ses coordonnées et utiliser une sonde fine à faible impact pour injecter des substances radioactives qui brûleront la tumeur et se désintégreront en peu de temps. Les dommages lors du passage à travers le tissu cérébral sont minimes et la tumeur sera détruite. Nous avons déjà réalisé plusieurs opérations de ce type ; d'anciens patients sont toujours en vie, même s'ils n'avaient aucun espoir avec les méthodes de traitement traditionnelles.

L’essence de cette méthode est que nous éliminons le « défaut » que nous voyons clairement. La tâche principale est de décider comment y accéder, quel chemin choisir pour ne pas toucher aux domaines importants, quelle méthode choisir pour éliminer le « défaut ».

La situation est fondamentalement différente avec la stéréotaxie « fonctionnelle », également utilisée dans le traitement des maladies mentales. La cause de la maladie est souvent due au fait qu’un petit groupe de cellules nerveuses ou plusieurs de ces groupes ne fonctionnent pas correctement. Soit ils ne libèrent pas les substances nécessaires, soit ils en libèrent trop. Les cellules peuvent être excitées pathologiquement, puis stimuler la « mauvaise » activité d’autres cellules saines. Ces cellules « capricieuses » doivent être trouvées et détruites, isolées ou « rééduquées » par stimulation électrique. Dans une telle situation, il est impossible de « voir » la zone touchée. Nous devons le calculer de manière purement théorique, tout comme les astronomes ont calculé l'orbite de Neptune.

C’est là que les connaissances fondamentales sur les principes du cerveau, l’interaction de ses parties et le rôle fonctionnel de chaque partie du cerveau sont particulièrement importantes pour nous. Nous utilisons les résultats de la neurologie stéréotaxique - une nouvelle direction développée à l'institut par le regretté professeur V. M. Smirnov. La neurologie stéréotaxique est de la « voltige », mais c'est dans cette voie qu'il faut rechercher la possibilité de traiter de nombreuses maladies graves, y compris mentales.

Les résultats de nos recherches et les données d'autres laboratoires indiquent que presque toute activité mentale du cerveau, même très complexe, est assurée par un système distribué dans l'espace et variable dans le temps, constitué de liens plus ou moins rigides. Il est clair qu’il est très difficile de perturber le fonctionnement d’un tel système. Néanmoins, nous pouvons désormais le faire : par exemple, nous pouvons créer un nouveau centre de parole pour remplacer celui détruit par une blessure.

Dans ce cas, une sorte de « rééducation » des cellules nerveuses se produit. Le fait est qu'il existe des cellules nerveuses qui sont prêtes à faire leur travail dès la naissance, mais il y en a d'autres qui sont « éduquées » au cours du processus de développement humain. À mesure qu’ils apprennent à accomplir certaines tâches, ils en oublient d’autres, mais pas pour toujours. Même après avoir terminé leur « spécialisation », ils sont, en principe, capables d’assumer d’autres tâches et de travailler différemment. Par conséquent, vous pouvez essayer de les forcer à reprendre le travail des cellules nerveuses perdues et à les remplacer.

Les neurones du cerveau fonctionnent comme l'équipage d'un navire : l'un est doué pour guider le navire tout au long de sa route, un autre pour tirer et un troisième pour préparer la nourriture. Mais vous pouvez apprendre à un tireur comment cuisiner du bortsch et à un cuisinier comment viser une arme à feu. Il vous suffit de leur expliquer comment cela se fait. En principe, il s’agit d’un mécanisme naturel : si une lésion cérébrale survient chez un enfant, ses cellules nerveuses « réapprennent » spontanément. Chez l’adulte, des méthodes spéciales doivent être utilisées pour « recycler » les cellules.

C'est ce que font les chercheurs : essayer de stimuler certaines cellules nerveuses pour qu'elles fassent le travail d'autres, qui ne peuvent plus être restaurées. De bons résultats ont déjà été obtenus dans ce sens : par exemple, certains patients présentant une violation de l'aire de Broca, responsable de la formation de la parole, ont pu réapprendre à parler.

Un autre exemple est l’effet thérapeutique des opérations psychochirurgicales visant à « éteindre » les structures de la région du cerveau appelée système limbique. Avec différentes maladies, dans différentes zones du cerveau, un flux d'impulsions pathologiques apparaît qui circule le long des voies nerveuses. Ces impulsions apparaissent à la suite d'une activité accrue dans certaines zones du cerveau, et ce mécanisme conduit à un certain nombre de maladies chroniques du système nerveux, telles que le parkinsonisme, l'épilepsie et les troubles obsessionnels compulsifs. Les chemins par lesquels circulent les impulsions pathologiques doivent être trouvés et « coupés » le plus doucement possible.

