علم اعصاب کاوش مغز؛ نوروساینس: گذشته، حال و آینده

---

---

---

---

---

---

---

---

INTRODUCTION

Men ought to know that from nothing else but the brain come joys, delights, laughter and sports, and sorrows, griefs, despondency, and lamentations. And by this, in an especial manner, we acquire wisdom and knowledge, and see and hear and know what are foul and what are fair, what are bad and what are good, what are sweet and what are unsavory…. And by the same organ we become mad and delirious, and fears and terrors assail us…. All these things we endure from the brain when it is not healthy…. In these ways I am of the opinion that the brain exercises the greatest power in the man.

– Hippocrates, On the Sacred Disease (Fourth century B. C. E.)

مقدمه

انسان‌ها باید بدانند که شادی‌ها، شادی‌ها، خنده‌ها و ورزش‌ها، و غم‌ها، اندوه‌ها، ناامیدی‌ها و ناله‌ها از هیچ چیز دیگری جز مغز سرچشمه نمی‌گیرد. و بدین وسیله به طور خاص حکمت و دانش را به دست می‌آوریم و می‌بینیم و می‌شنویم و می‌دانیم چه چیز ناپسند و چه عادلانه و چه بد و چه خوب و چه شیرین و چه چیز ناپسند…. و با همان اندام ما دیوانه و هذیان می‌شویم و ترس و وحشت به ما حمله می‌کند…. همه این چیزها را وقتی که مغز سالم نیست تحمل می‌کنیم…. از این طریق من معتقدم که مغز بیشترین قدرت را در انسان اعمال می‌کند.

– بقراط، در مورد بیماری مقدس (قرن چهارم قبل از میلاد)

It is human nature to be curious about how we see and hear; why some things feel good and others hurt; how we move; how we reason, learn, remember, and forget; and the nature of anger and madness. Neuroscience research is unraveling these mysteries, and the conclusions of this research are the subject of this textbook.

این طبیعت انسان است که در مورد اینکه چگونه می‌بینیم و می‌شنویم کنجکاو باشد. چرا برخی چیزها احساس خوبی دارند و برخی دیگر آسیب می‌بینند. چگونه حرکت می‌کنیم؛ چگونه استدلال می‌کنیم، یاد می‌گیریم، به یاد می‌آوریم، و فراموش می‌کنیم. و ماهیت خشم و جنون. تحقیقات علوم اعصاب در حال کشف این اسرار است و نتایج این تحقیق موضوع این کتاب درسی است

The word “neuroscience” is young. The Society for Neuroscience, an association of professional neuroscientists, was founded only relatively recently in 1970. The study of the brain, however, is as old as science itself. Historically, the scientists who devoted themselves to an understanding of the nervous system came from different scientific disciplines: medicine, biology, psychology, physics, chemistry, mathematics.

کلمه “عصب شناسی” جوان است. انجمن علوم اعصاب، انجمنی از دانشمندان علوم اعصاب حرفه ای، به تازگی در سال ۱۹۷۰ تأسیس شد. با این حال، مطالعه مغز به قدمت خود علم است. از نظر تاریخی، دانشمندانی که خود را وقف درک سیستم عصبی کردند، از رشته‌های علمی‌مختلفی بودند: پزشکی، زیست‌شناسی، روان‌شناسی، فیزیک، شیمی، ریاضیات.

 The neuroscience revolution occurred when scientists realized that the best hope for understanding the workings of the brain would come from an interdisciplinary approach, a combination of traditional approaches to yield a new synthesis, a new perspective. Most people involved in the scientific investigation of the nervous system today regard themselves as neuroscientists. Indeed, while the course you are now taking may be sponsored by the psychology or biology department at your university or college and may be called biopsychology or neurobiology, you can bet that your instructor is a neuroscientist.

انقلاب علوم اعصاب زمانی رخ داد که دانشمندان دریافتند که بهترین امید برای درک عملکرد مغز از یک رویکرد بین رشته ای، ترکیبی از رویکردهای سنتی برای ارائه یک سنتز جدید، یک دیدگاه جدید حاصل می‌شود. امروزه اکثر افرادی که در تحقیقات علمی‌سیستم عصبی نقش دارند، خود را عصب شناس می‌دانند. در واقع، در حالی که دوره ای که اکنون می‌گذرانید ممکن است توسط بخش روانشناسی یا زیست شناسی در دانشگاه یا کالج شما حمایت شود و ممکن است زیست روانشناسی یا زیست شناسی عصبی نامیده شود، می‌توانید شرط ببندید که مربی شما یک عصب شناس است.

The Society for Neuroscience is one of the largest and fastest growing associations of professional scientists. Far from being overly specialized, the field is as broad as nearly all of natural science, with the nervous system serving as the common point of focus. Understanding how the brain works requires knowledge about many things, from the structure of the water molecule to the electrical and chemical properties of the brain to why Pavlov’s dog salivated when a bell rang. This book explores the brain with this broad perspective.

انجمن علوم اعصاب یکی از بزرگترین و سریع ترین انجمن‌های دانشمندان حرفه ای در حال رشد است. این رشته به دور از تخصصی بودن بیش از حد، به اندازه تمام علوم طبیعی گسترده است و سیستم عصبی به عنوان نقطه مشترک تمرکز عمل می‌کند. درک نحوه عملکرد مغز نیازمند دانش در مورد بسیاری از چیزها است، از ساختار مولکول آب گرفته تا خواص الکتریکی و شیمیایی مغز تا اینکه چرا سگ پاولوف هنگام به صدا درآمدن زنگ، بزاق ترشح می‌کند. این کتاب مغز را با این دیدگاه گسترده بررسی می‌کند.

We begin the adventure with a brief tour of neuroscience. What have scientists thought about the brain over the ages? Who are the neuroscientists of today, and how do they approach studying the brain?

ماجراجویی را با یک گشت کوتاه در علوم اعصاب آغاز می‌کنیم. دانشمندان در طول اعصار در مورد مغز چه فکری کرده اند؟ عصب شناسان امروزی چه کسانی هستند و چگونه به مطالعه مغز می‌پردازند؟

THE ORIGINS OF NEUROSCIENCE

You probably already know that the nervous system-the brain, spinal cord, and nerves of the body-is crucial for life and enables you to sense, move, and think. How did this view arise?

خاستگاه علوم اعصاب

احتمالاً می‌دانید که سیستم عصبی مغز، نخاع و اعصاب بدن برای زندگی بسیار مهم است و شما را قادر می‌سازد تا حس کنید، حرکت کنید و فکر کنید. این دیدگاه چگونه به وجود آمد؟

Evidence suggests that even our prehistoric ancestors appreciated that the brain was vital to life. The archeological record includes many hominid skulls, dating back a million years and more, that bear signs of fatal cranial damage likely inflicted by other hominids. As early as 7000 years ago, people were boring holes in each other’s skulls (a process called trepanation), evidently with the aim not to kill but to cure (Figure 1. 1).

شواهد حاکی از آن است که حتی اجداد ماقبل تاریخ نیز از حیاتی بودن مغز برای زندگی قدردانی می‌کردند. سوابق باستان‌شناسی شامل بسیاری از جمجمه‌های انسان‌ها با قدمت میلیون‌ها سال و بیشتر است که نشانه‌هایی از آسیب‌های مهلک جمجمه که احتمالاً توسط سایر انسان‌ها وارد شده است را در خود دارند. در اوایل ۷۰۰۰ سال پیش، مردم در جمجمه‌های یکدیگر سوراخ‌های حوصله‌ای ایجاد می‌کردند (فرآیندی که ترپاناسیون نامیده می‌شود)، ظاهراً با هدف نه کشتن، بلکه برای درمان (شکل ۱. ۱).

These skulls show signs of healing after the operation, indicating that this procedure had been carried out on live subjects rather than being a ritual conducted after death. Some individuals apparently survived multiple skull surgeries. What those early surgeons hoped to accomplish is not clear, although it has been speculated that this procedure may have been used to treat headaches or mental disorders, perhaps by giving the evil spirits an escape route.

این جمجمه‌ها نشانه‌هایی از بهبودی پس از عمل را نشان می‌دهند، که نشان می‌دهد این روش به جای اینکه یک مراسم پس از مرگ باشد، بر روی افراد زنده انجام شده است. برخی از افراد ظاهراً از چندین عمل جراحی جمجمه جان سالم به در بردند. آنچه آن جراحان اولیه امیدوار بودند انجام دهند مشخص نیست، اگرچه حدس زده می‌شود که این روش ممکن است برای درمان سردرد یا اختلالات روانی استفاده شده باشد، شاید با دادن راه فرار به ارواح شیطانی.

FIGURE 1. 1

Evidence of prehistoric brain surgery. This skull of a man over 7000 years old was surgically opened while he was still alive. The arrows indicate two sites of trepanation. (Source: Alt et al. , 1997, Fig. 1a.)

شکل ۱. ۱

شواهدی از جراحی مغز ماقبل تاریخ. این جمجمه مردی با قدمت بیش از ۷۰۰۰ سال در حالی که هنوز زنده بود با عمل جراحی باز شد. فلش‌ها دو محل ترپاناسیون را نشان می‌دهند. (منبع: Alt و همکاران، ۱۹۹۷، شکل 1a.)

Recovered writings from the physicians of ancient Egypt, dating back almost 5000 years, indicate that they were well aware of many symptoms of brain damage. However, it is also very clear that the heart, not the brain, was considered to be the seat of the soul and the repository of memories. Indeed, while the rest of the body was carefully preserved for the afterlife, the brain of the deceased was simply scooped out through the nostrils and discarded! The view that the heart was the seat of consciousness and thought was not seriously challenged until the time of Hippocrates.

نوشته‌های بازیابی شده از پزشکان مصر باستان، که قدمت آنها به ۵۰۰۰ سال قبل می‌رسد، نشان می‌دهد که آنها به خوبی از بسیاری از علائم آسیب مغزی آگاه بودند. با این حال، همچنین بسیار واضح است که قلب، نه مغز، جایگاه روح و مخزن خاطرات به حساب می‌آمد. در واقع، در حالی که بقیه بدن به دقت برای زندگی پس از مرگ حفظ می‌شد، مغز متوفی به سادگی از سوراخ‌های بینی بیرون می‌رفت و دور انداخته می‌شد! این دیدگاه که قلب مقر آگاهی و اندیشه است تا زمان بقراط مورد چالش جدی قرار نگرفت.

Views of the Brain Greece in Ancient

Consider the idea that the different parts of your body look different because they serve different purposes. The structures of the feet and hands are very different, for example, because they perform very different functions: We walk on our feet and manipulate objects with our hands. Thus, there appears to be a very clear correlation between structure and function. Differences in appearance predict differences in function.

نماهایی از مغز یونان در باستان

این ایده را در نظر بگیرید که قسمت‌های مختلف بدن شما متفاوت به نظر می‌رسند زیرا اهداف متفاوتی دارند. ساختار پاها و دست‌ها بسیار متفاوت است، برای مثال، زیرا عملکردهای بسیار متفاوتی را انجام می‌دهند: ما روی پاهای خود راه می‌رویم و اشیا را با دستانمان دستکاری می‌کنیم. بنابراین، به نظر می‌رسد یک همبستگی بسیار واضح بین ساختار و عملکرد وجود دارد. تفاوت در ظاهر، تفاوت در عملکرد را پیش بینی می‌کند.

What can we glean about function from the structure of the head? Quick inspection and a few simple experiments (like closing your eyes) reveal that the head is specialized for sensing the environment with the eyes and ears, nose, and tongue. Even crude dissection can trace the nerves from these organs through the skull into the brain. What would you conclude about the brain from these observations?

در مورد عملکرد از ساختار سر چه چیزی می‌توانیم به دست آوریم؟ بازرسی سریع و چند آزمایش ساده (مانند بستن چشم‌ها) نشان می‌دهد که سر برای تشخیص محیط با چشم‌ها و گوش‌ها، بینی و زبان تخصصی است. حتی تشریح خام می‌تواند اعصاب این اندام‌ها را از طریق جمجمه به مغز ردیابی کند. از این مشاهدات چه نتیجه ای در مورد مغز خواهید داشت؟

If your answer is that the brain is the organ of sensation, then you have reached the same conclusion as several Greek scholars of the fourth century B. C. E. The most influential scholar was Hippocrates (460-379 B. C. E.), the father of Western medicine, who believed that the brain was not only involved in sensation but was also the seat of intelligence.

اگر پاسخ شما این است که مغز اندام حسی است، پس به همان نتیجه ای رسیده اید که چندین محقق یونانی قرن چهارم قبل از میلاد مسیح. تأثیرگذارترین محقق، بقراط (۴۶۰-۳۷۹ پ. م.)، پدر طب غربی بود که معتقد بود مغز نه تنها درگیر احساسات است، بلکه مقر هوش نیز است.

This view was not universally accepted, however. The famous Greek philosopher Aristotle (384-322 B. C. E.) clung to the belief that the heart was the center of intellect. What function did Aristotle reserve for the brain? He believed it was a radiator for cooling blood that was overheated by the seething heart. The rational temperament of humans was thus explained by the large cooling capacity of our brain.

با این حال، این دیدگاه عموماً پذیرفته نشد. ارسطو فیلسوف معروف یونانی (۳۸۴-۳۲۲ ق. م.) به این عقیده که قلب مرکز عقل است متمسک بود. ارسطو چه وظیفه ای را برای مغز در نظر می‌گرفت؟ او معتقد بود که رادیاتوری برای خنک کردن خون است که توسط قلب جوشان بیش از حد گرم می‌شود. بنابراین، خلق و خوی منطقی انسان‌ها با ظرفیت خنک کنندگی زیاد مغز ما توضیح داده شد.

Views of the Brain During the Roman Empire

The most important figure in Roman medicine was the Greek physician and writer Galen (130-200 C. E.), who embraced the Hippocratic view of brain function. As physician to the gladiators, he must have witnessed the unfortunate consequences of spine and brain injuries. However, Galen’s opinions about the brain were probably influenced more by his many careful animal dissections. Figure 1. 2 is a drawing of the brain of a sheep, one of Galen’s favorite subjects. Two major parts are evident: the cerebrum in the front and the cerebellum in the back. (The structure of the brain is described in Chapter 7.) Just as we can deduce function from the structure of the hands and feet, Galen tried to deduce function from the structure of the cerebrum and the cerebellum. Poking the freshly dissected brain with a finger reveals the cerebellum is rather hard and the cerebrum rather soft. From this observation, Galen suggested that the cerebrum must receive sensations while the cerebellum must command the muscles. Why such a distinction? He recognized that to form memories, sensations must be imprinted in the brain. Naturally, this must occur in the doughy cerebrum.

