ارتباط بین فیزیک و علوم اعصاب چیه؟

خداوکیلی مغز چه ربطی به فیزیک داره؟ :grin:

یعنی یه فیزیکدان چجوری مغز رو محاسبه میکنه؟ یا به زبون ساده تر رشته علوم اعصاب محاسباتی چی هست؟ البته در توضیح ویکیپدیا برای علوم اعصاب محاسباتی میشه یه برداشتهایی کرد، ولی اگه بخواین دقیقتر توضیح بدین، آیا یک فیزیکدان برای انجام محاسبات عصبی مغز باید مغز رو تشریح کنه؟ یا مثل فیلمهای مستند تلویزیون یه سری سیم به افراد وصل میکنن و از افراد تست میگیرن؟

8 Likes

از جنبه‌های مختلف میشه به این سئوال نگاه کرد و من برحسب تخصص دو جنبه مهم رو مطرح میکنم که بدونین فیزیکدانها در علوم اعصاب چکار میکنن.

جنبه‌های مستقیم ارتباط بین فیزیک و علوم اعصاب

مغز و عصب به عنوان سیستمهای طبیعی، از قوانین فیزیکی پیروی میکنین: مثلا یونهای شیمیایی در سیستم عصبی در اثر اختلاف پتانسیل جا بجا میشن و به عبارتی این اختلاف پتانسیل رو در بین سلولها منتقل میکنن. همین اتفاق، پایه اصلی فعالیتهای عصبیه. عملکرد فیزیکی مغزی از نظر ترمودینامیک، الکترومغناطیس و پخش به طور مستقیم در فیزیک بررسی میشه. این مطالعات بخصوص در سطح تعداد کم عصبها، کمک میکنه که بفهمیم چه اتفاقاتی در مغز میوفته و مهمتر از اون، میتونه برای ساخت ابزارهای مطالعه مغز بهمون کمک کنه.

مدلسازی رفتارهای پیچیده و سیستم های عصبی

وقتی با تعداد زیادی عصب سروکار داریم، جزییات دقیق اتفاقات کمتر اهمیت پیدا میکنه و حتی با مدلهای ساده هم میشه کار رو پیش برد. اینکه چه مدلی به چه نتایجی منجر میشه و چقدر میتونیم ساده‌سازی انجام بدیم، یکی از کارهایی هست که از قدیم فیزیکدانها با اون سروکار داشتن و اینجا هم از این بینش قدیمی استفاده میکنن تا به جای تمرکز بر جزییات کم‌اهمیت مدلها، بیشتر بر بازسازی عملکرد مغز و فهم سیستمی متمرکز بشیم. البته در این قسمت، معمولا شاخه‌هایی که بین فیزیک و ریاضی هستن مثل سیستمهای دینامیکی موفقیت بیشتری دارن.

حالا سئوال مهم اینه که آیا فیزیکدان برای انجام محاسبات عصبی مغز باید به ساختار بیولوژیک دسترسی داشته باشه؟ فرضم بر اینه که منظور از «تشریح مغز» در سئوال همین بود. تا حدی اهمیت داره ولی نه لزوما. در واقع قدرت فیزیک در همین استقلال نسبی از سیستم مورد بررسی و استخراج نتایج قابل آزمون هست.

برای اینکه دقیقتر بفهمین، چون سیستم عصبی عملا پاسخ یک نورون به جریان الکتریکی ورودی هست، همیشه میتونین اون رو به شکل یک مدار با عناصر مختلفی از جمله مقاومت، القاگر، خازن و … در نظر بگیرین. در واقع اولین مدلهای نورونی هم به همین شکل گسترش پیدا کرد (توسط هاجکین-هاکسلی). اتفاقا نکته قدرتمند کار گروه آلن هاجکین و آندرو هاکسلی، این بود که براساس همین دیدگاه، پیش‌بینی‌هایی کردن که فراتر از زمان خودشون بود و بعدها با پیشرفت تکنولوژی اثبات شد.

چرا فیزیک همه‌جا سروکله‌ش پیدا میشه؟

من فکر میکنم یکی از دلایل موفقیت نسبی فیزیکدانها، اینه که توان مدلسازی مستقل از سیستم بسیار بالایی دارن. یعنی میتونن به نوعی رفتارهای عمومی در سیستمهای مختلف رو تشخیص بدن، مدل مناسبی گسترش بدن و فهم عمومی نسبت به سیستم ایجاد کنن. این صرفا وابسته به دیدگاه ریاضی نیست، بلکه به دیدگاهی برمیگرده که در فیزیک از اول هم بوده. مثال قوانین نیوتن میتونه روشنگر باشه: مستقل از اینکه سیستم شما چه ماهیتی داره، اگر نیرو رو بتونین به دست بیارین، میتونین قوانین تحول رو برای سیستم بنویسین.

نوروفیزیک

6 Likes

من اینجوری تفکیک میکنم که علمی که در پزشکی به مطالعه مغز و اعصاب می‌پردازه با توجه به ظواهر ماجرا بیشتر بر فرآیند درمان و سلامتی می‌پردازه اما نگرشی فیزیکی به علوم اعصاب مثل کلیت فیزیک با هدف نوعی شناخت است.

به نظرم این شناخت میتونه به مرحله شبیه‌سازی مغز انسان برسه. فکر کنم انتخاب برند boston dynamics (اینجا) توسط @yousef همین ارتباط نزدیکی باشه که بین علوم اعصاب و صنعت رباتیک و هوش مصنوعی میشه ایجاد کرد. خصوصا ساخت رباتهایی که مغزی مشابه انسان دارند. (مدل بهترش رباتهای جنگجو و باهوش!) :grin:

3 Likes

دقیقا تمایز خوبی رو گفتی. من البته بیشتر در پاسخ به سئوالی در همین رابطه، این رو کمی باز میکنم.

2 Likes

یوسف خوب و کامل توضیح داد
من فقط یه مثال کوچولو و ساده میزنم ک بگم به هم ربط دارن
ارسال پیام های مغزی چیجوریه؟! نورون ها به هم وصل میشن و پیام ها رو انتقال میدن به مغز و از همین طریق هم از مغز پاسخ میگیرن، حالا این پاسخ ها الکتریکی ان
خب همین یک کلمه میتونه فیزیک رو بیاره وسط
چرا؟! چون پیام های عصبی امواج الکتریکی ان که با استفاده از نورون ها که هر قسمت از یک نورون یه ویژگی داره که کاملا اون رو شبیه به یک خازن ، مقاومت و حتی باتری میکنه، این یعنی اتصالات نورون ها رو میتونیم با به هم بستن خازن و مقاومت و باتری شبیه سازی کنیم و همه اینا جزء ای از فیزیک ان
پس فیزیک و مغز به هم ربط دارن

4 Likes