Ces dernières années, plusieurs centaines (surtout aux États-Unis) d'interventions psychochirurgicales stéréotaxiques ont été réalisées pour traiter des patients souffrant de certains troubles mentaux (principalement des troubles obsessionnels) pour lesquels les méthodes de traitement non chirurgicales se sont révélées inefficaces. Selon certains narcologues, la toxicomanie peut également être considérée comme un type de trouble de ce type. Par conséquent, si le traitement médicamenteux est inefficace, une intervention stéréotaxique peut être recommandée.

Détecteur d'erreur

Un domaine très important de travail de l’institut est l’étude des fonctions cérébrales supérieures : attention, mémoire, pensée, parole, émotions. Plusieurs laboratoires travaillent sur ces problèmes, dont celui que je dirige, le laboratoire de l'académicien N.P. Bekhtereva et le laboratoire du docteur en sciences biologiques Yu.D. Kropotov.

Les fonctions cérébrales propres à l'homme sont étudiées selon diverses approches : un électroencéphalogramme « ordinaire » est utilisé, mais à un nouveau niveau de cartographie cérébrale, l'étude des potentiels évoqués, l'enregistrement de ces processus ainsi que l'activité impulsionnelle des neurones en contact direct avec le cerveau. tissu - pour cela, des électrodes et une technologie implantées sont utilisées par tomographie par émission de positons.

Les travaux de l'académicien N.P. Bekhtereva dans ce domaine ont été largement couverts par la presse scientifique et de vulgarisation scientifique. Elle a commencé une étude systématique des processus mentaux dans le cerveau, même lorsque la plupart des scientifiques les considéraient comme pratiquement inconnaissables, une question d'un avenir lointain. Comme il est bon que, du moins en science, la vérité ne dépende pas de la position de la majorité. Beaucoup de ceux qui niaient la possibilité de telles recherches la considèrent désormais comme une priorité.

Dans le cadre de cet article, nous ne pouvons citer que les résultats les plus intéressants, par exemple le détecteur d'erreurs. Chacun de nous a rencontré son œuvre. Imaginez que vous avez quitté la maison et que déjà dans la rue, un sentiment étrange commence à vous tourmenter : quelque chose ne va pas. Vous revenez, ça y est, vous avez oublié d'éteindre la lumière dans la salle de bain. Autrement dit, vous avez oublié d’effectuer l’action habituelle et stéréotypée consistant à appuyer sur l’interrupteur, et cette omission a automatiquement activé le mécanisme de contrôle dans le cerveau. Ce mécanisme a été découvert au milieu des années soixante par N.P. Bekhtereva et ses collègues. Bien que les résultats aient été publiés dans des revues scientifiques, notamment étrangères, ils sont désormais « redécouverts » en Occident par des gens qui connaissent les travaux de nos scientifiques, mais n'hésitent pas à leur emprunter directement. La disparition d’une grande puissance a également conduit à davantage de cas de plagiat direct dans le domaine scientifique.

La détection des erreurs peut également devenir une maladie lorsque ce mécanisme fonctionne plus que nécessaire et qu'une personne pense toujours qu'elle a oublié quelque chose.

De manière générale, le processus de déclenchement des émotions au niveau cérébral nous est désormais clair. Pourquoi une personne y fait-elle face, tandis qu'une autre « coule » et ne peut pas sortir du cercle vicieux d'expériences similaires ? Il s'est avéré que chez une personne « stable », les modifications du métabolisme dans le cerveau, associées, par exemple, au chagrin, sont nécessairement compensées par des modifications du métabolisme dans d'autres structures dirigées dans l'autre sens. Chez une personne « instable », cette compensation est perturbée.

Qui est responsable de la grammaire ?