دیدگاه‌های مغز در دوران امپراتوری روم

 مهمترین شخصیت در پزشکی رومی، پزشک و نویسنده یونانی جالینوس (۱۳۰-۲۰۰ م.) بود که دیدگاه بقراطی در مورد عملکرد مغز را پذیرفت. او به عنوان پزشک گلادیاتورها باید شاهد عواقب ناگوار صدمات ستون فقرات و مغز بوده باشد. با این حال، نظرات جالینوس در مورد مغز احتمالاً بیشتر تحت تأثیر کالبد شکافی دقیق حیوانات او قرار گرفته است. شکل ۱. ۲ ترسیمی‌از مغز یک گوسفند، یکی از موضوعات مورد علاقه جالینوس است. دو بخش عمده مشهود است: مخ در جلو و مخچه در پشت. (ساختار مغز در فصل ۷ توضیح داده شده است.) همانطور که می‌توانیم عملکرد را از ساختار دست‌ها و پاها استنتاج کنیم، جالینوس نیز تلاش کرد تا عملکرد را از ساختار مخ و مخچه استنتاج کند. ضربه زدن به مغز تازه جدا شده با انگشت نشان می‌دهد که مخچه نسبتاً سفت و مخ نسبتاً نرم است. از این مشاهدات، جالینوس پیشنهاد کرد که مخ باید احساسات را دریافت کند در حالی که مخچه باید به عضلات فرمان دهد. چرا چنین تمایزی؟ او تشخیص داد که برای شکل دادن به خاطرات، احساسات باید در مغز حک شوند. به طور طبیعی، این باید در مغز خمیری رخ دهد.

FIGURE 1. 2
The brain of a sheep. Notice the location and appearance of the cerebrum and the cerebellum.

شکل ۱. ۲ مغز گوسفند. به محل و ظاهر مخ و مخچه توجه کنید.

As improbable as his reasoning may seem, Galen’s deductions were not that far from the truth. The cerebrum, in fact, is largely concerned with sensation and perception, and the cerebellum is primarily a movement control center. Moreover, the cerebrum is a repository of memory. We will see that this is not the only example in the history of neuroscience in which the right general conclusions were reached for the wrong reasons.

همان‌قدر که استدلال او بعید به نظر می‌رسد، استنباط‌های جالینوس چندان دور از واقعیت نبود. در واقع، مخ تا حد زیادی با احساس و ادراک سروکار دارد و مخچه در درجه اول یک مرکز کنترل حرکت است. علاوه بر این، مغز مخزن حافظه است. خواهیم دید که این تنها نمونه در تاریخ علوم اعصاب نیست که در آن به دلایل اشتباه به نتایج کلی درست رسیده است.

How does the brain receive sensations and move the limbs? Galen cut open the brain and found that it is hollow (Figure 1. 3). In these hollow spaces, called ventricles (like the similar chambers in the heart), there is fluid. To Galen, this discovery fit perfectly with the prevailing theory that the body functioned according to a balance of four vital fluids, or humors. Sensations were registered and movements initiated by the movement of humors to or from the brain ventricles via the nerves, which were believed to be hollow tubes, like the blood vessels.

مغز چگونه احساسات را دریافت می‌کند و اندام‌ها را حرکت می‌دهد؟ جالینوس مغز را برید و متوجه شد که توخالی است (شکل ۱. ۳). در این فضاهای توخالی که بطن نامیده می‌شوند (مانند حفره‌های مشابه در قلب) مایعی وجود دارد. از نظر جالینوس، این کشف کاملاً با این نظریه غالب مطابقت دارد که بدن بر اساس تعادل چهار مایع حیاتی یا شوخ طبعی عمل می‌کند. احساسات ثبت شد و حرکات با حرکت هومورها به یا از بطن‌های مغز از طریق اعصاب، که اعتقاد بر این بود که لوله‌های توخالی هستند، مانند رگ‌های خونی، آغاز شد.

FIGURE 1. 3

 A dissected sheep brain showing the ventricles.

شکل ۱. ۳  مغز گوسفند تشریح شده که بطن‌ها را نشان می‌دهد.

Views of the Brain from the Renaissance to the Nineteenth Century

Galen’s view of the brain prevailed for almost 1500 years. During the Renaissance, the great anatomist Andreas Vesalius (1514-1564) added more detail to the structure of the brain (Figure 1. 4). However, the ventricular theory of brain function remained essentially unchallenged. Indeed, the whole concept was strengthened in the early seventeenth century, when French inventors built hydraulically controlled mechanical devices. These devices supported the notion that the brain could be machinelike in its function: Fluid forced out of the ventricles through the nerves might literally “pump you up” and cause the movement of the limbs. After all, don’t the muscles bulge when they contract?

دیدگاه‌های مغز از رنسانس تا قرن نوزدهم

دیدگاه جالینوس در مورد مغز تقریباً برای ۱۵۰۰ سال غالب بود. در دوران رنسانس، آندریاس وسالیوس کالبد شناس بزرگ (۱۵۱۴-۱۵۶۴) جزئیات بیشتری به ساختار مغز اضافه کرد (شکل ۱. ۴). با این حال، تئوری بطنی عملکرد مغز اساساً بدون چالش باقی ماند. در واقع، کل این مفهوم در اوایل قرن هفدهم تقویت شد، زمانی که مخترعان فرانسوی دستگاه‌های مکانیکی با کنترل هیدرولیکی ساختند. این دستگاه‌ها از این ایده پشتیبانی می‌کردند که مغز می‌تواند در عملکرد خود مانند ماشین باشد: مایعی که از طریق اعصاب از بطن‌ها خارج می‌شود، ممکن است به معنای واقعی کلمه شما را “پمپ” کند و باعث حرکت اندام‌ها شود. از این گذشته، آیا ماهیچه‌ها هنگام انقباض برآمدگی ندارند؟

FIGURE 1. 4
Human brain ventricles depicted during the Renaissance. This drawing is from De humani corporis fabrica by Vesalius (1543). The subject was probably a decapitated criminal. Great care was taken to be anatomically correct in depicting the ventricles. (Source: Finger, 1994, Fig. 2. 8.)

شکل ۱. ۴

بطن‌های مغز انسان در دوران رنسانس به تصویر کشیده شد. این نقاشی از De humani corporis fabrica اثر Vesalius (1543) است. موضوع احتمالاً یک جنایتکار سر بریده بود. دقت زیادی در به تصویر کشیدن بطن‌ها از نظر آناتومیک درست انجام شد. (منبع: انگشت، ۱۹۹۴، شکل ۲. ۸.)

A chief advocate of this fluid-mechanical theory of brain function was the French mathematician and philosopher René Descartes (1596-1650). Although he thought this theory could explain the brain and behavior of other animals, Descartes believed it could not possibly account for the full range of human behavior. He reasoned that unlike other animals, people possess intellect and a God-given soul.

یکی از مدافعان اصلی این نظریه مکانیکی سیال در مورد عملکرد مغز، ریاضی دان و فیلسوف فرانسوی رنه دکارت (۱۵۹۶-۱۶۵۰) بود. اگرچه او فکر می‌کرد که این نظریه می‌تواند مغز و رفتار حیوانات دیگر را توضیح دهد، دکارت معتقد بود که احتمالاً نمی‌تواند طیف کامل رفتار انسان را توضیح دهد. او استدلال کرد که بر خلاف سایر حیوانات، مردم دارای عقل و روح خدادادی هستند.

Thus, Descartes proposed that brain mechanisms control only human behavior that is like that of the beasts. Uniquely human mental capabilities exist outside the brain in the “mind. ” Descartes believed that the mind is a spiritual entity that receives sensations and commands movements by communicating with the machinery of the brain via the pineal gland (Figure 1. 5). Today, some people still believe that there is a “mind-brain problem,” that somehow the human mind is distinct from the brain. However, as we shall see in Part III, modern neuroscience research supports a different conclusion: The mind has a physical basis, which is the brain.

بنابراین، دکارت پیشنهاد کرد که مکانیسم‌های مغز فقط رفتار انسان را کنترل می‌کند که شبیه رفتار جانوران است. توانایی‌های ذهنی منحصر به فرد انسان در خارج از مغز در “ذهن” وجود دارد. دکارت معتقد بود که ذهن موجودی معنوی است که با برقراری ارتباط با دستگاه مغز از طریق غده صنوبری، احساسات را دریافت می‌کند و به حرکات فرمان می‌دهد (شکل ۱. ۵). امروزه، برخی از مردم هنوز معتقدند که یک “مسئله ذهن-مغز” وجود دارد، که به نوعی ذهن انسان از مغز متمایز است. با این حال، همانطور که در قسمت سوم خواهیم دید، تحقیقات علوم اعصاب مدرن از نتیجه گیری متفاوتی پشتیبانی می‌کند: ذهن یک مبنای فیزیکی دارد که مغز است.

FIGURE 1. 5
The brain according to Descartes. This drawing appeared in a 1662 publication by Descartes, who thought that hollow nerves from the eyes projected to the brain ventricles. The mind influenced the motor response by controlling the pineal gland (H), which worked like a valve to control the
movement of animal spirits through the nerves that inflated the muscles.
(Source: Finger, 1994, Fig. 2. 16.)

شکل ۱. ۵

مغز از نظر دکارت این نقاشی در سال ۱۶۶۲ توسط دکارت منتشر شد که فکر می‌کرد اعصاب توخالی از چشم‌ها به بطن‌های مغز می‌رسد. ذهن با کنترل غده صنوبری (H) بر پاسخ حرکتی تأثیر می‌گذارد، غده صنوبری (H) که مانند دریچه برای کنترل غده عمل می‌کند.حرکت ارواح حیوانی از طریق اعصابی که عضلات را متورم می‌کند.
(منبع: انگشت، ۱۹۹۴، شکل ۲. ۱۶.)

Fortunately, other scientists during the seventeenth and eighteenth centuries broke away from the traditional focus on the ventricles and began examining the brain’s substance more closely. They observed, for example, two types of brain tissue: the gray matter and the white matter (Figure 1. 6). What structure-function relationship did they propose? White matter, because it was continuous with the nerves of the body, was correctly believed to contain the fibers that bring information to and from the gray matter.

خوشبختانه، دانشمندان دیگر در قرن هفدهم و هجدهم از تمرکز سنتی بر روی بطن‌ها جدا شدند و شروع به بررسی دقیق‌تر ماده مغز کردند. آنها برای مثال دو نوع بافت مغزی را مشاهده کردند: ماده خاکستری و ماده سفید (شکل ۱. ۶). آنها چه رابطه ساختار-عملکردی را پیشنهاد کردند؟ ماده سفید، به دلیل اینکه با اعصاب بدن پیوسته بود، به درستی اعتقاد بر این بود که حاوی الیافی است که اطلاعات را به ماده خاکستری و از آن می‌آورند.

FIGURE 1. 6
White matter
White matter and gray matter. The human brain has been cut open to reveal these two types of tissue.

شکل ۱. ۶ ماده سفید
ماده سفید و ماده خاکستری. مغز انسان برای آشکار کردن این دو نوع بافت بریده شده است.

By the end of the eighteenth century, the nervous system had been completely dissected and its gross anatomy described in detail. Scientists recognized that the nervous system has a central division, consisting of the brain and spinal cord, and a peripheral division, consisting of the network of nerves that course through the body (Figure 1. 7). An important breakthrough in neuroanatomy came with the observation that the same general pattern of bumps (called gyri) and grooves (called sulci and fissures) can be identified on the surface of the brain in every individual (Figure 1. 8). This pattern, which enables the parceling of the cerebrum into lobes, led to speculation that different functions might be localized to the different bumps on the brain. The stage was now set for the era of cerebral localization.

در پایان قرن هجدهم، سیستم عصبی به طور کامل تشریح شده بود و آناتومی‌ناخالص آن به تفصیل شرح داده شده بود. دانشمندان دریافتند که سیستم عصبی دارای یک بخش مرکزی است که شامل مغز و نخاع و یک بخش محیطی است که از شبکه ای از اعصاب تشکیل شده است که از بدن عبور می‌کنند (شکل ۱. ۷). یک پیشرفت مهم در نوروآناتومی‌با مشاهده این که همان الگوی عمومی‌برآمدگی‌ها (به نام gyri) و شیارها (به نام شکاف و شکاف) روی سطح مغز در هر فردی قابل شناسایی است (شکل ۱. ۸) به دست آمد. این الگو، که قطعه‌بندی مغز را به لوب‌ها امکان‌پذیر می‌سازد، منجر به این گمانه‌زنی شد که عملکردهای مختلف ممکن است در برجستگی‌های مختلف روی مغز متمرکز شوند. اکنون صحنه برای عصر محلی سازی مغز آماده شده بود.

FIGURE 1. 7
The basic anatomical subdivisions of the nervous system. The nervous system consists of two divisions, the central nervous system (CNS) and the peripheral nervous system (PNS). The CNS consists of the brain and spinal cord. The three major parts of the brain are the cerebrum, the cerebellum, and the brain stem. The PNS consists of the nerves and nerve cells that lie outside the brain and spinal cord.

شکل ۱. ۷

زیربخش‌های اصلی تشریحی سیستم عصبی. سیستم عصبی از دو بخش تشکیل شده است، سیستم عصبی مرکزی (CNS) و سیستم عصبی محیطی (PNS). CNS از مغز و نخاع تشکیل شده است. سه بخش اصلی مغز عبارتند از: مخ، مخچه و ساقه مغز. PNS شامل اعصاب و سلول‌های عصبی است که در خارج از مغز و نخاع قرار دارند.

FIGURE 1. 8
Cerebellum
The lobes of the cerebrum. Notice the deep Sylvian fissure, dividing the frontal lobe from the temporal lobe, and the central sulcus, dividing the frontal lobe from the parietal lobe. The occipital lobe lies at the back of the brain. These landmarks can be found on all human brains.

