神经物理学

神经物理学（或神经生物物理学）是生物物理学的一个分支，研究开发和使用物理方法来获取有关神经系统的信息。

神经物理学是一门使用物理学并将其与其他神经科学相结合以更好地理解神经过程的跨学科科学。

所使用的方法包括实验生物物理学和其他物理测量技术，例如脑电图，主要用于研究电气、机械或流体特性，以及理论和计算方法。 术语神经物理学是神经元和物理学的合成词。

在其他示例中，使用克莱默斯-莫亚尔（Kramers-Moyal）展开式对神经元异位动作电位的理论化和使用偶极子近似法对脑电图期间测量的物理现象的描述使用神经物理学来更好地理解神经活动。

另一种截然不同的理论方法将神经元视为具有伊辛模型相互作用的能量，并探索其对各种凯莱树拓扑和大型神经网络的物理影响。

1981 年，针对任意分支比导出了闭合凯莱树（带环）的精确解，并发现在其局部顶点和长程位点相关性中表现出不寻常的相变行为，表明出现了结构决定和连接影响的合作现象可能在大型神经网络中发挥重要作用。

使用物理现象记录大脑活动的旧技术已经在研究和医学中得到广泛应用。脑电图 (EEG) 使用电生理学来测量大脑内的电活动。汉斯伯格（Hans Berger）于 1924 年首次记录了人类脑电活动的这项技术是非侵入性的，使用放置在患者头皮上的电极来记录大脑活动。基于相同的原理，皮层电图 (ECoG) 需要开颅术来直接记录大脑皮层的电活动。

近几十年来，物理学家发明了对大脑及其活动进行成像的技术和设备。小川征尔于 1990 年发现的功能性磁共振成像 (fMRI) 技术揭示了大脑内的血流变化。基于现有的医学成像技术磁共振成像 (MRI) 以及神经活动与脑血流之间的联系，该工具使科学家能够研究受控刺激触发时的大脑活动。

另一种技术，即双光子显微镜 (2P)，由温弗里德·登克（Winfried Denk）、约翰·斯特里克勒（John H. Strickler）和 瓦特·韦伯（Watt W. Webb）于 1990 年在康奈尔大学发明，使用荧光蛋白和染料来图像脑细胞。

该技术将双光子吸收与激光相结合，该双光子吸收于 1931 年由玛丽亚·戈佩特-梅耶（Maria Goeppert-Mayer）首次提出。

今天，这项技术被广泛用于研究，并经常与基因工程相结合来研究特定类型神经元的行为。

意识仍然是一种未知的机制，理论家们还没有提出解释其机制的物理假设。一些理论依赖于这样一种观点，即意识可以用大脑活动期间触发的动作电位产生的大脑电磁场扰动来解释。这些理论被称为意识的电磁理论。

另一组假设表明，意识不能用经典动力学来解释，而是用量子力学及其现象来解释。这些假设被归入量子思维的概念，由尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 首次提出。

在奖励神经物理学家对神经学和相关领域做出贡献的一系列奖项中，最引人注目的是大脑奖，最后一位获奖者是阿德里安·伯德（Adrian Bird）和胡达·佐格比（Huda Zoghbi），他们在绘制和理解大脑的表观遗传调控方面的开创性工作以及确定导致雷特（Rett）综合征的基因。