Neuroteadus

Neuroteadus on teadusharu, kus uuritakse närvisüsteemi, selle anatoomiat, füsioloogiat, biokeemiat ja molekulaarbioloogiat ning nende seoseid käitumise ja õppimisega.
Neuroteaduse peamine valdkond on neurobioloogia, kuid see on tihedalt seotud ka selliste valdkondadega nagu keemia, arvutitehnika, matemaatika, keeleteadus ja meditsiin. Tänu tehnika arengule on neuroteaduse uurimisala väga suureks kasvanud, hõlmates nii üksikute neuronite molekulaarseid uuringuid kui ka aju sensoorsete ja motoorsete ülesannete kaardistamist.
Ajalugu.
Nii meditsiini kui ka neuroteaduse alguse kohaks ja ajaks võib lugeda Vana-Egiptust umbes 3000 eKr, mil vaaraode ravimiseks kasutati prognostikat ja operatsioone. Palsameerimise käigus õppisid egiptlased tundma inimese anatoomiat ja uurima neurotraumatoloogilisi haavu. Tõenäoliselt õpetati esimesena meditsiini ja aju vereringet Egiptuse Aleksandria koolis.
Süda ja mõistus olid Vana-Egiptuse meditsiinis sünonüümid. Depressiooni kirjeldati kui "südame palavikku", "südame kuivust", "südame kukkumist" või "mõistuse põlvitamist". Kahuni papüürus kirjeldab hüsteerilist haigust: "naine värvitud hammaste ja lõuaga ei tea oma suud" ja "naine, kes armastab voodit, ta ei tõuse ja ei raputa seda". Papüürusel kirjeldatakse ka ravimeetodeid, mis ei erine oluliselt tänapäevastest ravimeetoditest. Philae saarel asus tempel, kus tegeleti füsioteraapiaga läbi inkubatsiooni ja "templiune". Templis viibimise ajal nähtud unenägusid tõlgendati psühholoogilis-religioossetel viisidel.
Vana-Egiptusest on leitud veel 14 papüürust, kus kirjutatakse migreenist, dementsusest, krampidest ja teetanusest. Edwin Smithi papüüruses on kirjeldatud täpselt erinevaid kolju ja selgroo traumasid. Samas papüüruses mainitakse ka esimest korda sõna "aju", kirjeldatakse meningiiti ja tserebrospinaalset vedelikku. Arstidel soovitatakse patsient läbi vaadata ja otsida vigastuste tundemärke, mis tähendab, et papüürus ei toeta varasemaid tõekspidamisi maagiast ja müütilisusest ning ärgitab loogiliselt mõtlema.
Aju uurimine muutus täpsemaks seoses mikroskoopia leiutamise ja värvimismeetodi arenguga. Viimase leiutas 1890. aastatel Camillo Golgi, kes kasutas üksikute neuronite struktuuri vaatamiseks hõbekromaatsoola. Seda tehnikat kasutas ka Santiago Ramón y Cajal, kes püstitas hüpoteesi, et aju funktsionaalne ühik on neuron. Mõlemad mehed said 1906. aastal Nobeli auhinna.
Neuroteadus tänapäeval.
Neuroteadusest on viimaste aastakümnete jooksul saanud tunnustatud teadusharu. Ühendades bioloogia, keemia ja füüsika uuritakse närvisüsteemi struktuuri, füsioloogiat ja sellest tulenevat käitumist, kaasa arvatud inimese emotsionaalseid ja kognitiivseid funktsioone. Neuroteadus uurib geene ja teisi molekule, mis on närvisüsteemi alustalad, üksikuid neuroneid ja neuronite kogumikke, mis moodustavad süsteeme ja käitumisväljundeid.
Uued arvutisüsteemid võimaldavad neuroteadlastel luua mudeleid neuronitest ja nende seostest ajus. Tänu sellele on arvutiprogrammidel võimalik saada aru inimeste kõnest ja vastata küsimustele.
Kognitiivne neuroteadus.
Kognitiivne neuroteadus uurib, kuidas närvisüsteem mõjutab psühholoogilisi funktsioone. Selleks, et leida, kuidas inimese tunnetus ja emotsioonid on spetsiifiliste neuraalsubstraatide poolt kaardistatud tuleb kognitiivse psühholoogia eksperimentaalsed tehnikad siduda neuraalpildistamise (ingl "neuroimaging") meetodi, elektrofüsioloogia ja geneetilise analüüsiga.