شکل ۱. ۸ مخچه
لوب‌های مخ. به شکاف عمیق سیلوین توجه کنید که لوب فرونتال را از لوب تمپورال و شیار مرکزی را تقسیم می‌کند که لوب فرونتال را از لوب جداری تقسیم می‌کند. لوب اکسیپیتال در پشت مغز قرار دارد. این نشانه‌ها را می‌توان در مغز همه انسان‌ها یافت.

Nineteenth-Century Views of the Brain

Let’s review how the nervous system was understood at the end of the eighteenth century:

دیدگاه‌های قرن نوزدهم از مغز

بیایید نحوه درک سیستم عصبی در پایان قرن هجدهم را مرور کنیم:

• Injury to the brain can disrupt sensations, movement, and thought and can cause death.
• The brain communicates with the body via the nerves.

آسیب به مغز می‌تواند احساسات، حرکت و افکار را مختل کند و باعث مرگ شود.

مغز از طریق اعصاب با بدن ارتباط برقرار می‌کند.

The brain has different identifiable parts, which probably perform different functions.

مغز دارای بخش‌های قابل شناسایی متفاوتی است که احتمالاً عملکردهای مختلفی را انجام می‌دهند.

• The brain operates like a machine and follows the laws of nature. During the next 100 years, more would be learned about the function of the brain than had been learned in all of previous recorded history. This work provided the solid foundation on which modern neuroscience rests. Now we’ll look at four key insights gained during the nineteenth century.

مغز مانند یک ماشین عمل می‌کند و از قوانین طبیعت پیروی می‌کند. در طول ۱۰۰ سال آینده، بیشتر از آنچه در تمام تاریخ ثبت شده قبلی آموخته شده بود، در مورد عملکرد مغز یاد می‌شد. این کار پایه محکمی‌را ارائه کرد که علوم اعصاب مدرن بر آن استوار است. اکنون به چهار بینش کلیدی که در طول قرن نوزدهم به دست آمده است نگاه می‌کنیم.

Nerves as Wires. In 1751, Benjamin Franklin published a pamphlet titled Experiments and Observations on Electricity, which heralded a new understanding of electrical phenomena. By the turn of the century, Italian scientist Luigi Galvani and German biologist Emil du Bois-Reymond had shown that muscles can be caused to twitch when nerves are stimulated electrically and that the brain itself can generate electricity. These discoveries finally displaced the notion that nerves communicate with the brain by the movement of fluid. The new concept was that the nerves are “wires” that conduct electrical signals to and from the brain.

اعصاب به عنوان سیم در سال ۱۷۵۱، بنجامین فرانکلین جزوه ای با عنوان آزمایش‌ها و مشاهدات در مورد الکتریسیته منتشر کرد که منادی درک جدیدی از پدیده‌های الکتریکی بود. در آغاز قرن، دانشمند ایتالیایی، لوئیجی گالوانی و زیست‌شناس آلمانی، امیل دو بوآ ریموند، نشان داده بودند که وقتی اعصاب به طور الکتریکی تحریک می‌شوند، ماهیچه‌ها می‌توانند منقبض شوند و خود مغز می‌تواند برق تولید کند. این اکتشافات سرانجام این تصور را که اعصاب با حرکت مایعات با مغز ارتباط برقرار می‌کنند، جایگزین کرد. مفهوم جدید این بود که اعصاب «سیم‌هایی» هستند که سیگنال‌های الکتریکی را به و از مغز هدایت می‌کنند.

Unresolved was whether the signals to the muscles causing movement use the same wires as those that register sensations from the skin. Bidirectional communication along the same wires was suggested by the observation that when a nerve in the body is cut, there is usually a loss of both sensation and movement in the affected region. However, it was also known that within each nerve of the body there are many thin filaments, or nerve fibers, each one of which could serve as an individual wire carrying information in a different direction.

حل نشده این بود که آیا سیگنال‌هایی که به ماهیچه‌هایی که باعث حرکت می‌شوند از سیم‌هایی استفاده می‌کنند که احساسات پوست را ثبت می‌کنند یا خیر. ارتباط دو طرفه در امتداد همان سیم‌ها با مشاهده این موضوع پیشنهاد شد که وقتی یک عصب در بدن قطع می‌شود، معمولاً حس و حرکت در ناحیه آسیب دیده از بین می‌رود. با این حال، همچنین شناخته شده بود که در درون هر عصب بدن، رشته‌های نازک یا رشته‌های عصبی زیادی وجود دارد که هر یک می‌توانند به عنوان یک سیم مجزا برای انتقال اطلاعات در جهت متفاوت عمل کنند.

This question was answered around 1810 by Scottish physician Charles Bell and French physiologist François Magendie. A curious anatomical fact is that just before the nerves attach to the spinal cord, the fibers divide into two branches, or roots. The dorsal root enters toward the back of the spinal cord, and the ventral root enters toward the front (Figure 1. 9). Bell tested the possibility that these two spinal roots carry information in different directions by cutting each root separately and observing the consequences in experimental animals. He found that cutting only the ventral roots caused muscle paralysis. Later, Magendie was able to show that the dorsal roots carry sensory information into the spinal cord. Bell and Magendie concluded that within each nerve is a mixture of many wires, some of which bring information into the brain and spinal cord and others that send information out to the muscles. In each sensory and motor nerve fiber, transmission is strictly one-way. The two kinds of fibers are bundled together for most of their length, but they are anatomically segregated where they enter or exit the spinal cord.

این سوال در حدود سال ۱۸۱۰ توسط پزشک اسکاتلندی چارلز بل و فیزیولوژیست فرانسوی فرانسوا مگندی پاسخ داده شد. یک واقعیت تشریحی عجیب این است که درست قبل از اتصال اعصاب به نخاع، رشته‌ها به دو شاخه یا ریشه تقسیم می‌شوند. ریشه پشتی به سمت پشت طناب نخاعی و ریشه شکمی‌به سمت جلو وارد می‌شود (شکل ۱. ۹). بل این احتمال را که این دو ریشه نخاعی اطلاعات را در جهات مختلف حمل می‌کنند، با بریدن هر ریشه به طور جداگانه و مشاهده عواقب آن در حیوانات آزمایشی آزمایش کرد. او دریافت که بریدن تنها ریشه‌های شکمی‌باعث فلج عضلانی می‌شود. بعدها، مگندی توانست نشان دهد که ریشه‌های پشتی اطلاعات حسی را به نخاع منتقل می‌کنند. بل و مگندی به این نتیجه رسیدند که درون هر عصب ترکیبی از سیم‌های زیادی وجود دارد که برخی از آن‌ها اطلاعات را به مغز و نخاع می‌آورند و برخی دیگر اطلاعات را به ماهیچه‌ها می‌فرستند. در هر رشته عصبی حسی و حرکتی، انتقال کاملاً یک طرفه است. این دو نوع الیاف در بیشتر طول خود به صورت دسته‌بندی شده‌اند، اما از نظر تشریحی در جایی که وارد نخاع می‌شوند یا از آن خارج می‌شوند، جدا می‌شوند.

FIGURE 1. 9

Spinal nerves and spinal nerve roots. Thirty-one pairs of nerves leave the spinal cord to supply the skin and the muscles. Cutting a spinal nerve leads to a loss of sensation and a loss of movement in the affected region of the body. Incoming sensory fibers (red) and outgoing motor fibers (blue) divide into spinal roots where the nerves attach to the spinal cord. Bell and Magendie found that the ventral roots contain only motor fibers and the dorsal roots contain only sensory fibers.

شکل ۱. ۹ 

اعصاب نخاعی و ریشه‌های عصبی نخاعی. سی و یک جفت عصب برای تامین پوست و ماهیچه‌ها از نخاع خارج می‌شوند. بریدن عصب نخاعی منجر به از دست دادن حس و از دست دادن حرکت در ناحیه آسیب دیده بدن می‌شود. فیبرهای حسی ورودی (قرمز) و فیبرهای حرکتی خروجی (آبی) به ریشه‌های نخاعی تقسیم می‌شوند که در آن اعصاب به طناب نخاعی متصل می‌شوند. بل و مگندی دریافتند که ریشه‌های شکمی‌فقط دارای فیبرهای حرکتی و ریشه‌های پشتی فقط دارای رشته‌های حسی هستند.

Localization of Specific Functions to Different Parts of the Brain. If different functions are localized in different spinal roots, then perhaps different functions are also localized in different parts of the brain. In 1811, Bell proposed that the origin of the motor fibers is the cerebellum and the destination of the sensory fibers is the cerebrum.

محلی سازی عملکردهای خاص در قسمت‌های مختلف مغز. اگر عملکردهای مختلف در ریشه‌های ستون فقرات مختلف قرار داشته باشند، شاید عملکردهای متفاوتی نیز در قسمت‌های مختلف مغز موضعی شوند. در سال ۱۸۱۱، بل پیشنهاد کرد که منشا الیاف حرکتی مخچه و مقصد الیاف حسی مخچه است.

 How would you test this proposal? One way is to use the same approach that Bell and Magendie employed to identify the functions of the spinal roots: to destroy these parts of the brain and test for sensory and motor deficits. This approach, in which parts of the brain are systematically destroyed to determine their function, is called the experimental ablation method. In 1823, the esteemed French physiologist Marie-Jean-Pierre Flourens used this method in a variety of animals (particularly birds) to show that the cerebellum does indeed play a role in the coordination of movement. He also concluded that the cerebrum is involved in sensation and perception, as Bell and Galen before him had suggested. Unlike his predecessors, however, Flourens provided solid experimental support for his conclusions.

 چگونه این پیشنهاد را آزمایش می‌کنید؟ یکی از راه‌ها استفاده از همان رویکردی است که بل و مگندی برای شناسایی عملکرد ریشه‌های نخاعی به کار گرفتند: تخریب این بخش‌های مغز و آزمایش نقص حسی و حرکتی. این روش که در آن بخش‌هایی از مغز به طور سیستماتیک تخریب می‌شوند تا عملکرد آن‌ها مشخص شود، روش ابلیشن تجربی نامیده می‌شود. در سال ۱۸۲۳، فیزیولوژیست محترم فرانسوی ماری ژان پیر فلورنس از این روش در انواع حیوانات (به ویژه پرندگان) استفاده کرد تا نشان دهد که مخچه واقعاً در هماهنگی حرکت نقش دارد. او همچنین به این نتیجه رسید که همانطور که بل و جالینوس قبل از او پیشنهاد کرده بودند، مغز در احساس و ادراک نقش دارد. با این حال، فلورنس بر خلاف پیشینیان خود، از نتایج آزمایشی خود حمایت کرد.

What about all those bumps on the brain’s surface? Do they perform different functions as well? The idea that they do was irresistible to a young Austrian medical student named Franz Joseph Gall. Believing that bumps on the surface of the skull reflect bumps on the surface of the brain, Gall proposed in 1809 that the propensity for certain personal-ity traits, such as generosity, secretiveness, and destructiveness, could be related to the dimensions of the head (Figure 1. 10). To support his claim, Gall and his followers collected and carefully measured the skulls of hundreds of people representing an extensive range of personality types, from the very gifted to the criminally insane. This new “science” of correlating the structure of the head with personality traits was called phrenology. Although the claims of the phrenologists were never taken seriously by the mainstream scientific community, they did capture the popular imagination of the time. In fact, a textbook on phrenology published in 1827 sold over 100,000 copies.

در مورد تمام آن برجستگی‌های روی سطح مغز چطور؟ آیا آنها عملکردهای مختلفی را نیز انجام می‌دهند؟ ایده ای که آنها انجام می‌دهند برای یک دانشجوی جوان اتریشی پزشکی به نام فرانتس جوزف گال غیرقابل مقاومت بود. گال با اعتقاد به اینکه برجستگی‌های سطح جمجمه منعکس کننده برجستگی‌های سطح مغز است، در سال ۱۸۰۹ پیشنهاد کرد که تمایل به برخی ویژگی‌های شخصیتی مانند سخاوت، رازداری و مخرب بودن، می‌تواند با ابعاد سر مرتبط باشد (شکل ۱. ۱۰). گال و پیروانش برای حمایت از ادعای او، جمجمه صدها نفر را که طیف وسیعی از تیپ‌های شخصیتی را نشان می‌دادند، از افراد بسیار با استعداد گرفته تا مجنون جنایتکاران، جمع آوری و اندازه گیری کردند. این “علم” جدید مرتبط ساختن ساختار سر با ویژگی‌های شخصیتی فرنولوژی نامیده شد. اگرچه ادعاهای فرنولوژیست‌ها هرگز توسط جامعه علمی‌اصلی جدی گرفته نشد، اما آنها تصورات عمومی‌آن زمان را به خود جلب کردند. در واقع، کتاب درسی فرنولوژی که در سال ۱۸۲۷ منتشر شد، بیش از ۱۰۰۰۰۰ نسخه فروخت.

FIGURE 1. 10
A phrenological map. According to Gall and his followers, different behavioral traits could be related to the size of different parts of the skull. (Source: Clarke and O’Malley, 1968, Fig. 118.)

شکل ۱. ۱۰  نقشه فرنولوژیکی به گفته گال و پیروانش، ویژگی‌های رفتاری متفاوتی را می‌توان به اندازه قسمت‌های مختلف جمجمه مرتبط دانست. (منبع: کلارک و اومالی، ۱۹۶۸، شکل ۱۱۸.)

One of the most vociferous critics of phrenology was Flourens, the same man who had shown experimentally that the cerebellum and cerebrum perform different functions. His grounds for criticism were sound. For one thing, the shape of the skull is not correlated with the shape of the brain. In addition, Flourens performed experimental ablations showing that particular traits are not isolated to the portions of the cerebrum specified by phrenology. Flourens also maintained, however, that all regions of the cerebrum participate equally in all cerebral functions, a conclusion later shown to be erroneous.

