ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΝΕΥΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΩΝ ΝΕΥΡΟΕΠΙΣΤΗΜΩΝ
Το νευρικό σύστημα είναι από τα πιο πολύπλοκα συστήματα που υπάρχουν στο σώμα και είναι υπεύθυνο για την αλληλεπίδραση του οργανισμού με το εξωτερικό και το εσωτερικό περιβάλλον του. Το νευρικό σύστημα αποτελεί το κέντρο ελέγχου και επικοινωνίας του σώματος. Η μελέτη της λειτουργίας του νευρικού συστήματος αποτελεί μια διεπιστημονική περιοχή. Περιλαμβάνει τη χρήση ενός συνδυασμού πολλών διαφορετικών επιστημονικών πεδίων, όπως των βιολογικών επιστημών (γενετική, μοριακή βιολογία, βιοχημεία), των βασικών ιατρικών επιστημών (ανατομία, φαρμακολογία, φυσιολογίας), της επιστήμης της συμπεριφοράς (ψυχολογίας), καθώς και των θετικών επιστημών (μαθηματικά, φυσική, χημεία, επιστήμη υπολογιστών) (Εικόνα 1.1).
Από τις βιολογικές επιστήμες, η γενετική έχει συμβάλει στην ταυτοποίηση γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη του νευρικού συστήματος, σε διαδικασίες συμπεριφοράς όπως η μνήμη και μάθηση, καθώς και στην κατανόηση της γενετικής βάσης νευρολογικών και ψυχιατρικών νοσημάτων. Η μοριακή και η κυτταρική βιολογία έχουν συμβάλλει στην κατανόηση των μοριακών μηχανισμών της ανάπτυξης, ωρίμανσης και λειτουργίας του νευρικού συστήματος. Με τη βοήθεια τεχνικών της μοριακής βιολογίας έχουν ταυτοποιηθεί πρωτεΐνες σημαντικές για τη φυσιολογία του νευρικού κύτταρου (όπως οι δίαυλοι ιόντων) και πολλοί μεταγραφικοί παράγοντες που συντονίζουν τις κυτταρο-ειδικές λειτουργίες των νευρώνων. Επίσης, οι τεχνικές της μοριακής βιολογίας και της γενετικής μηχανικής έχουν βοηθήσει τη δημιουργία μιας πληθώρας διαγονιδιακών ζώων τα οποία είναι πολύ σημαντικά για τη μελέτη της λειτουργίας του νευρικού συστήματος.
Οι βασικές ιατρικές επιστήμες ήταν οι πρωτοπόρες στη μελέτη του νευρικού συστήματος, ενώ ακόμη και τώρα συνδυάζονται με τη γενετική και τη μοριακή βιολογία για να προωθήσουν ακόμη περισσότερο την κατανόηση λειτουργίας των νευρικών κυττάρων. Οι ανατομικές μελέτες σε μακροσκοπικό επίπεδο, ιστολογικό και κυτταρικό επίπεδο φανέρωσαν την εκπληκτική ποικιλομορφία και πολυπλοκότητα του νευρικού ιστού. Ακόμη και σήμερα, με τη βοήθεια των σύγχρονων βιολογικών τεχνικών, η μελέτη της ανατομίας συνεχίζει να φέρνει στο φως νέα ευρήματα σχετικά με τη δομή των κυττάρων και των περιοχών του νευρικού συστήματος.
Η μελέτη της φυσιολογίας του νευρικού συστήματος ήταν μια πρωτοπόρος προσέγγιση στη μελέτη του. Πολύ νωρίς έγινε αντιληπτό ότι τα νευρικά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους με ηλεκτρικά σήματα και για αυτό το λόγο, χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτροφυσιολογικές τεχνικές για τη μελέτη τους. Τα αποτελέσματα της χρήσης αυτών των τεχνικών οδήγησαν στην αναγνώριση του δυναμικού ενεργείας ως τον κώδικα επικοινωνίας μεταξύ των νευρικών κυττάρων, στην καταγραφή των ποικιλόμορφων μετασυναπτικών δυναμικών, και στη σταδιακή κατανόηση της λειτουργίας των διαύλων ιόντων, η οποία αναπτύχθηκε ραγδαία με την ανάπτυξη της μοριακής βιολογίας και γενετικής. Τέλος, η φαρμακολογία ήταν και είναι απαραίτητη για την απομόνωση και μελέτη συγκεκριμένων πρωτεϊνικών μορίων, τη συνεισφορά τους στη φυσιολογία του νευρικού κυττάρου, αλλά και ολόκληρου του οργανισμού.
Επειδή η λειτουργία του νευρικού συστήματος υποστηρίζει τη συμπεριφορά του οργανισμού, η επιστήμη της συμπεριφοράς αλλά και της ψυχολογίας είναι άρρηκτο κομμάτι των Νευροεπιστημών. Για παράδειγμα, η μελέτη ενός γονιδίου ή ενός φαρμάκου στη λειτουργία του νευρικού συστήματος δεν μπορεί να είναι ολοκληρωμένη αν δεν παρουσιάζει και τις επιδράσεις που έχει η απαλοιφή ή ενίσχυση αυτού του γονιδίου στη συμπεριφορά του οργανισμού.
Τέλος, οι άλλες θετικές επιστήμες, όπως η χημεία, η φυσική, τα μαθηματικά και οι υπολογιστικές επιστήμες συμβάλλουν με αναλυτικές μεθόδους για τη μοντελοποίηση διεργασιών των νευρικών κυττάρων ή περιοχών του εγκεφάλου με στόχο την κατανόηση των νόμων που διέπουν τις διεργασίες των κυττάρων ή των συστημάτων του νευρικού συστήματος. Για παράδειγμα, η εφαρμογή της θεωρίας του καλωδίου στη μετάδοση των ηλεκτρικών σημάτων κατά μήκος του δενδρίτη ή του άξονα, έχει εξηγήσει ένα μεγάλο ποσοστό αυτής της διεργασίας, πολύ πριν σύγχρονες μέθοδοι μελέτης επιτρέψουν την άμεση πειραματική προσέγγιση.