Un domaine de travail très important est ce qu'on appelle la microcartographie du cerveau. Nos recherches conjointes ont même découvert des mécanismes tels qu'un détecteur de l'exactitude grammaticale d'une phrase significative. Par exemple, « ruban bleu » et « ruban bleu ». Le sens est clair dans les deux cas. Mais il existe un groupe de neurones « petit mais fier » qui « surgit » lorsque la grammaire est brisée et en signale le cerveau. Pourquoi est-ce nécessaire ? Il est probable que la compréhension du discours passe souvent principalement par l’analyse de la grammaire (rappelez-vous le « buisson lumineux » de l’académicien Shcherba). S'il y a un problème avec la grammaire, un signal est reçu - une analyse supplémentaire doit être effectuée.

On a découvert des microrégions du cerveau chargées de compter et de distinguer les mots concrets des mots abstraits. Des différences dans le fonctionnement des neurones se manifestent lors de la perception d'un mot dans la langue maternelle (cup), d'un quasi-mot dans la langue maternelle (chokhna) et d'un mot étranger (waht - time en azerbaïdjanais).

Les neurones du cortex et des structures cérébrales profondes sont impliqués dans cette activité de différentes manières. Dans les structures profondes, on observe généralement une augmentation de la fréquence des décharges électriques, peu « liée » à une zone spécifique. Ces neurones semblent résoudre n’importe quel problème pour le monde entier. Une image complètement différente dans le cortex cérébral. Un neurone semble dire : « Allez les gars, taisez-vous, c'est mon affaire et je le ferai moi-même. » Et en effet, dans tous les neurones, à l'exception de quelques-uns, la fréquence de déclenchement diminue, tandis que chez les « élus », elle augmente.

Grâce à la technique de tomographie par émission de positons (ou TEP en abrégé), il est devenu possible d'étudier simultanément en détail toutes les zones du cerveau responsables de fonctions « humaines » complexes. L'essence de la méthode est qu'une petite quantité d'un isotope est introduite dans une substance qui participe aux transformations chimiques à l'intérieur des cellules cérébrales, puis nous observons comment la distribution de cette substance change dans la zone du cerveau qui l'intéresse. nous. Si le flux de glucose radiomarqué vers cette zone augmente, cela signifie que le métabolisme a augmenté, ce qui indique une augmentation du travail des cellules nerveuses dans cette zone du cerveau.

Imaginez maintenant qu'une personne effectue une tâche complexe qui nécessite qu'elle connaisse les règles d'orthographe ou de pensée logique. Dans le même temps, ses cellules nerveuses travaillent plus activement dans la zone du cerveau « responsable » de ces compétences. L’augmentation de la fonction des cellules nerveuses peut être détectée à l’aide de la TEP sous la forme d’une augmentation du flux sanguin dans la zone activée. Ainsi, il a été possible de déterminer quelles zones du cerveau sont « responsables » de la syntaxe, de l'orthographe, du sens de la parole et de la résolution d'autres problèmes. Par exemple, il existe des zones connues qui sont activées lorsque des mots sont présentés, qu'ils doivent être lus ou non. Il existe également des zones qui s'activent pour « ne rien faire », lorsque, par exemple, une personne écoute une histoire mais ne l'entend pas, suivant autre chose.

Qu’est-ce que l’attention ?

Il est tout aussi important de comprendre comment l’attention « fonctionne » chez une personne. Mon laboratoire et celui de Yu. D. Kropotov s'occupent de ce problème dans notre institut. La recherche est menée conjointement avec une équipe de scientifiques dirigée par le professeur finlandais R. Naatanen, qui a découvert le soi-disant mécanisme de l'attention involontaire. Pour comprendre de quoi nous parlons, imaginez la situation : un chasseur se faufile dans la forêt à la poursuite de sa proie. Mais lui-même est la proie d'un animal prédateur, qu'il ne remarque pas, car il est uniquement déterminé à rechercher un cerf ou un lièvre. Et soudain, un crépitement aléatoire dans les buissons, peut-être peu perceptible sur fond de gazouillis d'oiseaux et du bruit du ruisseau, détourne instantanément son attention et donne le signal : « Le danger est proche. Le mécanisme de l'attention involontaire s'est formé chez l'homme dans l'Antiquité comme mécanisme de sécurité, mais il fonctionne encore aujourd'hui : par exemple, un conducteur conduit une voiture, écoute la radio, entend les cris des enfants qui jouent dans la rue, perçoit tout les bruits du monde environnant, son attention est distraite, et tout à coup un moteur silencieux fait instantanément basculer son attention sur la voiture - il se rend compte que quelque chose ne va pas avec le moteur (d'ailleurs, ce phénomène est similaire à un détecteur d'erreur).