یکی از پر سر و صداترین منتقدان فرنولوژی فلورنس بود، همان مردی که به طور تجربی نشان داده بود که مخچه و مخ عملکردهای متفاوتی دارند. زمینه‌های انتقاد او درست بود. برای یک چیز، شکل جمجمه با شکل مغز ارتباطی ندارد. علاوه بر این، فلورنز ابلیشن‌های آزمایشی را انجام داد که نشان می‌دهد صفات خاص در بخش‌هایی از مغز که توسط فرنولوژی مشخص شده است، جدا نیستند. فلورنس همچنین اظهار داشت، با این حال، تمام مناطق مغز به طور مساوی در تمام عملکردهای مغزی شرکت می‌کنند، نتیجه ای که بعداً نشان داده شد که اشتباه است.

The person usually credited with tilting the scales of scientific opinion firmly toward localization of functions in the cerebrum was French neurologist Paul Broca (Figure 1. 11). Broca was presented with a patient who could understand language but could not speak. After the man’s death in 1861, Broca carefully examined his brain and found a lesion in the left frontal lobe (Figure 1. 12). Based on this case and several others like it, Broca concluded that this region of the human cerebrum was specifically responsible for the production of speech.

شخصی که معمولاً با کج کردن مقیاس عقاید علمی‌به طور محکم به سمت محلی سازی عملکردها در مغز شناخته می‌شود، عصب شناس فرانسوی پل بروکا بود (شکل ۱. ۱۱). بروکا با یک بیمار آشنا شد که می‌توانست زبان را بفهمد اما نمی‌توانست صحبت کند. پس از مرگ این مرد در سال ۱۸۶۱، بروکا مغز او را به دقت بررسی کرد و ضایعه ای در لوب پیشانی چپ پیدا کرد (شکل ۱. ۱۲). بر اساس این مورد و چندین مورد دیگر مانند آن، بروکا به این نتیجه رسید که این ناحیه از مغز انسان به طور خاص مسئول تولید گفتار است.

FIGURE 1. 11
Paul Broca (1824-1880). By carefully studying the brain of a man who had lost the faculty of speech after a brain lesion (see Figure 1. 12), Broca became convinced that different functions could be localized to different parts of the cerebrum. (Source: Clarke and O’Malley, 1968, Fig. 121.)

شکل ۱. ۱۱

پل بروکا (۱۸۲۴-۱۸۸۰). بروکا با مطالعه دقیق مغز مردی که پس از یک ضایعه مغزی توانایی تکلم خود را از دست داده بود (به شکل ۱. ۱۲ مراجعه کنید)، متقاعد شد که عملکردهای مختلف را می‌توان در قسمت‌های مختلف مغز قرار داد. (منبع: کلارک و اومالی، ۱۹۶۸، شکل ۱۲۱.)

FIGURE 1. 12
The brain that convinced Broca of localization of function in the cerebrum. This is the preserved brain of a patient who had lost the ability to speak before he died in 1861. The lesion that produced this deficit is circled. (Source: Corsi, 1991, Fig. III, 4.)

شکل ۱. ۱۲

مغزی که بروکا را متقاعد کرد که عملکرد آن در مغز قرار دارد. این مغز مریضی است که قبل از مرگش در سال ۱۸۶۱ توانایی صحبت کردن را از دست داده بود. (منبع: کورسی، ۱۹۹۱، شکل III، ۴.)

Solid experimental support for cerebral localization in animals quickly followed. German physiologists Gustav Fritsch and Eduard Hitzig showed in 1870 that applying small electrical currents to a circumscribed region of the exposed surface of the brain of a dog could elicit discrete movements. Scottish neurologist David Ferrier repeated these experiments with monkeys. In 1881, he showed that removal of this same region of the cerebrum causes paralysis of the muscles. Similarly, German physiologist Hermann Munk using experimental ablation found evidence that the occipital lobe of the cerebrum was specifically required for vision.

پشتیبانی تجربی جامد برای مکان یابی مغزی در حیوانات به سرعت دنبال شد. فیزیولوژیست‌های آلمانی گوستاو فریچ و ادوارد هیتسیگ در سال ۱۸۷۰ نشان دادند که اعمال جریان‌های الکتریکی کوچک به ناحیه‌ای از سطح در معرض دید یک سگ می‌تواند حرکات گسسته را ایجاد کند. دیوید فریر، عصب شناس اسکاتلندی، این آزمایشات را با میمون‌ها تکرار کرد. در سال ۱۸۸۱، او نشان داد که برداشتن همین ناحیه از مغز باعث فلج شدن عضلات می‌شود. به طور مشابه، فیزیولوژیست آلمانی هرمان مونک با استفاده از ابلیشن تجربی شواهدی پیدا کرد که نشان می‌دهد لوب پس سری مخ به طور خاص برای بینایی مورد نیاز است.

As you will see in Part II of this book, we now know that there is a very clear division of labor in the cerebrum, with different parts performing very different functions. Today’s maps of the functional divisions of the cerebrum rival even the most elaborate of those produced by the phrenologists. The big difference is that unlike the phrenologists, scientists today require solid experimental evidence before attributing a specific function to a portion of the brain. All the same, Gall seems to have had in part the right general idea. It is natural to wonder why Flourens, the pioneer of brain localization of function, was misled into believing that the cerebrum acted as a whole and could not be subdivided. This gifted experimentalist may have missed cerebral localization for many different reasons, but it seems clear that one reason was his visceral disdain for Gall and phrenology. He could not bring himself to agree even remotely with Gall, whom he viewed as a lunatic. This reminds us that science, for better or worse, was and still is subject to both the strengths and the weaknesses of human nature.

همانطور که در قسمت دوم این کتاب خواهید دید، اکنون می‌دانیم که تقسیم کار بسیار واضحی در مغز وجود دارد، با بخش‌های مختلف وظایف بسیار متفاوتی را انجام می‌دهند. نقشه‌های امروزی تقسیم‌بندی‌های عملکردی مغز، حتی با دقیق‌ترین نقشه‌هایی که توسط فرنولوژیست‌ها تهیه شده‌اند، رقیب هستند. تفاوت بزرگ این است که برخلاف فرنولوژیست‌ها، امروزه دانشمندان قبل از نسبت دادن یک عملکرد خاص به بخشی از مغز، به شواهد تجربی محکمی‌نیاز دارند. با این حال، به نظر می‌رسد گال تا حدی ایده کلی درستی داشته است. طبیعی است که تعجب کنیم که چرا فلورنس، پیشگام محلی سازی عملکرد مغز، گمراه شد و معتقد بود که مغز به عنوان یک کل عمل می‌کند و نمی‌توان آن را تقسیم کرد. این تجربی‌شناس با استعداد ممکن است به دلایل مختلف، مکان‌یابی مغزی را از دست داده باشد، اما به نظر واضح است که یکی از دلایل آن بی‌اعتنایی درونی او به گال و فرنولوژی بود. او نمی‌توانست حتی از راه دور با گال که او را دیوانه می‌دید موافق باشد. این به ما یادآوری می‌کند که علم، چه خوب و چه بد، تابع نقاط قوت و ضعف طبیعت بشر بوده و هست.

The Evolution of Nervous Systems. In 1859, English biologist Charles Darwin (Figure 1. 13) published On the Origin of Species. This landmark work articulates a theory of evolution: that species of organisms evolved from a common ancestor. According to his theory, differences among species arise by a process Darwin called natural selection. As a result of the mechanisms of reproduction, the physical traits of the offspring are sometimes different from those of the parents. If such traits hold an advantage for survival, the offspring themselves will be more likely to survive to reproduce, thus increasing the likelihood that the advantageous traits are passed on to the next generation. Over the course of many generations, this process led to the development of traits that distinguish species today: flippers on harbor seals, paws on dogs, hands on raccoons, and so on. This single insight revolutionized biology. Today, scientific evidence in many fields ranging from anthropology to molecular genetics overwhelmingly supports the theory of evolution by natural selection.

تکامل سیستم‌های عصبی. در سال ۱۸۵۹، چارلز داروین زیست شناس انگلیسی (شکل ۱. ۱۳) درباره منشاء گونه‌ها را منتشر کرد. این اثر برجسته یک نظریه تکامل را بیان می‌کند: این که گونه‌های موجودات از یک نیای مشترک تکامل یافته اند. بر اساس نظریه او، تفاوت‌ها در میان گونه‌ها با فرآیندی به نام انتخاب طبیعی داروین به وجود می‌آیند. در نتیجه مکانیسم‌های تولید مثل، گاهی اوقات ویژگی‌های جسمانی فرزندان با ویژگی‌های والدین متفاوت است. اگر چنین صفاتی مزیتی برای بقا داشته باشند، خود فرزندان احتمال بیشتری برای زنده ماندن برای تولید مثل خواهند داشت، بنابراین احتمال انتقال صفات مفید به نسل بعدی افزایش می‌یابد. در طول چندین نسل، این روند منجر به ایجاد ویژگی‌هایی شد که امروزه گونه‌ها را متمایز می‌کند: باله در فوک‌های بندرگاه، پنجه روی سگ، دست روی راکون و غیره. این بینش واحد زیست شناسی را متحول کرد. امروزه، شواهد علمی‌در بسیاری از زمینه‌ها، از انسان‌شناسی گرفته تا ژنتیک مولکولی، به‌طور گسترده‌ای از نظریه تکامل توسط انتخاب طبیعی حمایت می‌کنند.

FIGURE 1. 13
Charles Darwin (1809-1882). Darwin proposed his theory of evolution, explaining how species evolve through the process of natural selection.

شکل ۱. ۱۳ چارلز داروین (۱۸۰۹-۱۸۸۲). داروین نظریه تکامل خود را ارائه کرد و توضیح داد که چگونه گونه‌ها از طریق فرآیند انتخاب طبیعی تکامل می‌یابند.

Darwin included behavior among the heritable traits that could evolve. For example, he observed that many mammalian species show the same reaction when frightened: The pupils of the eyes get bigger, the heart races, hairs stand on end. This is as true for a human as it is for a dog. To Darwin, the similarities of this response pattern indicated that these different species evolved from a common ancestor that possessed the same behavioral trait, which was advantageous presumably because it facilitated escape from predators. Because behavior reflects the activity of the nervous system, we can infer that the brain mechanisms that underlie this fear reaction may be similar, if not identical, across these species.

داروین رفتار را در میان صفات ارثی قرار داد که می‌توانست تکامل یابد. به عنوان مثال، او مشاهده کرد که بسیاری از گونه‌های پستانداران هنگام ترسیدن، واکنش مشابهی نشان می‌دهند: مردمک چشم‌ها بزرگ‌تر می‌شوند، ضربان قلب، موها سیخ می‌شوند. این به همان اندازه که برای یک سگ صادق است برای یک انسان نیز صادق است. از نظر داروین، شباهت‌های این الگوی پاسخ نشان می‌دهد که این گونه‌های مختلف از یک اجداد مشترک تکامل یافته‌اند که دارای ویژگی رفتاری یکسانی بود، که احتمالاً به این دلیل سودمند بود که فرار از شکارچیان را تسهیل می‌کرد. از آنجایی که رفتار منعکس کننده فعالیت سیستم عصبی است، می‌توانیم استنباط کنیم که مکانیسم‌های مغزی که زمینه ساز این واکنش ترس هستند، ممکن است در این گونه‌ها مشابه، اگر نه یکسان باشند.

 The idea that the nervous systems of different species evolved from common ancestors and may have common mechanisms is the rationale for relating the results of animal experiments to humans. For example, many of the details of electrical impulse conduction along nerve fibers were discovered first in the squid but are now known to apply equally well to humans. Most neuroscientists today use animal models to examine processes they wish to understand in humans. For example, rats show clear signs of addiction if they are repeatedly given the chance to self-administer cocaine. Consequently, rats provide a valuable animal model for research focused on understanding how psychoactive drugs exert their effects on the nervous system.

این ایده که سیستم‌های عصبی گونه‌های مختلف از اجداد مشترک تکامل یافته اند و ممکن است مکانیسم‌های مشترکی داشته باشند، دلیل منطقی برای ارتباط نتایج آزمایش‌های حیوانی با انسان است. به عنوان مثال، بسیاری از جزئیات رسانش تکانه الکتریکی در امتداد رشته‌های عصبی ابتدا در ماهی مرکب کشف شد، اما اکنون شناخته شده است که به همان اندازه برای انسان نیز کاربرد دارد. اکثر دانشمندان علوم اعصاب امروزه از مدل‌های حیوانی برای بررسی فرآیندهایی که می‌خواهند در انسان درک کنند استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، اگر موش‌ها به طور مکرر فرصت مصرف کوکائین را داشته باشند، نشانه‌های واضحی از اعتیاد را نشان می‌دهند. در نتیجه، موش‌ها مدل حیوانی ارزشمندی را برای تحقیقات متمرکز بر درک چگونگی تأثیر داروهای روان‌گردان بر روی سیستم عصبی ارائه می‌کنند.

On the other hand, many behavioral traits are highly specialized for the environment (or niche) a species normally occupies. For example, monkeys swinging from branch to branch have a keen sense of sight, while rats slinking through underground tunnels have poor vision but a highly evolved sense of touch using their snout whiskers. Adaptations are reflected in the structure and function of the brain of every species. By comparing the specializations of the brains of different species, neuroscientists have been able to identify which parts of the brain are specialized for different behavioral functions. Examples for monkeys and rats are shown in Figure 1. 14.

از سوی دیگر، بسیاری از ویژگی‌های رفتاری برای محیط (یا طاقچه) که یک گونه به طور معمول اشغال می‌کند، بسیار تخصصی هستند. به عنوان مثال، میمون‌هایی که از شاخه‌ای به شاخه‌ای تاب می‌خورند، دارای حس بینایی قوی هستند، در حالی که موش‌هایی که از طریق تونل‌های زیرزمینی می‌چرخند، دید ضعیفی دارند اما حس لامسه با استفاده از سبیل‌های پوزه‌شان بسیار تکامل‌یافته است. سازگاری‌ها در ساختار و عملکرد مغز هر گونه منعکس می‌شود. با مقایسه تخصص‌های مغز گونه‌های مختلف، دانشمندان علوم اعصاب توانسته‌اند تشخیص دهند که کدام قسمت‌های مغز برای عملکردهای مختلف رفتاری تخصصی هستند. نمونه‌هایی برای میمون‌ها و موش‌ها در شکل ۱. ۱۴ نشان داده شده است.