Kognitiivsed võimed on üks kõige enam uuritud valdkond käitumuslikus geneetikas. Enamik sellest põhineb psühhomeetrilisel mudelil, mille kohaselt kognitiivsed võimed on organiseerunud hierarhiliselt spetsiifilistest testidest avarate teguriteni ja nendest üldiste kognitiivsete võimeteni. Testidega mõõdetakse selliseid spetsiifilisi kognitiivseid võimeid nagu verbaalseid võimeid, ruumilist taju, mälu ja informatsiooni töötlemise kiirust. Selliseid teste kasutatakse laialdaselt koolides, tööstuses, sõjaväes ja kliinilistes praktikates.
20. sajandi alguses nimetas Charles Spearman üldise kognitiivse võime – g (ingl "general cognitive ability"), mida eelistatakse sõnale "intelligents".
Juba psühholoogia algusaegadest alates on uuritud loomuse ja kasvatuse mõju g-le. Aasta enne Gregor Mendeli pärinevusseaduste ilmumist avaldas Francis Galton kahest artiklist koosneva seeria kõrgest intelligentsist ja teistest kognitiivsetest võimetest. Sellest kasvas hiljem välja esimene raamat pärinevusest ja kognitiivsetest oskustest ("Hereditary Genius: An Inquiry into Its Laws and Consequences", 1869). 1920. aastatel uuriti esimakordselt kaksikuid ja lapsendatud isikuid, keskendudes nende üldisele kognitiivsele võimele.
Neuroteadus molekulaarsel ja rakulisel tasemel.
Molekulaarbioloogid uurivad neuronite molekulaarsete signaalide saatmist ja vastuvõtmist ning aksonite seostumismustreid. Kasutatakse ka geneetilisi meetmeid, et mõista neuronite arengut ja mutatsioonide mõju bioloogilistele funktsioonidele. Huvi pakub ka neuronite morfoloogia, molekulaarne iseloom ja füsioloogilised näitajad.
Närvirakkude mitmekesisus põhineb ühel rakuplaanil, mille kolm omadust annavad sellele võime kiiresti ja täpselt informatsiooni edasi kanda. Esiteks on neuron polariseeritud, informatsiooni vastu võtvad dendriidid on ühes ja sünaptiliste terminalidega aksonid on teises otsas. Polarisatsioon on oluline elektriimpulsside ühesuunalisuse pärast. Teiseks on närvirakud elektriliselt ja keemiliselt ergastatavad. Välismembraan sisaldab spetsiaalseid valke – ioonkanaleid ja retseptoreid, mis lubavad spetsiifiliste mitteorgaaniliste ioonide rakku sisse ja välja liikumist. See võimaldab tekkida elektrivoolul. Kolmandaks, neuronite rakukeha sisaldab valke ja organelle, mis aitavad rakul läbi viia spetsiaalseid sekretoorseid protsesse. Rakubioloogid uurivad närvirakkude omadusi, mis võimaldavad neil tekitada sünaptilist ja aktsioonipotentsiaali. Signaali algatamine sõltub rakumembraanis olevatest ioonkanalitest, mis avanevad vastusena potentsiaali levimisele membraanis ja teiste rakkude saadetud neurotransmitteritele.
Neuroteaduse organisatsioonid.
Suurim neuroteadlasi ühendav organisatsioon on 1969. aastal asutatud SFN ("Society of Neuroscience"), millel on rohkem kui 40 000 liiget 83 riigist. Nad korraldavad igal aastal erinevas USA linnas konverentsi, millest võtavad osa nii teadlased ja üliõpilased kui ka haridusasutused, rahastamisfondid, kirjastajad ja sajad ettevõtted, mis pakuvad teadlastele oma tooteid.
Muud suured neuroteadustega seotud organisatsioonid on näiteks IBRO ("International Brain Research Organization") ja FENS ("Federation of European Neuroscience Societies"). FENS ühendab 32 sellist riiklikku organisatsiooni nagu Suurbritannias British Neuroscience Assosciation, Saksamaal Neurowissenschaftliche Gesellschaft ja Prantsusmaal Societé des Neurosciences.