Ce commutateur d’attention fonctionne pour chaque personne. Nous avons découvert des zones qui s'activent sur le PET lorsque ce mécanisme fonctionne, et Yu. D. Kropotov l'a étudié grâce à la méthode des électrodes implantées. Parfois, dans les travaux scientifiques les plus complexes, il y a des épisodes amusants. Ce fut le cas lorsque nous nous sommes empressés de terminer ce travail avant un colloque très important et prestigieux. Yu. D. Kropotov et moi sommes allés au symposium pour faire des rapports, et seulement là, avec surprise et « un sentiment de profonde satisfaction », nous avons découvert de manière inattendue que l'activation des neurones se produit dans les mêmes zones. Oui, parfois deux personnes assises l’une à côté de l’autre doivent se rendre dans un autre pays pour discuter.

Si les mécanismes d'attention involontaire sont perturbés, on peut alors parler de maladie. Le laboratoire de Kropotov étudie les enfants atteints du trouble dit d'hyperactivité avec déficit de l'attention. Ce sont des enfants difficiles, souvent des garçons, qui n'arrivent pas à se concentrer en classe, ils sont souvent grondés à la maison et à l'école, mais en fait ils ont besoin d'être soignés car certains mécanismes du fonctionnement cérébral sont perturbés. Jusqu'à récemment, ce phénomène n'était pas considéré comme une maladie et les méthodes « énergiques » étaient considérées comme la meilleure méthode pour le combattre. Nous pouvons désormais non seulement identifier cette maladie, mais également proposer des méthodes de traitement aux enfants souffrant de troubles déficitaires de l’attention.

Cependant, j'aimerais contrarier certains jeunes lecteurs. Toutes les farces ne sont pas associées à cette maladie, et puis… les méthodes « énergiques » sont justifiées.

En plus de l’attention involontaire, il existe également une attention sélective. C'est ce qu'on appelle « l'attention lors d'une réception », lorsque tout le monde autour de vous parle en même temps et que vous ne faites que suivre votre interlocuteur, sans prêter attention aux bavardages inintéressants de votre voisin de droite. Au cours de l'expérience, on raconte au sujet des histoires : une dans une oreille, une autre dans l'autre. Nous surveillons la réaction à l'histoire, tantôt dans l'oreille droite, tantôt dans l'oreille gauche, et voyons sur l'écran comment l'activation des zones cérébrales change radicalement. Dans le même temps, l'activation des cellules nerveuses de l'oreille droite est bien moindre, car la plupart des gens prennent le combiné téléphonique dans leur main droite et l'appliquent à leur oreille droite. Il leur est plus facile de suivre l'histoire avec l'oreille droite, ils ont moins besoin de forcer, le cerveau est moins excité.

Les secrets du cerveau attendent toujours dans les coulisses

On oublie souvent l’évidence : une personne n’est pas seulement un cerveau, mais aussi un corps. Il est impossible de comprendre le fonctionnement du cerveau sans considérer la richesse de l’interaction des systèmes cérébraux avec les différents systèmes du corps. Parfois, cela est évident - par exemple, la libération d'adrénaline dans le sang oblige le cerveau à passer à un nouveau mode de fonctionnement. Un esprit sain dans un corps sain repose sur l’interaction entre le corps et le cerveau. Cependant, tout n’est pas clair ici. L'étude de cette interaction attend toujours ses chercheurs.

Aujourd’hui, nous pouvons dire que nous avons une bonne idée du fonctionnement d’une cellule nerveuse. De nombreuses taches blanches ont disparu et les zones responsables des fonctions mentales ont été identifiées sur la carte cérébrale. Mais entre la cellule et la région du cerveau, il existe un autre niveau très important : un ensemble de cellules nerveuses, un ensemble de neurones. Il y a encore beaucoup d’incertitude ici. Avec l'aide de la TEP, nous pouvons retracer quelles zones du cerveau sont « activées » lors de l'exécution de certaines tâches, mais ce qui se passe à l'intérieur de ces zones, quels signaux les cellules nerveuses s'envoient, dans quel ordre, comment elles interagissent les unes avec les autres. - on va en parler pour l'instant on sait peu de choses. Bien qu'il y ait quelques progrès dans cette direction.

