システム神経科学

システム神経科学は、神経科学とシステム生物学の一分野であり、生物の中枢神経系を構成するさまざまな神経回路とシステムの構造と機能を研究する。^{[1]システム神経科学は、}神経細胞が互いに接続されて神経経路、神経回路、およびより大きな脳ネットワークを形成するときにどのように動作するかに関係する多くの研究領域を包含する。この分析レベルでは、神経科学者は、さまざまな神経回路がどのように連携して感覚情報を分析し、外界を認識し、感情を形成し、意思決定を行い、動作を実行するかを研究する。^{[2]システム神経科学の研究者は、脳の構造と機能を理解するための}分子的アプローチと細胞的アプローチの関係、および言語、記憶、自己認識などの高レベルの精神機能（行動神経科学と認知神経科学の領域）の研究に関心を持っている。システム神経科学者は、これらの関係と理解を深めるために、通常、単一ユニット記録または複数電極記録、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、PETスキャンを使用した電気生理学を通じて、機能するニューロンのネットワークを理解するための技術を採用します。^[1]この用語は教育の枠組みでよく使用されます。大学院の神経科学コースの一般的な順序は、最初の学期に細胞/分子神経科学、次の学期にシステム神経科学で構成されます。大学の神経科学部門内の下位区分を区別するためにも使用されることがあります。

システム神経科学には、脳の測定に関連する 3 つの主要な分野があります。行動神経科学、計算モデル、脳活動です。これら 3 つの分野を通じて、システム神経科学の中核概念を分解し、生物の機能システムがどのように独立して相互作用し、互いに絡み合っているかについて貴重な情報を提供します。

システム神経科学に関連する行動神経科学は、表現相違マトリックス (RDM) に焦点を当てています。これは^、脳活動パターンを分類し、動物を観察する場合と無生物を観察する場合の脳活動の相違レベルなど、さまざまな条件で比較するものです。これらのモデルは、行動を定量的に表現するとともに、観察されたパターンの比較可能なモデルを提供します。5脳活動パターン間の相関または反相関は、実験条件下で、刺激が提示されたときに各脳領域の処理を区別するために使用されます。

計算モデルは、脳活動レベルの基本形式を提供します。これは通常、単一のニューロンの発火によって表されます。これは、生物の機能変化中に発生する物理的変化を示すため、システム神経科学を理解する上で不可欠です。これらのモデルは脳活動を理解する上で重要ですが、ニューロン発火の 1 対 1 の対応はまだ完全には解明されていません。同じ活動の異なる測定は異なるパターンにつながりますが、理論上はパターンは同じ、または少なくとも互いに類似しているはずです。しかし、研究では脳の測定に関して根本的な違いが示されており、科学はこの相違点の調査に努めています。

脳活動と脳イメージングは​​、計算モデルや行動神経科学の理解と組み合わせることで、科学者が生物の機能システム間の違いを理解するのに役立ちます。システム神経科学の 3 つの主要分野は連携して、現在の神経イメージングで可能な範囲で、脳活動に関する最も正確な情報を提供します。脳活動の測定は常に改善の余地がありますが、電気生理学による典型的なイメージング研究は、生物のシステムとそれらが互いに絡み合って機能する仕組みに関する膨大な情報をすでに提供できます。たとえば、システム神経科学の中核分野を使用して、科学者は脳活動の相違点を観察し、計算モデルを使用して機能している脳と片頭痛の影響を受けた脳の違いを比較することで、神経系に対する片頭痛の攻撃を分析することができました^。6

システム神経科学は、生物の生物学的システムの電気的活動に焦点を当てた電気生理学を通じて観察されます。電気生理学の研究を通じて、体内のさまざまなシステムの活動レベルは、異常な心拍リズムや脳卒中などのシステム機能の異常を説明するのに役立ちます。電気生理学の主な焦点は心臓ですが、他の身体機能との関係で脳活動の情報スキャンも提供し、システム間の神経活動のつながりに役立ちます。

システム神経科学は一般に人間の機能レベルとの関連で観察されますが、ショウジョウバエ（小型のショウジョウバエ）を使った研究が多く行われています。ショウジョウバエは脳の構造が単純で、遺伝的要因と環境的要因が実験的観点からより制御しやすいため、研究が容易だと考えられているからです。ショウジョウバエと人間の機能には大きな違いがありますが、これらの研究は人間の脳がどのように機能するかについて貴重な洞察を提供します。

ショウジョウバエでは、神経回路とニューロン発火は機能的脳画像化によってより容易に観察できます。これは、ニューロン経路が単純化され、従って追跡が容易になるためです。これらの経路は単純かもしれませんが、ニューロン発火の基礎を理解することで、人間のニューロン経路に関する重要な研究につながり、最終的にはシステムが機能しているときのニューロンの 1 対 1 の対応関係が明らかになります^。7

• 3. ベア、MF他編（1995年）。『神経科学：脳の探究』メリーランド州ボルチモア、ウィリアムズ・アンド・ウィルキンス社 。ISBN 0-7817-3944-6 
• 4. Hemmen JL、Sejnowski TJ (2006)。 システム神経科学における23の問題。オックスフォード大学出版局。ISBN 0-19-514822-3 
• 5. Kriegeskorte, N., Mur, M., & Bandettini, P. (2008). 表現類似性分析 - システム神経科学の分野をつなぐ。システム神経科学のフロンティア、 2、4–4。https://doi.org/10.3389/neuro.06.004.2008
• 6. Brennan, KC, & Pietrobon, D. (2018). 片頭痛に対するシステム神経科学アプローチ。ニューロン（マサチューセッツ州ケンブリッジ）、97（5）、1004–1021。https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.01.029
• 7. 風間 秀 (2015). ショウジョウバエのシステム神経科学：概念的および技術的利点。神経科学、296、3–14。https ://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2014.06.035