FIGURE 1. 14
Different brain specializations in monkeys and rats. (a) The brain of the macaque monkey has a highly evolved sense of sight. The boxed region receives information from the eyes. When this region is sliced open and stained to show metabolically active tissue, a mosaic of “blobs” appears. The neurons within the blobs are specialized to analyze colors in the visual world. (b) The brain of a rat has a highly evolved sense of touch to the face. The boxed region receives information from the whiskers. When this region is sliced open and stained to show the location of the neurons, a mosaic of “barrels” appears. Each barrel is specialized to receive input from a single whisker on the rat’s face. (Photomicrographs courtesy of Dr. S. H. C. Hendry.)

شکل ۱. ۱۴

تخصص‌های مختلف مغز در میمون‌ها و موش‌ها. الف) مغز میمون ماکاک دارای حس بینایی بسیار تکامل یافته است. ناحیه جعبه ای اطلاعات را از چشم‌ها دریافت می‌کند. هنگامی‌که این ناحیه برش داده می‌شود و برای نشان دادن بافت فعال متابولیکی رنگ آمیزی می‌شود، موزاییکی از “حباب‌ها” ظاهر می‌شود. نورون‌های درون حباب‌ها برای تجزیه و تحلیل رنگ‌ها در دنیای بصری تخصصی هستند. (ب) مغز موش دارای حس لامسه به صورت بسیار تکامل یافته است. منطقه جعبه ای اطلاعات را از سبیل‌ها دریافت می‌کند. هنگامی‌که این ناحیه برش داده می‌شود و برای نشان دادن محل نورون‌ها رنگ می‌شود، موزاییکی از “بشکه‌ها” ظاهر می‌شود. هر بشکه برای دریافت ورودی از یک سبیل روی صورت موش ویژه است. (عکس‌ها توسط دکتر S. H. C. Hendry.)

The Neuron: The Basic Functional Unit of the Brain. Technical advances in microscopy during the early 1800s gave scientists their first opportunity to examine animal tissues at high magnifications. In 1839, German zoologist Theodor Schwann proposed what came to be known as the cell theory: All tissues are composed of microscopic units called cells.

نورون: واحد عملکردی اساسی مغز. پیشرفت‌های فنی در میکروسکوپ در اوایل دهه ۱۸۰۰ به دانشمندان اولین فرصت را برای بررسی بافت‌های حیوانی با بزرگنمایی‌های بالا داد. در سال ۱۸۳۹، جانورشناس آلمانی تئودور شوان نظریه سلولی را پیشنهاد داد: همه بافت‌ها از واحدهای میکروسکوپی به نام سلول تشکیل شده اند.

Although cells in the brain had been identified and described, there was still controversy at that time about whether the individual “nerve cell” was actually the basic unit of brain function. Nerve cells usually have a number of thin projections, or processes, that extend from a central cell body (Figure 1. 15). Initially, scientists could not decide whether the processes from different cells fuse together as do blood vessels in the circulatory system. If this were true, then the “nerve net” of connected nerve cells would represent the elementary unit of brain function.

اگرچه سلول‌های مغز شناسایی و توصیف شده بودند، اما در آن زمان هنوز در مورد اینکه آیا “سلول عصبی” منفرد واحد اصلی عملکرد مغز است یا خیر، بحث و جدل وجود داشت. سلول‌های عصبی معمولاً دارای تعدادی برآمدگی یا فرآیندهای نازک هستند که از یک جسم سلولی مرکزی امتداد می‌یابند (شکل ۱. ۱۵). در ابتدا، دانشمندان نمی‌توانستند تصمیم بگیرند که آیا فرآیندهای سلول‌های مختلف مانند رگ‌های خونی در سیستم گردش خون با هم ترکیب می‌شوند یا خیر. اگر این درست بود، «شبکه عصبی» سلول‌های عصبی متصل واحد اولیه عملکرد مغز را نشان می‌داد.

FIGURE 1. 15
An early depiction of a nerve cell. Published in 1865, this drawing by German anatomist Otto Deiters shows a nerve cell, or neuron, and its many projections, called neurites. For a time it was thought that the neurites from different neurons might fuse together like the blood vessels of the circulatory system. We now know that neurons are distinct entities that communicate using chemical and electrical signals. (Source: Clarke and O’Malley, 1968, Fig. 16.)

شکل ۱. ۱۵

تصویر اولیه یک سلول عصبی. این نقاشی که در سال ۱۸۶۵ توسط آناتومیست آلمانی Otto Deiters منتشر شد، یک سلول عصبی یا نورون و برجستگی‌های متعدد آن به نام نوریت را نشان می‌دهد. برای مدتی تصور می‌شد که نوریت‌های نورون‌های مختلف ممکن است مانند رگ‌های خونی سیستم گردش خون با هم ترکیب شوند. اکنون می‌دانیم که نورون‌ها موجودات مجزایی هستند که با استفاده از سیگنال‌های شیمیایی و الکتریکی ارتباط برقرار می‌کنند. (منبع: کلارک و اومالی، ۱۹۶۸، شکل ۱۶.)

Chapter 2 presents a brief history of how this issue was resolved. Suffice it to say that by 1900, the individual nerve cell, now called the neuron, was recognized to be the basic functional unit of the nervous system.

در فصل دوم تاریخچه مختصری از چگونگی حل این مشکل ارائه می‌شود. کافی است بگوییم که تا سال ۱۹۰۰، سلول عصبی منفرد، که اکنون نورون نامیده می‌شود، به عنوان واحد عملکردی اساسی سیستم عصبی شناخته شد.

NEUROSCIENCE TODAY

The history of modern neuroscience is still being written, and the accomplishments to date form the basis for this textbook. We will discuss the most recent developments in the coming chapters. Before we do, let’s take a look at how brain research is conducted today and why it is so important to society.

علوم اعصاب امروز

تاریخچه علوم اعصاب مدرن هنوز در حال نگارش است و دستاوردهای تا به امروز مبنای این کتاب درسی است. در فصل‌های آتی درباره آخرین تحولات بحث خواهیم کرد. قبل از انجام این کار، بیایید نگاهی بیندازیم که امروزه چگونه تحقیقات مغز انجام می‌شود و چرا برای جامعه اهمیت دارد.

Levels of Analysis

History has clearly shown that understanding how the brain works is a big challenge. To reduce the complexity of the problem, neuroscientists break it into smaller pieces for systematic experimental analysis. This is called the reductionist approach. The size of the unit of study defines what is often called the level of analysis. In ascending order of complexity, these levels are molecular, cellular, systems, behavioral, and cognitive.

سطوح تجزیه و تحلیل

تاریخ به وضوح نشان داده است که درک نحوه عملکرد مغز یک چالش بزرگ است. برای کاهش پیچیدگی مشکل، دانشمندان علوم اعصاب آن را برای تجزیه و تحلیل آزمایشی سیستماتیک به قطعات کوچکتر تقسیم می‌کنند. به این رویکرد تقلیل گرایانه می‌گویند. اندازه واحد مطالعه آنچه را که اغلب سطح تجزیه و تحلیل نامیده می‌شود، مشخص می‌کند. به ترتیب صعودی پیچیدگی، این سطوح مولکولی، سلولی، سیستمی، رفتاری و شناختی هستند.

 Molecular Neuroscience. The brain has been called the most complex piece of matter in the universe. Brain matter consists of a fantastic variety of molecules, many of which are unique to the nervous system. These different molecules play many different roles that are crucial for brain function: messengers that allow neurons to communicate with one another, sentries that control what materials can enter or leave neurons, conductors that orchestrate neuron growth, archivists of past experiences. The study of the brain at this most elementary level is called molecular neuroscience.

علوم اعصاب مولکولی. مغز پیچیده ترین قطعه ماده در جهان نامیده شده است. ماده مغز متشکل از انواع فوق العاده ای از مولکول‌ها است که بسیاری از آنها منحصر به سیستم عصبی هستند. این مولکول‌های مختلف نقش‌های مختلفی را ایفا می‌کنند که برای عملکرد مغز بسیار مهم هستند: پیام‌رسان‌هایی که به نورون‌ها اجازه می‌دهند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، نگهبان‌هایی که کنترل می‌کنند چه موادی می‌توانند وارد نورون‌ها یا خارج شوند،‌هادی‌هایی که رشد نورون‌ها را هماهنگ می‌کنند، بایگانی‌کنندگان تجربیات گذشته. مطالعه مغز در ابتدایی ترین سطح را علم اعصاب مولکولی می‌نامند.

Cellular Neuroscience. The next level of analysis is cellular neuroscience, which focuses on studying how all those molecules work together to give neurons their special properties. Among the questions asked at this level are: How many different types of neurons are there, and how do they differ in function? How do neurons influence other neurons? How do neurons become “wired together” during fetal development? How do neurons perform computations?

عصب شناسی سلولی. سطح بعدی تجزیه و تحلیل، علوم اعصاب سلولی است، که بر مطالعه چگونگی کار همه این مولکول‌ها با هم برای دادن ویژگی‌های خاص نورون‌ها تمرکز دارد. از جمله سوالاتی که در این سطح پرسیده می‌شود این است: چند نوع نورون مختلف وجود دارد و عملکرد آنها چگونه است؟ نورون‌ها چگونه بر روی دیگر نورون‌ها تأثیر می‌گذارند؟ چگونه نورون‌ها در طول رشد جنین به هم متصل می‌شوند؟ نورون‌ها چگونه محاسبات را انجام می‌دهند؟

Systems Neuroscience. Constellations of neurons form complex circuits that perform a common function, such as vision or voluntary movement. Thus, we can speak of the “visual system” and the “motor system,” each of which has its own distinct circuitry within the brain. At this level of analysis, called systems neuroscience, neuroscientists study how different neural circuits analyze sensory information, form perceptions of the external world, make decisions, and execute movements.

علوم اعصاب سیستم‌ها. صورت فلکی نورون‌ها مدارهای پیچیده ای را تشکیل می‌دهند که عملکرد مشترکی مانند بینایی یا حرکت ارادی را انجام می‌دهند. بنابراین، ما می‌توانیم از “سیستم بینایی” و “سیستم حرکتی” صحبت کنیم، که هر یک مدار مجزای خود را در مغز دارند. در این سطح از تجزیه و تحلیل، که علم اعصاب سیستمی‌نامیده می‌شود، دانشمندان علوم اعصاب مطالعه می‌کنند که چگونه مدارهای عصبی مختلف اطلاعات حسی را تجزیه و تحلیل می‌کنند، ادراکات دنیای بیرون را شکل می‌دهند، تصمیم می‌گیرند و حرکات را اجرا می‌کنند.

Behavioral Neuroscience. How do neural systems work together to produce integrated behaviors? For example, are different forms of memory accounted for by different systems? Where in the brain do “mind-altering” drugs act, and what is the normal contribution of these systems to the
regulation of mood and behavior? What neural systems account for gender-specific behaviors? Where are dreams created and what do they reveal? These questions are studied in behavioral neuroscience.

علوم اعصاب رفتاری. چگونه سیستم‌های عصبی برای ایجاد رفتارهای یکپارچه با هم کار می‌کنند؟ به عنوان مثال، آیا اشکال مختلف حافظه توسط سیستم‌های مختلف محاسبه می‌شود؟ داروهای “تغییر دهنده ذهن” در کجای مغز عمل می‌کنند و سهم طبیعی این سیستم‌ها در 

 تنظیم خلق و خو و رفتار؟ چه سیستم‌های عصبی رفتارهای جنسیتی خاص را در نظر می‌گیرند؟ رویاها کجا خلق می‌شوند و چه چیزی را آشکار می‌کنند؟ این سوالات در علوم اعصاب رفتاری مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

Cognitive Neuroscience. Perhaps the greatest challenge of neuroscience is understanding the neural mechanisms responsible for the higher levels of human mental activity, such as self-awareness, imagination, and language. Research at this level, called cognitive neuroscience, studies how the activity of the brain creates the mind.

علوم اعصاب شناختی. شاید بزرگترین چالش علم اعصاب درک مکانیسم‌های عصبی مسئول سطوح بالاتر فعالیت ذهنی انسان مانند خودآگاهی، تخیل و زبان باشد. تحقیقات در این سطح که علوم اعصاب شناختی نامیده می‌شود، به مطالعه چگونگی ایجاد ذهن توسط فعالیت مغز می‌پردازد.

Neuroscientists

“Neuroscientis” sounds impressive, kind of tlike “rocket scientist. ” But we were all students once, just like you. For whatever reason-maybe we wanted to know why our eyesight was poor, or why a family member suffered a loss of speech after a stroke-we came to share a thirst for knowledge of how the brain works. Perhaps you will, too.

عصب شناسان

«عصب‌شناسی» تأثیرگذار به نظر می‌رسد، به نوعی شبیه «دانشمند موشکی». اما ما هم یک بار مثل شما دانشجو بودیم. به هر دلیلی شاید ما می‌خواستیم بدانیم چرا بینایی ما ضعیف است یا چرا یکی از اعضای خانواده بعد از سکته از قدرت تکلم رنج می‌برد ما تشنگی برای آگاهی از نحوه عملکرد مغز به اشتراک گذاشتیم. شاید شما هم بخواهید.

Being a neuroscientist is rewarding, but it does not come easily. Many years of training are required. One may begin by helping out in a research lab during or after college and then going to graduate school to earn a Ph. D. or an M. D. (or both). Several years of post-doctoral training usually follow, learning new techniques or ways of thinking under the direction of an established neuroscientist. Finally, the “young” neuroscientist is ready to set up shop at a university, institute, or hospital.

عصب شناس بودن پاداش دارد، اما به راحتی به دست نمی‌آید. سالها آموزش لازم است. ممکن است شخص با کمک به آزمایشگاه تحقیقاتی در طول یا بعد از کالج شروع کند و سپس به تحصیلات تکمیلی برود تا مدرک دکترا بگیرد. یا M. D (یا هر دو). معمولاً چندین سال آموزش پس از دکترا، یادگیری تکنیک‌ها یا روش‌های جدید تفکر زیر نظر یک متخصص مغز و اعصاب شناخته می‌شود. سرانجام، متخصص مغز و اعصاب «جوان» آماده است تا در دانشگاه، مؤسسه یا بیمارستان، فروشگاهی راه اندازی کند.