Auparavant, on croyait que le cerveau était divisé en zones clairement délimitées, chacune étant « responsable » de sa propre fonction : c'est la zone de flexion du petit doigt, et c'est la zone d'amour des parents. Ces conclusions reposaient sur des observations simples : si une zone donnée est endommagée, alors sa fonction est altérée. Au fil du temps, il est devenu clair que tout est plus compliqué : les neurones de différentes zones interagissent les uns avec les autres de manière très complexe, et il est impossible d'effectuer partout une « liaison » claire d'une fonction à une zone du cerveau en termes d'assurance. fonctions supérieures. Nous pouvons seulement dire que ce domaine est lié à la parole, à la mémoire et aux émotions. Mais il n'est pas encore possible de dire que cet ensemble neuronal du cerveau (pas un morceau, mais un réseau étendu) et que celui-là seul est responsable de la perception des lettres, et que celui-ci est responsable de la perception des mots et phrases. C'est une tâche pour l'avenir.

Le travail du cerveau pour assurer des types d'activité mentale plus élevés est similaire à l'éclair d'un feu d'artifice : au début, nous voyons beaucoup de lumières, puis elles commencent à s'éteindre et à se rallumer en se faisant un clin d'œil, certaines pièces restent sombres. , d'autres clignotent. De plus, un signal d'excitation est envoyé à une certaine zone du cerveau, mais l'activité des cellules nerveuses à l'intérieur est soumise à ses propres rythmes particuliers, sa propre hiérarchie. En raison de ces caractéristiques, la destruction de certaines cellules nerveuses peut constituer une perte irréparable pour le cerveau, tandis que d'autres pourraient bien remplacer les neurones voisins « réappris ». Chaque neurone ne peut être considéré que dans l’ensemble de l’amas de cellules nerveuses. À mon avis, la tâche principale est désormais de déchiffrer le code nerveux, c'est-à-dire de comprendre comment sont exactement assurées les fonctions supérieures du cerveau. Très probablement, cela peut être réalisé en étudiant l'interaction des éléments du cerveau, en comprenant comment les neurones individuels sont combinés en une structure, et la structure en un système et dans l'ensemble du cerveau. C’est la tâche principale du siècle prochain. Même s'il reste encore quelque chose pour le vingtième.

Dictionnaire

Aphasie- troubles de la parole résultant de lésions des zones de parole du cerveau ou des voies nerveuses qui y mènent.

Magnétoencéphalographie- enregistrement d'un champ magnétique excité par des sources électriques dans le cerveau.

Imagerie par résonance magnétique- étude tomographique du cerveau basée sur le phénomène de résonance magnétique nucléaire.

Tomographie par émission de positrons- un moyen très efficace de surveiller des concentrations extrêmement faibles de radionucléides à vie ultra-courte qui marquent des composés physiologiquement importants dans le cerveau. Utilisé pour étudier le métabolisme impliqué dans les fonctions cérébrales.

Cet organe nous distingue des autres êtres vivants, nous permettant de voler dans l’espace, d’écrire un chef-d’œuvre littéraire, un morceau de musique ou de peindre un beau tableau. Le cerveau humain est une substance grasse poreuse pesant 1,4 kilogramme, souvent comparée à une station de supercommunication ou à un superordinateur. Mais le cerveau est bien plus complexe que ces appareils, et les découvertes quotidiennes dans le domaine des neurosciences le confirment constamment ; les limites des capacités du cerveau humain ne sont pas claires, mais il est évident qu'il s'agit du système vivant le plus complexe de l'univers. . Un seul organe contrôle le fonctionnement de tout le corps humain, le rythme cardiaque, le désir sexuel, les expériences émotionnelles, l’apprentissage et la mémoire. Le cerveau détermine la réponse du système immunitaire à la maladie et la réponse du corps aux médicaments. Et plus important encore, le cerveau façonne notre pensée, nos rêves, notre imagination et nos objectifs ; c’est le cerveau qui fait de nous des humains. Les neuroscientifiques sont confrontés à la tâche difficile de démêler les principes de fonctionnement de la machine la plus complexe, de déterminer comment apparaissent cent milliards de neurones, comment ils se développent et comment ils interagissent les uns avec les autres, formant un système hautement efficace et multifonctionnel qui fonctionne correctement dans l'ensemble de l'humanité. Les scientifiques travaillent dans deux directions, la première est l'étude du comportement humain, comment il prend des décisions, de quoi dépend son humeur et pourquoi des problèmes surviennent lors de l'interaction avec d'autres personnes, et la deuxième direction est la compréhension des maladies cérébrales, des moyens de les traiter et les prévenir. Le résultat d'une décennie d'étude du cerveau, entre 1990 et 2000, a donné lieu à de nombreuses découvertes et réalisations. Les domaines suivants peuvent être brièvement décrits :

