علی رغم پیشرفت های چشمگیر علوم  اعصاب، درک ما از اصول و مکانیسم پیچیده عملکرد های مغز و شناخت همچنین بسیار ناقص باقی مانده است. در تلاش برای رفع این چالش، جامعه علوم اعصاب تمرکز خود را بر توسعه روش ها و فناوری های قرار داده است که بتواند با استخراج داده های وسیع از وجوه مختلف عملکرد مغز بینش ما نسبت به مکانیسم پیدایش پدیده های شناختی ارتقاء دهند. این روش های جدید شامل توسعه ابزارهای جدید آزمایشگاهی برای ساخت نقشه های جامع و ثبت الگو های دینامیکی میان مولکول ها، نورون ها، مناطق مغزی و سیستم های اجتماعی. علي رغم کارامدی نسبی روش های مدرن ثبت اطلاعاتی مغزی و بهبود فزاینده این کارآمدی مهمترین دستاورد داده های انبوه عصبی نشان دادن ژرفای پیچیدگی مکانیسم های عصب شناختی بوده و نه این که از میزان این پیچیدگی کاسته باشند. تولید داده های انبوه از عملکرد های متنوع سیستم عصبی در کنار نوید بهبود درک ما از اسرار مغز همراه خود سوالات مهمی را به همراه آورده اند. یکی از سوالات این است که این داده ها چگونه باید تحلیل شوند؟

داده های منتج از بکار گیری تکنیک های پیشرفته امروزی اغلب در سطوح چندگانه ای طبقه بندی می شوند (نورون ها، مدارها، سیستم ها، تمامی مغز) و یا حوزه های مختلف بیولوژیکی را در بر میگیرند (به عنوان مثال، ارتباطات آناتومیک و عملکردی، الگوهای ژنتیکی و بیماری ها، فعالیت توزیع شده در مناطق مغزی در ارتباط با فنوتیپ های رفتاری). داده های هر سطح دارای دو ویژگی بزرگی و عدم تجانس است و از طرفی ساختار چند سطحی و سازمان دهی سلسله مراتبی این داده ها بر پیچدگی تحلیل آنها می افزاید. با گسترش فزاینده اندازه، دامنه و پیچیدگی داده های به دست آمده از سیستم عصبی و سازماندهی چند سطحی این دادها، علوم اعصاب وارد دوره ویژه ای گردیده است. دوره ای که توسعه استراتژی های مناسب برای تحلیل داده های انبوه به اندازه ایجاد فناوری های قدرتمند برای ثبت این داده ها مهم است.