Broadly speaking, neuroscience research (and neuroscientists) may be divided into three types: clinical, experimental, and theoretical. Clinical research is mainly conducted by physicians (M. D. s). The main medical specialties associated with the human nervous system are neurology, psychiatry, neurosurgery, and neuropathology (Table 1. 1). Many who conduct clinical research continue in the tradition of Broca, attempting to deduce from the behavioral effects of brain damage the functions of various parts of the brain. Others conduct studies to assess the benefits and risks of new types of treatment.

به طور کلی، تحقیقات علوم اعصاب (و دانشمندان علوم اعصاب) را می‌توان به سه نوع تقسیم کرد: بالینی، تجربی و نظری. تحقیقات بالینی عمدتاً توسط پزشکان (M. D. s) انجام می‌شود. تخصص‌های پزشکی اصلی مرتبط با سیستم عصبی انسان عبارتند از: اعصاب، روانپزشکی، جراحی مغز و اعصاب و آسیب شناسی عصبی (جدول ۱. ۱). بسیاری از کسانی که تحقیقات بالینی انجام می‌دهند به سنت بروکا ادامه می‌دهند و تلاش می‌کنند از اثرات رفتاری آسیب مغزی عملکرد بخش‌های مختلف مغز را استنتاج کنند. دیگران مطالعاتی را برای ارزیابی مزایا و خطرات انواع جدید درمان انجام می‌دهند.

TABLE 1. 1 Medical Specialists Associated with the Nervous System

جدول ۱. ۱ متخصصین پزشکی مرتبط با سیستم عصبی

Despite the obvious value of clinical research, the foundation for all medical treatments of the nervous system continues to be laid by experimental neuroscientists, who may hold either an M. D. or a Ph. D. The experimental approaches to studying the brain are so broad that they include almost every conceivable methodology. Neuroscience is highly interdisciplinary; however, expertise in a particular methodology may distinguish one neuroscientist from another. Thus, there are neuroanatomists, who use sophisticated microscopes to trace connections in the brain; neurophysiologists, who use electrodes to measure the brain’s electrical activity, neuropharmacologists, who use drugs to study the chemistry of brain function; molecular neurobiologists, who probe the genetic material of neurons to find clues about the structure of brain molecules; and so on. Table 1. 2 lists some of the types of experimental neuroscientists.

علیرغم ارزش آشکار تحقیقات بالینی، پایه و اساس تمام درمان‌های پزشکی سیستم عصبی توسط عصب شناسان تجربی، که ممکن است دارای مدرک M. D یا Ph. D باشند، ادامه دارد. رویکردهای تجربی برای مطالعه مغز آنقدر گسترده است که تقریباً همه روش‌شناسی قابل تصور را شامل می‌شود. علوم اعصاب بسیار بین رشته ای است. با این حال، تخصص در یک روش شناسی خاص ممکن است یک عصب شناس را از دیگری متمایز کند. بنابراین، نوروناتومیست‌هایی وجود دارند که از میکروسکوپ‌های پیچیده برای ردیابی اتصالات در مغز استفاده می‌کنند. فیزیولوژیست‌های اعصاب، که از الکترودها برای اندازه گیری فعالیت الکتریکی مغز استفاده می‌کنند، نوروفارماکولوژیست‌ها، که از داروها برای مطالعه شیمی‌عملکرد مغز استفاده می‌کنند. نوروبیولوژیست‌های مولکولی، که مواد ژنتیکی نورون‌ها را برای یافتن سرنخ‌هایی در مورد ساختار مولکول‌های مغز بررسی می‌کنند. و غیره جدول ۱. ۲ برخی از انواع عصب شناسان تجربی را فهرست می‌کند.

TABLE 1. 2 Types of Experimental Neuroscientists

جدول ۱. ۲ انواع عصب شناسان تجربی

Theoretical neuroscience is a relatively young discipline, in which researchers use mathematical and computational tools to understand the brain at all levels of analysis. In the tradition of physics, theoretical neuroscientists attempt to make sense of the vast amounts of data generated by experimentalists, with the goals of helping focus experiments on questions of greatest importance and establishing the mathematical principles of nervous system organization.

عصب شناسی نظری یک رشته نسبتاً جوان است که در آن محققان از ابزارهای ریاضی و محاسباتی برای درک مغز در تمام سطوح تحلیل استفاده می‌کنند. در سنت فیزیک، عصب‌شناسان نظری تلاش می‌کنند تا حجم وسیعی از داده‌های تولید شده توسط تجربی‌ها را با هدف کمک به تمرکز آزمایش‌ها بر روی مسائل مهم و ایجاد اصول ریاضی سازمان‌دهی سیستم عصبی، درک کنند.

The Scientific Process

Neuroscientists of all stripes endeavor to establish truths about the nervous system. Regardless of the level of analysis they choose, they work according to a scientific process consisting of four essential steps: observation, replication, interpretation, and verification.

فرآیند علمی

دانشمندان علوم اعصاب از هر رشته ای تلاش می‌کنند تا حقایقی را در مورد سیستم عصبی ایجاد کنند. صرف نظر از سطح تحلیلی که انتخاب می‌کنند، آنها بر اساس یک فرآیند علمی‌متشکل از چهار مرحله اساسی کار می‌کنند: مشاهده، تکرار، تفسیر و تأیید.

Observation. Observations are typically made during experiments designed to test a particular hypothesis. For example, Bell hypothesized that the ventral roots contain the nerve fibers that control the muscles. To test this idea, he performed an experiment in which he cut these fibers and then observed whether or not muscular paralysis resulted. Other types of observation derive from carefully watching the world around us, or from introspection, or from human clinical cases. For example, Broca’s careful observations led him to correlate left frontal lobe damage with the loss of the ability to speak.

مشاهده. مشاهدات معمولاً در طول آزمایش‌هایی که برای آزمایش یک فرضیه خاص طراحی شده‌اند، انجام می‌شوند. به عنوان مثال، بل فرض کرد که ریشه‌های شکمی‌حاوی رشته‌های عصبی هستند که ماهیچه‌ها را کنترل می‌کنند. او برای آزمایش این ایده آزمایشی انجام داد که در آن این الیاف را برید و سپس مشاهده کرد که آیا فلج عضلانی به وجود آمده است یا خیر. انواع دیگر مشاهدات از تماشای دقیق دنیای اطراف ما، یا از درون نگری، یا از موارد بالینی انسانی ناشی می‌شود. به عنوان مثال، مشاهدات دقیق بروکا باعث شد که آسیب لوب پیشانی چپ را با از دست دادن توانایی صحبت کردن مرتبط کند.

Replication. Any observation, whether experimental or clinical, must be replicated. Replication simply means repeating the experiment on different subjects or making similar observations in different patients, as many times as necessary to rule out the possibility that the observation occurred by chance.

همانند سازی. هرگونه مشاهده، چه تجربی و چه بالینی، باید تکرار شود. تکرار صرفاً به معنای تکرار آزمایش بر روی موضوعات مختلف یا انجام مشاهدات مشابه در بیماران مختلف است، هر چند بار که لازم است برای رد این احتمال که مشاهده تصادفی رخ داده است.

Interpretation. Once the scientist believes the observation is correct, he or she interprets it. Interpretations depend on the state of knowledge (or ignorance) at the time and on the scientist’s preconceived notions (or “mind set”). Interpretations therefore do not always withstand the test of time. For example, at the time he made his observations, Flourens was unaware that the cerebrum of a bird is fundamentally different from that of a mammal. Thus, he wrongly concluded from experimental ablations in birds that there was no localization of certain functions in the cerebrum of mammals. Moreover, as mentioned before, his profound distaste for Gall surely also colored his interpretation. The point is that the correct interpretation often is not made until long after the original observations. Indeed, major breakthroughs sometimes occur when old observations are reinterpreted in a new light.

تفسیر. هنگامی‌که دانشمند معتقد است مشاهده صحیح است، آن را تفسیر می‌کند. تفاسیر به وضعیت دانش (یا جهل) در آ زمان و به تصورات از پیش تعیین شده دانشمند (یا «مجموعه ذهنی») بستگی دارد. بنابراین تفسیرها همیشه در آزمون زمان مقاومت نمی‌کنند. به عنوان مثال، در زمانی که مشاهدات خود را انجام داد، فلورنس از اینکه مغز یک پرنده اساساً با مغز یک پستاندار متفاوت است، بی خبر بود. بنابراین، او به اشتباه از فرسایش‌های آزمایشی در پرندگان نتیجه گرفت که هیچ محلی سازی عملکردهای خاصی در مغز پستانداران وجود ندارد. علاوه بر این، همانطور که قبلا ذکر شد، بیزاری عمیق او از گال مطمئناً تفسیر او را نیز رنگ آمیزی کرد. نکته این است که تفسیر صحیح اغلب تا مدت‌ها پس از مشاهدات اولیه انجام نمی‌شود. در واقع، گاهی اوقات زمانی که مشاهدات قدیمی‌در نوری جدید تفسیر می‌شوند، پیشرفت‌های بزرگی رخ می‌دهد.

Verificatio. The final step of the scientific process is verification. This step is distinct from the replication the original observer performed. Verification means that the observation is sufficiently robust that any competent scientist who precisely follows the protocols of the original observer can reproduce it. Successful verification generally means that the observation is accepted as fact. However, not all observations can be verified, sometimes because of inaccuracies in the original report or insufficient replication. But failure to verify usually stems from the fact that unrecognized variables, such as temperature or time of day, contributed to the original result. Thus, the process of verification, if affirmative, establishes new scientific fact, or, if negative, suggests new interpretations for the original observation.

تأیید. مرحله نهایی فرآیند علمی‌تأیید است. این مرحله از تکراری که ناظر اصلی انجام داده متمایز است. راستی‌آزمایی به این معناست که مشاهدات به اندازه‌ای قوی است که هر دانشمند شایسته‌ای که دقیقاً از پروتکل‌های ناظر اصلی پیروی می‌کند، بتواند آن را بازتولید کند. تأیید موفقیت آمیز عموماً به این معنی است که مشاهده به عنوان واقعیت پذیرفته می‌شود. با این حال، گاهی اوقات به دلیل عدم دقت در گزارش اصلی یا تکرار ناکافی، همه مشاهدات را نمی‌توان تأیید کرد. اما عدم تأیید معمولاً از این واقعیت ناشی می‌شود که متغیرهای ناشناخته، مانند دما یا زمان روز، به نتیجه اولیه کمک می‌کنند. بنابراین، فرآیند راستی‌آزمایی، در صورت مثبت بودن، واقعیت علمی‌جدیدی را ایجاد می‌کند، یا اگر منفی باشد، تفاسیر جدیدی را برای مشاهده اصلی پیشنهاد می‌کند.

Occasionally, one reads in the popular press about a case of scientific fraud. Researchers face keen competition for limited research funds and feel considerable pressure to “publish or perish. ” In the interest of expediency, a few have actually published “observations” they in fact never made. Fortunately, such instances of fraud are rare, thanks to the scientific process. Before long, other scientists find they are unable to verify the fraudulent observations and question how they could have been made in the first place. The fact that we can fill this book with so much knowledge about the nervous system stands as a testament to the value of the scientific process.

گهگاه در مطبوعات عامه پسند در مورد یک مورد تقلب علمی‌مطالعه می‌شود. محققان برای دریافت بودجه تحقیقاتی محدود با رقابت شدیدی روبرو هستند و فشار قابل توجهی برای “انتشار یا نابودی” احساس می‌کنند. به منظور مصلحت، تعداد کمی‌در واقع «مشاهداتی» را منتشر کرده اند که در واقع هرگز انجام نداده اند. خوشبختانه، به لطف فرآیند علمی، چنین مواردی از تقلب نادر است. خیلی زود، دانشمندان دیگر متوجه می‌شوند که نمی‌توانند مشاهدات تقلبی را تأیید کنند و این سؤال را مطرح می‌کنند که چگونه می‌توانستند در وهله اول انجام شده باشند. این واقعیت که ما می‌توانیم این کتاب را با دانش زیادی در مورد سیستم عصبی پر کنیم، گواهی بر ارزش فرآیند علمی‌است.

The Use of Animals in Neuroscience Research

Most of what we know about the nervous system has come from experiments on animals. In most cases, the animals are killed so their brains can be examined neuroanatomically, neurophysiologically, and/or neurochemically. The fact that animals are sacrificed for the pursuit of human knowledge raises questions about the ethics of animal research.

استفاده از حیوانات در تحقیقات علوم اعصاب

بیشتر آنچه در مورد سیستم عصبی می‌دانیم از آزمایشات روی حیوانات به دست آمده است. در بیشتر موارد، حیوانات کشته می‌شوند تا مغز آن‌ها را بتوان از نظر نوروآناتومیک، نوروفیزیولوژیک و/یا عصبی-شیمیایی بررسی کرد. این واقعیت که حیوانات برای دستیابی به دانش بشری قربانی می‌شوند، سؤالاتی را در مورد اخلاق تحقیقات حیوانی ایجاد می‌کند.

The Animals. Let’s begin by putting the issue in perspective. Throughout history, humans have considered animals and animal products as renewable natural resources that can be used for food, clothing, transportation, recreation, sport, and companionship. The animals used in research, education, and testing have always been a small fraction of those used for other purposes. For example, in the United States, the number of animals used in all types of biomedical research is very small compared to the number killed for food. The number used specifically in neuroscience research is much smaller still.

حیوانات. بیایید با در نظر گرفتن موضوع شروع کنیم. در طول تاریخ، انسان‌ها حیوانات و فرآورده‌های حیوانی را به‌عنوان منابع طبیعی تجدیدپذیر در نظر گرفته‌اند که می‌توان از آنها برای غذا، پوشاک، حمل‌ونقل، تفریح، ورزش و همراهی استفاده کرد. حیواناتی که در تحقیقات، آموزش و آزمایش استفاده می‌شوند، همیشه بخش کوچکی از حیوانات مورد استفاده برای مقاصد دیگر بوده‌اند. به عنوان مثال، در ایالات متحده، تعداد حیوانات مورد استفاده در همه انواع تحقیقات زیست پزشکی در مقایسه با تعداد حیواناتی که برای غذا کشته می‌شوند، بسیار کم است. تعداد مورد استفاده به طور خاص در تحقیقات علوم اعصاب بسیار کمتر است.