La génétique. Des gènes responsables de la susceptibilité aux troubles neurodégénératifs tels que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la maladie de Huntington et la sclérose latérale amyotrophique ont été découverts. Ces découvertes ont permis de mieux comprendre les causes et l’évolution des maladies et ont suggéré des méthodes de traitement optimales. L'étude du génome humain a permis aux scientifiques d'identifier des gènes qui affectent directement ou indirectement le développement de maladies neurologiques. L’étude du génome animal a montré comment certains gènes influencent le comportement.

Prédisposition génétique et influences environnementales. La plupart des maladies graves à prédisposition génétique dépendent directement de l’environnement. Par exemple, les jumeaux ont une probabilité plus élevée de contracter la même maladie que les frères et sœurs ordinaires, mais en même temps, si l'un des jumeaux tombe malade, le second aura la maladie dans 30 à 60 % du nombre total. Les influences environnementales comprennent les facteurs suivants : toxicité, régime alimentaire, niveau d'activité physique et nombre de situations stressantes.

Plasticité cérébrale.

Le cerveau a la capacité de se mettre à jour et de créer de nouvelles connexions neuronales dans de nouvelles circonstances, à mesure que de nouvelles informations deviennent disponibles. Les scientifiques ont commencé à comprendre la base moléculaire de ces processus, appelés plasticité cérébrale, qui explique le fonctionnement de l’apprentissage et de la mémoire et comment le processus de vieillissement mental peut être inversé. Ces découvertes mènent également à de nouvelles façons de traiter la douleur chronique.

Nouveaux médicaments.

Les chercheurs disposent de nouvelles connaissances dans la compréhension des mécanismes de neuropharmalogie moléculaire qui expliquent la nature des mauvaises habitudes. Comprendre cela a ouvert de nouvelles orientations pour le traitement de diverses dépressions, y compris celles associées à l'obésité.

Tomographie

Des types révolutionnaires de tomographie, comme l'imagerie par résonance magnétique et la tomographie par émission de positons, ont permis de pénétrer dans des zones du cerveau telles que l'attention, la mémoire et les émotions ; grâce à ces technologies, il est possible d'observer des changements dans le activité cérébrale des patients atteints de schizophrénie et d'autres troubles neurodégénératifs.

Mort et naissance d'une cellule.

La découverte de comment et pourquoi les neurones meurent, ainsi que la découverte de la naissance d'une cellule qui se divise et forme de nouveaux neurones, ont donné lieu à de nombreuses applications pratiques en travail clinique. Ces découvertes ont considérablement amélioré la compréhension des effets des lésions cérébrales et médullaires et la manière de les traiter.

Le développement du cerveau.

Les principes et molécules récemment découverts responsables de la stratégie de développement du système nerveux ont permis aux scientifiques de porter un nouveau regard sur les maladies associées à des anomalies du développement du système nerveux chez l'enfant. Parallèlement à la découverte des principes du développement cellulaire, ces études ont permis de développer une stratégie permettant de développer des moyens de restaurer les fonctions du système nerveux à la fois après une blessure et en cas de dysfonctionnement congénital.

Entrainement Cerebral.

Notre entreprise a réussi dans ce domaine.

En plus de la recherche générale sur le cerveau, l'équipe scientifique de Scientific Brain Training PRO, en collaboration avec des instituts de recherche prestigieux, a étudié l'efficacité de l'exercice pour diverses conditions médicales. La recherche et les résultats cliniques ont montré que les modules et programmes d'exercices démontrent une grande efficacité, tant en termes d'amélioration des fonctions cognitives chez un certain nombre de déficiences cognitives que chez les personnes en bonne santé.

Pour vous aider à vous familiariser avec les concepts de base de la remédiation cognitive et de la réadaptation cognitive, nous vous suggérons de lire ce résumé des fonctions cognitives de base.

Sur les pages de cette section, vous trouverez également de nombreuses informations intéressantes sur ce que la science sait du cerveau, comment il fonctionne et comment vous pouvez utiliser ces connaissances dans votre vie.

Selon des recherches récentes, même les personnes âgées, avec une formation appropriée, peuvent améliorer leurs performances jusqu'au niveau d'un adolescent.

Alors que sait-on aujourd’hui ? Faktrum a rassemblé 25 faits sur le cerveau humain merveilleux, étrange et incroyablement puissant.

1. Le cerveau d'une personne vivante a une teinte rose. Les cellules grises, qui constituent 40 % de notre cerveau, ne deviennent grises qu’à leur mort.

2. Le cerveau contient environ 80 à 100 milliards de neurones (cellules nerveuses). L’hémisphère gauche compte près de 200 millions de neurones de plus que l’hémisphère droit.

3. La taille des neurones varie de 4 à 100 µm de largeur. Pour avoir une idée de sa petite taille, regardez le point à la fin de cette phrase, il fait environ 500 microns de circonférence, ce qui signifie que plus de 100 des plus petits neurones pourraient y entrer.

4. Les différences entre les sexes dans le cerveau sont controversées, mais selon une étude de 2014 publiée dans la revue Neuroscience, Il y a plus de matière grise dans le cerveau des femmes.

5. Un pourcentage plus élevé de matière grise peut être trouvé chez les personnes ayant une mentalité humanitaire.

6. La recherche montre que l’exercice régulier peut entraîner une augmentation de la matière grise à l’intérieur de l’hippocampe.

7. Chez l’homme, avec moins de matière grise, il y a plus de matière blanche et de liquide céphalo-rachidien.

8. La matière blanche, qui constitue les 60 % restants du cerveau, tire sa couleur de la myéline, qui isole les axones et augmente la vitesse à laquelle les impulsions électriques se propagent.

9. La graisse est peut-être mauvaise pour le cœur, mais elle est bonne pour le cerveau. Plus de la moitié du cerveau, y compris la myéline, est constituée de graisse.

10. Pesant environ 1,3 kg, le cerveau ne représente que 2 à 3 % du poids du corps, mais consomme 20 % de l'oxygène du corps et 15 à 20 % de son glucose.

11. Le cerveau produit des quantités incroyables d’énergie. L’énergie d’un cerveau endormi pourrait allumer une ampoule de 25 watts.

12. La taille du cerveau n’affecte pas les capacités mentales d’une personne. Par exemple, le cerveau d'Albert Einstein pesait 1,2 kg, ce qui est légèrement inférieur à la taille moyenne du cerveau humain.

13. Les axones (neurites le long desquels l'influx nerveux se déplace du corps cellulaire vers les organes innervés) dans le cerveau de chaque personne peuvent parcourir environ 161 000 km et envelopper la Terre 4 fois.

14. Il n’y a pas de récepteurs de douleur dans le cerveau. C'est pourquoi les neurochirurgiens peuvent inciser le cerveau d'une personne consciente.

15. Ne croyez pas le mythe stupide des 10 %. Nous utilisons 100% de notre cerveau.

16. Les rides de notre cerveau, appelées gyri, augmentent la surface du cerveau, lui permettant de contenir davantage de neurones responsables de la mémoire et de la pensée.

17. Vous voulez plus de rebondissements ? Essayez la méditation. Le processus d'apprentissage de votre monde intérieur est étroitement lié à une augmentation du nombre de circonvolutions dans la zone du cerveau responsable de la concentration, de l'introspection et du contrôle émotionnel.

19. Mais même un cerveau fatigué peut être productif. Certains experts affirment qu’une personne a 70 000 pensées par jour.

20. Les informations dans le cerveau voyagent à travers différents types de neurones à différentes vitesses, allant de 1,5 km/h à 440 km/h (comparable à la vitesse de la voiture la plus rapide du monde).

21. Notre cerveau peut scanner et traiter des images complexes (comme un quai de métro aux heures de pointe) en seulement 13 millisecondes. C’est assez rapide, étant donné que cligner des yeux prend plusieurs centaines de millisecondes.

22. Jusqu’il y a 15 ans, les scientifiques croyaient que le cerveau se formait au cours des premières années de la vie humaine. Mais des recherches récentes ont montré que les adolescents subissent des changements critiques dans le cerveau, en particulier dans le cortex préfrontal et le système limbique, responsables de la prise de décision sociale, du contrôle des impulsions et du traitement des émotions.

23. En ce qui concerne le cerveau, les retards dans son développement sont tout à fait normaux. Bien sûr, légalement, on devient adulte à 18 ans, mais, selon les neuroscientifiques, le développement du cerveau se poursuit jusqu’à 25 ans.