Neuroscience experiments are conducted using many different species, ranging from snails to monkeys. The choice of species is generally dictated by the question under investigation, the level of analysis, and the extent to which the knowledge gained can be related to humans. As a rule, the more basic the process under investigation, the more distant can be the evolutionary relationship with humans. Thus, experiments aimed at understanding the molecular basis of nerve impulse conduction can be carried out with a distantly related species, such as the squid. On the other hand, understanding the neural basis of movement and perceptual disorders in humans has required experiments with more closely related species, such as the macaque monkey. Today, more than half of the animals used for neuroscience research are rodents-mice and rats-that are bred specifically for this purpose.

آزمایش‌های علوم اعصاب با استفاده از گونه‌های مختلف، از حلزون گرفته تا میمون، انجام می‌شود. انتخاب گونه‌ها به طور کلی توسط سوال مورد بررسی، سطح تجزیه و تحلیل، و میزان ارتباط دانش به دست آمده با انسان تعیین می‌شود. به عنوان یک قاعده، هرچه فرآیند مورد بررسی اساسی تر باشد، رابطه تکاملی با انسان‌ها می‌تواند دورتر باشد. بنابراین، آزمایش‌هایی با هدف درک اساس مولکولی هدایت تکانه‌های عصبی را می‌توان با گونه‌های مرتبط دورتر مانند ماهی مرکب انجام داد. از سوی دیگر، درک اساس عصبی حرکت و اختلالات ادراکی در انسان، نیازمند آزمایش‌هایی با گونه‌های نزدیک‌تر مانند میمون ماکاک است. امروزه بیش از نیمی‌از حیواناتی که برای تحقیقات علوم اعصاب مورد استفاده قرار می‌گیرند، موش‌های جونده و موش‌های صحرایی هستند که مخصوصاً برای این منظور پرورش داده می‌شوند.

Animal Welfare. In the developed world today, most educated adults have a concern for animal welfare. Neuroscientists share this concern and work to ensure that animals are well treated. Society has not always placed such value on animal welfare, however, as reflected in some of the scientific practices of the past. For example, in his experiments early in the nineteenth century, Magendie used unanesthetized puppies (for which he was later criticized by his scientific rival Bell). Fortunately, heightened awareness of animal welfare has more recently led to significant improvements in how animals are treated in biomedical research.

رفاه حیوانات. در دنیای توسعه یافته امروز، بیشتر بزرگسالان تحصیل کرده نگران رفاه حیوانات هستند. دانشمندان علوم اعصاب این نگرانی را به اشتراک می‌گذارند و تلاش می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که حیوانات به خوبی درمان می‌شوند. با این حال، جامعه همیشه چنین ارزشی برای رفاه حیوانات قائل نشده است، همانطور که در برخی از شیوه‌های علمی‌گذشته منعکس شده است. برای مثال، مگندی در آزمایش‌های خود در اوایل قرن نوزدهم از توله‌های بیهوش نشده استفاده می‌کرد (که بعداً توسط رقیب علمی‌اش بل مورد انتقاد قرار گرفت). خوشبختانه، افزایش آگاهی از رفاه حیوانات اخیراً منجر به پیشرفت‌های قابل توجهی در نحوه رفتار با حیوانات در تحقیقات زیست پزشکی شده است.

Today, neuroscientists accept certain moral responsibilities toward their animal subjects:

امروزه دانشمندان علوم اعصاب مسئولیت‌های اخلاقی خاصی را در قبال حیوانات خود می‌پذیرند:

1. Animals are used only in worthwhile experiments that promise to advance our knowledge of the nervous system.
   2. All necessary steps are taken to minimize pain and distress experienced by the experimental animals (use of anesthetics, analgesics, etc.).
2. All possible alternatives to the use of animals are considered.

از حیوانات فقط در آزمایش‌های ارزشمندی استفاده می‌شود که نوید پیشرفت دانش ما در مورد سیستم عصبی را می‌دهد.
2. تمام اقدامات لازم برای به حداقل رساندن درد و ناراحتی حیوانات آزمایشی (استفاده از داروهای بیهوشی، مسکن و غیره) انجام می‌شود.

تمام جایگزین‌های ممکن برای استفاده از حیوانات در نظر گرفته شده است.

Adherence to this ethical code is monitored in a number of ways. First, research proposals must pass a review by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC), as mandated by U. S. federal law. Members of this committee include a veterinarian, scientists in other disciplines, and nonscientist community representatives. After passing the IACUC review, proposals are evaluated for scientific merit by a panel of expert neuroscientists. This step ensures that only the most worthwhile projects are carried out. Then, when neuroscientists submit their observations for publication in the professional journals, the papers are carefully reviewed by other neuroscientists for both scientific merit and animal welfare concerns. Reservations about either issue can lead to rejection of the paper, which in turn can lead to a loss of funding for the research. In addition to these monitoring procedures, federal law sets strict standards for the housing and care of laboratory animals.

پایبندی به این کد اخلاقی به روش‌های مختلفی نظارت می‌شود. اول، پیشنهادات تحقیقاتی باید توسط کمیته مراقبت و استفاده از حیوانات سازمانی (IACUC)، طبق قانون فدرال ایالات متحده مورد بررسی قرار گیرد. اعضای این کمیته شامل یک دامپزشک، دانشمندان سایر رشته‌ها و نمایندگان جامعه غیر علمی‌هستند. پس از گذراندن بررسی IACUC، پیشنهادات از نظر شایستگی علمی‌توسط هیئتی از متخصصان علوم اعصاب مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. این مرحله تضمین می‌کند که تنها با ارزش ترین پروژه‌ها انجام می‌شوند. سپس، هنگامی‌که دانشمندان علوم اعصاب مشاهدات خود را برای انتشار در مجلات حرفه ای ارسال می‌کنند، مقالات به دقت توسط دانشمندان علوم اعصاب دیگر از نظر شایستگی علمی‌و نگرانی‌های مربوط به رفاه حیوانات بررسی می‌شوند. رزرو در مورد هر یک از موضوعات می‌تواند منجر به رد مقاله شود که به نوبه خود می‌تواند منجر به از دست دادن بودجه برای تحقیق شود. علاوه بر این رویه‌های نظارتی، قانون فدرال استانداردهای سختگیرانه ای را برای نگهداری و مراقبت از حیوانات آزمایشگاهی تعیین می‌کند.

Animal Rights. Most people accept the necessity for animal experimentation to advance knowledge, as long as it is performed humanely and with the proper respect for animals’ welfare. However, a vocal and increasingly violent minority seeks the total abolition of animal use for human purposes, including experimentation. These people subscribe to a philosophical position often called animal rights. According to this way of thinking, animals have the same legal and moral rights as humans.

حقوق حیوانات. اکثر مردم ضرورت انجام آزمایش بر روی حیوانات را برای پیشرفت دانش می‌پذیرند، به شرطی که این آزمایش به صورت انسانی و با احترام مناسب برای رفاه حیوانات انجام شود. با این حال، یک اقلیت پر سر و صدا و به طور فزاینده خشن به دنبال لغو کامل استفاده از حیوانات برای اهداف انسانی، از جمله آزمایش هستند. این افراد طرفدار موضعی فلسفی هستند که اغلب حقوق حیوانات نامیده می‌شود. بر اساس این طرز تفکر، حیوانات نیز مانند انسان از حقوق قانونی و اخلاقی برخوردارند.

If you are an animal lover, you may be sympathetic to this position. But consider the following questions. Are you willing to deprive yourself and your family of medical procedures that were developed using animals? Is the death of a mouse equivalent to the death of a human being? Is keeping a pet the moral equivalent of slavery? Is eating meat the moral equivalent of murder? Is it unethical to take the life of a pig to save the life of a child? Is controlling the rodent population in the sewers or the roach population in your home morally equivalent to the Holocaust?

اگر دوستدار حیوانات هستید، ممکن است با این موقعیت همدردی کنید. اما به سوالات زیر توجه کنید. آیا می‌خواهید خود و خانواده‌تان را از روش‌های پزشکی که با استفاده از حیوانات ایجاد شده‌اند، محروم کنید؟ آیا مرگ موش معادل مرگ انسان است؟ آیا نگهداری از حیوان خانگی معادل اخلاقی بردگی است؟ آیا خوردن گوشت معادل اخلاقی قتل است؟ آیا گرفتن جان خوک برای نجات جان یک کودک غیراخلاقی است؟ آیا کنترل جمعیت جوندگان در فاضلاب یا جمعیت سوسک در خانه شما از نظر اخلاقی معادل هولوکاست است؟

If your answer is no to any of these questions, then you do not subscribe to the philosophy of animal rights. Animal welfare-a concern that all responsible people share-must not be confused with animal rights.

اگر پاسخ شما به هر یک از این سؤالات منفی است، پس شما با فلسفه حقوق حیوانات موافق نیستید. رفاه حیوانات نگرانی که همه افراد مسئول در آن سهیم هستند نباید با حقوق حیوانات اشتباه گرفته شود.

Animal rights activists have vigorously pursued their agenda against animal research, sometimes with alarming success. They have manipulated public opinion with repeated allegations of cruelty in animal experiments. that are grossly distorted or blatantly false. They have vandalized laboratories, destroying years of hard-won scientific data and hundreds of thousands of dollars of equipment (that you, the taxpayer, had paid for). With threats of violence they have driven some researchers out of science altogether.

فعالان حقوق حیوانات به شدت برنامه خود را علیه تحقیقات حیوانی دنبال کرده‌اند که گاهی اوقات با موفقیت نگران‌کننده‌ای همراه بوده است. آنها افکار عمومی‌را با ادعاهای مکرر ظلم در آزمایش‌های حیوانی دستکاری کرده اند. که به شدت تحریف شده یا آشکارا نادرست هستند. آنها آزمایشگاه‌ها را خراب کرده‌اند، سال‌ها داده‌های علمی‌را که به سختی به دست آمده و صدها هزار دلار تجهیزات (که شما، مالیات‌دهنده، هزینه کرده‌اید) را نابود کرده‌اند. آنها با تهدید به خشونت، برخی از محققان را به کلی از علم بیرون راندند.

Fortunately, the tide is turning. Thanks to the efforts of a number of people, scientists and nonscientists alike, the false claims of the extremists have been exposed, and the benefits to humankind of animal research have been extolled (Figure 1. 16). Considering the staggering toll in terms of human suffering that results from disorders of the nervous system, neuroscientists take the position that it is our responsibility to wisely use all the resources nature has provided, including animals, to gain an understanding of how the brain functions in health and in disease.

خوشبختانه جزر و مد در حال تغییر است. به لطف تلاش تعدادی از افراد، چه دانشمندان و چه غیر دانشمندان، ادعاهای نادرست افراط گرایان فاش شده است و فواید تحقیقات حیوانی برای نوع بشر تمجید شده است (شکل ۱. ۱۶). با توجه به تلفات سرسام آور رنج انسان که ناشی از اختلالات سیستم عصبی است، دانشمندان علوم اعصاب این موضع را اتخاذ می‌کنند که این وظیفه ماست که از همه منابعی که طبیعت فراهم کرده است، از جمله حیوانات، برای به دست آوردن درک درستی از عملکرد مغز در سلامت و بیماری، عاقلانه استفاده کنیم.

FIGURE 1. 16
Our debt to animal research. This poster counters the claims of animal rights activists by raising public awareness of the benefits of animal research. (Source: Foundation for Biomedical Research.)

شکل ۱. ۱۶ بدهی ما به تحقیقات حیوانی این پوستر با افزایش آگاهی عمومی‌نسبت به مزایای تحقیقات حیوانی با ادعاهای فعالان حقوق حیوانات مقابله می‌کند. (منبع: بنیاد تحقیقات زیست پزشکی.)

TABLE 1. 3 Some Major Disorders of the Nervous System

جدول ۱. ۳ برخی از اختلالات عمده سیستم عصبی

The Cost of Ignorance: Nervous System Disorders

Modern neuroscience research is expensive, but the cost of ignorance about the brain is far greater. Table 1. 3 lists some of the disorders that affect the nervous system. It is likely that your family has felt the impact of one or more of these. Let’s look at a few brain disorders and examine their effects on society.

هزینه نادانی: اختلالات سیستم عصبی

تحقیقات علوم اعصاب مدرن گران است، اما هزینه ناآگاهی در مورد مغز بسیار بیشتر است. جدول ۱. ۳ برخی از اختلالاتی را که بر سیستم عصبی تأثیر می‌گذارد فهرست می‌کند. این احتمال وجود دارد که خانواده شما تأثیر یک یا چند مورد از این موارد را احساس کرده باشند. بیایید به چند اختلال مغزی نگاهی بیندازیم و تأثیرات آنها را بر جامعه بررسی کنیم.

Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease are both characterized by progressive degeneration of specific neurons in the brain. Parkinson’s disease, which results in a crippling impairment of voluntary movement, currently affects over 500,000 Americans. 1 Alzheimer’s disease leads to dementia, a state of confusion characterized by the loss of ability to learn new information and to recall previously acquired knowledge. Dementia affects an estimated 18% of people over age 85. 2 The number of Americans with dementia totals well over 4 million. Indeed, dementia is now recognized as not an inevitable outcome of aging, as was once believed, but as a sign of brain disease. Alzheimer’s disease progresses mercilessly, robbing its victims first of their mind, then of control over basic bodily functions, and finally of their life; the disease is always fatal. In the United States, the annual cost of care for people with dementia is greater than $100 billion and rising at an alarming rate.

بیماری آلزایمر و بیماری پارکینسون هر دو مشخص می‌شوند با تخریب پیشرونده نورون‌های خاص در مغز. بیماری پارکینسون، که منجر به اختلال فلج کننده در حرکت ارادی می‌شود، در حال حاضر بیش از ۵۰۰۰۰۰ آمریکایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. بیماری آلزایمر منجر به زوال عقل می‌شود، حالتی از سردرگمی‌که با از دست دادن توانایی یادگیری اطلاعات جدید و یادآوری دانش قبلی مشخص می‌شود. تخمین زده می‌شود که ۱۸ درصد از افراد بالای ۸۵ سال به زوال عقل مبتلا هستند. تعداد آمریکایی‌های مبتلا به زوال عقل در مجموع بیش از ۴ میلیون نفر است. در واقع، زوال عقل در حال حاضر به عنوان یک پیامد اجتناب ناپذیر پیری، همانطور که قبلاً تصور می‌شد، شناخته می‌شود، بلکه به عنوان نشانه ای از بیماری مغزی شناخته می‌شود. بیماری آلزایمر بی‌رحمانه پیشرفت می‌کند و ابتدا ذهن قربانیان خود را از دست می‌دهد، سپس کنترل بر عملکردهای اولیه بدن و در نهایت زندگی آنها را از دست می‌دهد. این بیماری همیشه کشنده است در ایالات متحده، هزینه سالانه مراقبت از افراد مبتلا به زوال عقل بیش از ۱۰۰ میلیارد دلار است و با سرعت نگران کننده ای در حال افزایش است.

Depression and schizophrenia are disorders of mood and thought. Depression is characterized by overwhelming feelings of dejection,((‘National Institute of Neurological Disorders and Stroke. “Parkinson Disease Backgrounder. ” October 18, 2004. 2U. S. Department of Health and Human Services, Agency for Healthcare Research and Quality. “Approximately 5 Percent of Seniors Report One or More Cognitive Disorders. ” March 2011)).

افسردگی و اسکیزوفرنی اختلالات خلقی و فکری هستند. افسردگی با احساس شدید افسردگی مشخص می‌شود ((‘موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی. “پیشینه بیماری پارکینسون. ” ۱۸ اکتبر ۲۰۰۴. ۲ ایالات متحده وزارت بهداشت و خدمات انسانی، آژانس تحقیقات و کیفیت مراقبت‌های بهداشتی. “تقریبا ۵ درصد از سالمندان یک یا چند اختلال شناختی را گزارش می‌کنند. ” مارس ۲۰۱۱)).

worthlessness, and guilt. Over 30 million Americans will experience a major depressive illness at some time in their lives. Depression is the leading cause of suicide, which claims more than 30,000 lives each year in the United States. 3

بی ارزشی و گناه بیش از ۳۰ میلیون آمریکایی در دوره ای از زندگی خود یک بیماری افسردگی اساسی را تجربه خواهند کرد. افسردگی عامل اصلی خودکشی است که سالانه جان بیش از ۳۰۰۰۰ نفر را در ایالات متحده می‌گیرد.

Schizophrenia is a severe psychiatric disorder characterized by delusions, hallucinations, and bizarre behavior. This disease often strikes at the prime of life-adolescence or early adulthood-and can persist for life. Over 2 million Americans suffer from schizophrenia. The National Institute of Mental Health (NIMH) estimates that mental disorders, such as depression and schizophrenia, cost the United States in excess of $150 billion annually.

اسکیزوفرنی یک اختلال روانی شدید است که با توهمات، توهمات و رفتارهای عجیب و غریب مشخص می‌شود. این بیماری اغلب در اوایل زندگی یعنی نوجوانی یا اوایل بزرگسالی بروز می‌کند و می‌تواند تا آخر عمر ادامه داشته باشد. بیش از ۲ میلیون آمریکایی از اسکیزوفرنی رنج می‌برند. موسسه ملی سلامت روان (NIMH) تخمین می‌زند که اختلالات روانی، مانند افسردگی و اسکیزوفرنی، سالانه بیش از ۱۵۰ میلیارد دلار برای ایالات متحده هزینه دارد.

Stroke is the fourth leading cause of death in the United States. Stroke victims who do not die, over half a million every year, are likely to be permanently disabled. The annual cost of stroke nationwide is $54 billion. Alcohol or drug addiction affects virtually every family in the United States. The cost in terms of treatment, lost wages, and other consequences exceeds $600 billion per year. 5

سکته مغزی چهارمین علت مرگ و میر در ایالات متحده است. قربانیان سکته مغزی که نمی‌میرند، سالانه بیش از نیم میلیون نفر، احتمالاً برای همیشه از کار می‌افتند. هزینه سالانه سکته مغزی در سراسر کشور ۵۴ میلیارد دلار است . اعتیاد به الکل یا مواد مخدر تقریباً بر هر خانواده ای در ایالات متحده تأثیر می‌گذارد. هزینه از نظر درمان، دستمزدهای از دست رفته و سایر عواقب بیش از ۶۰۰ میلیارد دلار در سال است

These few examples only scratch the surface. More Americans are hospitalized with neurological and mental disorders than with any other major disease group, including heart disease and cancer.

این چند نمونه فقط سطح را خراش می‌دهد. تعداد آمریکایی‌هایی که با اختلالات عصبی و روانی در بیمارستان بستری می‌شوند، بیشتر از هر گروه بیماری مهم دیگری، از جمله بیماری قلبی و سرطان است.

The economic costs of brain dysfunction are enormous, but they pale in comparison with the staggering emotional toll on victims and their families. The prevention and treatment of brain disorders require an understanding of normal brain function, and this basic understanding is the goal of neuroscience. Neuroscience research has already contributed to the development of increasingly effective treatments for Parkinson’s disease, depression, and schizophrenia. New strategies are being tested to rescue dying neurons in people with Alzheimer’s disease and those who have had a stroke. Major progress has been made in our understanding of how drugs and alcohol affect the brain and how they lead to addictive behavior. The material in this book demonstrates that a lot is known about the function of the brain. But what we know is insignificant compared with what is still left to be learned.

هزینه‌های اقتصادی اختلال عملکرد مغز بسیار زیاد است، اما در مقایسه با تلفات عاطفی سرسام آور قربانیان و خانواده‌هایشان کم رنگ است. پیشگیری و درمان اختلالات مغزی مستلزم درک عملکرد طبیعی مغز است و این درک اساسی هدف علوم اعصاب است. تحقیقات علوم اعصاب قبلاً به توسعه درمان‌های مؤثرتر برای بیماری پارکینسون، افسردگی و اسکیزوفرنی کمک کرده است. استراتژی‌های جدیدی برای نجات نورون‌های در حال مرگ در افراد مبتلا به بیماری آلزایمر و کسانی که سکته کرده اند در حال آزمایش است. پیشرفت‌های عمده‌ای در درک ما از اینکه چگونه مواد مخدر و الکل بر مغز تأثیر می‌گذارند و چگونه منجر به رفتار اعتیادآور می‌شوند، حاصل شده است. مطالب این کتاب نشان می‌دهد که اطلاعات زیادی در مورد عملکرد مغز وجود دارد. اما آنچه می‌دانیم در مقایسه با آنچه هنوز برای آموختن باقی مانده، ناچیز است.

CONCLUDING REMARKS

The historical foundations of neuroscience were established by many people over many generations. Men and women today are working at all levels of analysis, using all types of technology, to shed more light on the functions of the brain. The fruits of this labor form the basis for this textbook.

سخنان پایانی

مبانی تاریخی علوم اعصاب توسط بسیاری از افراد در طول نسل‌های مختلف پایه‌گذاری شده است. امروزه مردان و زنان در تمام سطوح تجزیه و تحلیل، با استفاده از انواع فناوری، کار می‌کنند تا روشنگری بیشتری بر عملکرد مغز بیافزایند. ثمره این کار اساس این کتاب درسی را تشکیل می‌دهد.

The goal of neuroscience is to understand how nervous systems function. Many important insights can be gained from a vantage point outside the head. Because the brain’s activity is reflected in behavior, careful behavioral measurements inform us of the capabilities and limitations of brain function. Computer models that reproduce the brain’s computational properties can help us understand how these properties might arise. From the scalp, we can measure brain waves, which tell us something about the electrical activity of different parts of the brain during

هدف علوم اعصاب درک چگونگی عملکرد سیستم‌های عصبی است. بسیاری از بینش‌های مهم را می‌توان از نقطه‌ای بیرون از سر به‌دست آورد. از آنجایی که فعالیت مغز در رفتار منعکس می‌شود، اندازه گیری‌های رفتاری دقیق ما را از قابلیت‌ها و محدودیت‌های عملکرد مغز آگاه می‌کند. مدل‌های رایانه‌ای که ویژگی‌های محاسباتی مغز را بازتولید می‌کنند، می‌توانند به ما در درک چگونگی ایجاد این ویژگی‌ها کمک کنند. از روی پوست سر، می‌توان امواج مغزی را اندازه‌گیری کرد که به ما اطلاعاتی در مورد فعالیت الکتریکی بخش‌های مختلف مغز در طول زمان می‌دهد.

(3National Institute of Mental Health. “Suicide in the U. S. : Statistics and Prevention. ” September 27, 2010.
4American Heart Association/American Stroke Association. “Impact of Stroke (Stroke Statistics). ” May 1, 2012.
“National Institutes of Health, National Institute of Drug Abuse. “DrugFacts: Understanding Drug Abuse and Addiction. ” March 2011.)

(۳ موسسه ملی سلامت روان. “خودکشی در ایالات متحده: آمار و پیشگیری. ” ۲۷ سپتامبر ۲۰۱۰.  

 ۴ انجمن قلب آمریکا / انجمن سکته مغزی آمریکا. “تأثیر سکته مغزی (آمار سکته مغزی). ” ۱ مه ۲۰۱۲.  

 “موسسه ملی بهداشت، موسسه ملی سوء مصرف مواد مخدر. “حقایق مواد مخدر: درک سوء مصرف مواد مخدر و اعتیاد. ” مارس ۲۰۱۱.)

various behavioral states. New computer-assisted imaging techniques enable researchers to examine the structure of the living brain as it sits in the head. And using even more sophisticated imaging methods, we are beginning to see which different parts of the human brain become active under different conditions. But none of these noninvasive methods, old or new, can fully substitute for experimentation with living brain tissue. We cannot make sense of remotely detected signals without being able to see how they are generated and what their significance is. To understand how the brain works, we must open the head and examine what’s insideneuroanatomically, neurophysiologically, and neurochemically.

حالت‌های رفتاری مختلف تکنیک‌های جدید تصویربرداری به کمک رایانه، محققان را قادر می‌سازد تا ساختار مغز زنده را هنگامی‌که در سر قرار دارد، بررسی کنند. و با استفاده از روش‌های تصویربرداری پیچیده‌تر، ما شروع به دیدن قسمت‌های مختلف مغز انسان در شرایط مختلف می‌کنیم. اما هیچ یک از این روش‌های غیرتهاجمی، قدیمی‌یا جدید، نمی‌توانند به طور کامل جایگزین آزمایش بافت زنده مغز شوند. ما نمی‌توانیم سیگنال‌های شناسایی‌شده از راه دور را بدون اینکه ببینیم چگونه تولید می‌شوند و اهمیت آن‌ها چیست، درک کنیم. برای اینکه بفهمیم مغز چگونه کار می‌کند، باید سر را باز کنیم و آنچه را که درون آن وجود دارد را بررسی کنیم از نظر نوروآناتومیک، نوروفیزیولوژیک و عصبی.

The pace of neuroscience research today is truly breathtaking, raising hopes that soon we will have new treatments for the wide range of nervous system disorders that debilitate and cripple millions of people annually. However, despite the progress in recent decades and the centuries preceding them, we still have a long way to go before we fully understand how the brain performs all of its amazing feats. But this is the fun of being a neuroscientist: Because our ignorance of brain function is so vast, a startling new discovery lurks around virtually every corner.

سرعت تحقیقات علوم اعصاب امروز واقعاً نفس گیر است و این امید را ایجاد می‌کند که به زودی درمان‌های جدیدی برای طیف گسترده ای از اختلالات سیستم عصبی که سالانه میلیون‌ها نفر را ناتوان و فلج می‌کند، خواهیم داشت. با این حال، علیرغم پیشرفت در دهه‌های اخیر و قرن‌های قبل از آن، ما هنوز راه درازی در پیش داریم تا اینکه به طور کامل بفهمیم مغز چگونه تمام شاهکارهای شگفت‌انگیز خود را انجام می‌دهد. اما این لذت یک عصب شناس بودن است: از آنجایی که ناآگاهی ما از عملکرد مغز بسیار گسترده است، یک کشف جدید شگفت انگیز تقریباً در هر گوشه ای در کمین است.

REVIEW QUESTIONS

۱. What are brain ventricles, and what functions have been ascribed to them over the ages?

بررسی سوالات

۱. بطن‌های مغز چیست و در طول اعصار چه وظایفی به آنها نسبت داده شده است؟

۲. What experiment did Bell perform to show that the nerves of the body contain a mixture of sensory and motor fibers?

۲. بل چه آزمایشی انجام داد تا نشان دهد که اعصاب بدن حاوی ترکیبی از رشته‌های حسی و حرکتی است؟

۳. What did Flourens’ experiments suggest were the functions of the cerebrum and the cerebellum?

۳. آزمایشات فلورنس نشان داد که عملکرد مخ و مخچه چیست؟

۴. What is the meaning of the term animal model?

۴. منظور از اصطلاح مدل حیوانی چیست؟

۵. A region of the cerebrum is now called Broca’s area. What function do you think this region performs, and why?

۵. اکنون ناحیه ای از مخ، ناحیه بروکا نامیده می‌شود. به نظر شما این منطقه چه عملکردی را انجام می‌دهد و چرا؟

۶. What are the different levels of analysis in neuroscience research? What questions do researchers ask at each level?

۶. سطوح مختلف تحلیل در تحقیقات علوم اعصاب چیست؟ محققان در هر سطح چه سوالاتی می‌پرسند؟

۷. What are the steps in the scientific process? Describe each one.

۷. مراحل فرآیند علمی‌چیست؟ هر کدام را شرح دهید.

---

---

کلیک کنید تا FURTHER READING نمایش داده شود

Allman JM. 1999. Evolving Brains. New York: Scientific American Library.
Clarke E, O’Malley C. 1968. The Human Brain and Spinal Cord, 2nd ed. Los Angeles: University of California Press.
Corsi P, ed. 1991. The Enchanted Loom. New York: Oxford University Press.
Crick F. 1994. The Astonishing Hypothesis: The Scientific Search for the Soul. New York: Macmillan.

---

---

---

---

کپی بخش یا کل این مطلب «آینده‌‌نگاران مغز» تنها با کسب مجوز مکتوب امکان‌پذیر است. 

---

»  کتاب علم اعصاب کاوش مغز
»» فصل بعد: فصل دوم: نورون‌ها و گلیا

---

»  کتاب علم اعصاب کاوش مغز
»» تمامی کتاب

---