داده های کلانی که از طیف وسیع فعالیت های مغز ثبت می شوند اغلب در یک ویژگی با هم مشترک هستند: این داده ها غالبا روابط و اتصالات عناصر متعدد موجود در سیستم های نوروبیولوژیکی را منعکس می کنند. به عبارت دیگر این داده ها نمایشگر شبکه ارتباطات سطوح مختلف عملکرد مغز هستند. درحقیقت، مغز به طور ذاتی به صورت یک شبکه فضایی تعبیه شده است و قیود فیزیکی حاصل از این تعبیه، ویژگی های مهم کارایی شبکه مانند ارتباطات موثر شبکه و پردازش اطلاعات را پایه گذاری می کند. به همین دلیل طبیعی ترین رویکرد برای توسعه استراتژی های موثر تحلیل داده های مغز، استراتژی شبکه ای است. شبکه ها پدیده هایی از جهان طبیعی، اجتماعی و تکنولوژیکی هستند. علم شبکه با هسته مرکزی نظریه گراف و در عین حال گستره بسیار فراتر از این هسته در علوم مختلف برای غلبه بر درک پیچیدگی پدیده های طبیعی به کار  گرفته شده است. یکی از این علوم بیولوژی است که همزمان با آشکار شدن حجم و پیچیدگی داده های زیستی در عصر ژنومی رویکرد شبکه ای را به عنوان متودولوژی مرکزی خود در تحلیل داده ها در آغوش گرفت. معصر با بیولوژی علوم اعصاب نیز متودولوژی شبکه ای را به عنوان پارادایم اصلی حاکم بر تحلیل داده های نوروبیولوژیکی اقتباس کرده است. این تغییر پارادایم در بیولوژی و علوم اعصاب سهم بزرگی در مدیریت پیچیدگی داده های انبوه بیولوژیکی و عصبی و رام کردن این داده برای کنکاش علمی ایفا کرده است. با این وجود بیشترین سهم بیولوژی و علوم اعصاب شبکه ای آشکار کردن ساختار و معماری ارتباطات مولکولی، سلولی، و آناتومیک زیربنای پدیده های زیستی و نوروبیولوژیکی است. علیرغم ارزش گزاف بینش ساختاری به دست آمده از رویکرد شبکه ای، مکانیسم های حیاتی و پدیده های شناختی تنها با ساختار ارتباطات قابل توضیح نیستند. ویژگی مهم دیگر سیستم های بیولوژیکی و عصبی که در بعد بزرگتری بروز می کند دینامیک و پویایی است. پدیده های سلولی و پدیده های عصبی در حقیقت نه تنها برآمده از ارتباطات و اتصالت عناصر هستند بلکه به همان اندازه از توزیع بسیار ظریف و هماهنگ شده فعالیت ها در بستر زمان بروز می کنند. بنابراین با وجود اینکه بیولوژی و علوم اعصاب شبکه ای بخش مهمی از چارچوب روش شناسی مورد نیاز برای تسخیر پیچیدگی پدیده های زیستی و شناختی را ارائه می کنند رویکرد جامع تری مورد نیاز است که عنصر زمان و پویایی را در رویکرد شبکه ای ادغام کند.

علوم فیزیکی در طول دهه ها تلاش نظری و ریاضیاتی برای پاسخ به پرسش های بنیادین، دستاورد های کلیدی در ایجاد چنین بستر علمیی داشته اند. یکی از این دستاورد ها نظریه سیستم های دینامیکی و کنترل است. در این نظریه سیستم به عنوان مجموعه ای از اجزاء و ارتباط میان آنها که یک هویت واحد را می سازد تعریف می شود. به این ترتیب، سیستم در تعریف خود متضمن مفهوم شبکه است که در بیولوژی و علوم اعصاب جایگاه مرکزی دارد. از سوی دیگر، نظریه سیستم های دینامیکی روش های تحلیلی موثر برای مطالعه دینامیک و پویایی نیز را توسعه داده است. بنابراین اقتباس این نظریه در بیولوژی و علوم اعصاب بستر علمی لازم برای رویکرد یکپارچه شبکه ای و دینامیکی به پدیده های مورد توجه این دو علم را  فراهم می کند. این تلفیق علمی در بیولوی و علوم اعصاب امروزه به ترتیب به عنوان سیستم بیولوژی و علوم اعصاب سیستمی شناخته میشود. برای آشنایی بیشتر با خواستگاه، مبانی، و روش های سیستم بیولوژی مقاله “سیستم بیولوژی چیست؟” منشر شده در وبسایت بیونوروسیستم را مطالعه فرمایید). علوم اعصاب سیستمی در حال حاضر به عنوان به روز ترین روش تحقیقاتی در علوم اعصاب شناخته می شود که امکان استخراج اطلاعات سطح بالا از داده های چند سطحی، چند مقیاسی، سلسله مراتبی و دینامیکی ازائه شده توسط روش های مدرن تجربی را فراهم می کند.

شبکه های مغز به عنوان فنوتیپ های واسط طیف وسیعی از ارتباطات مغزی از تعاملات ژنتیکی و مولکولی گرفته تا مدار های تعیین کننده رفتار فردی و جمعی در محیط را در بر می گیرند. شبکه های مغزی همچین می توانند اثر علیتی ژنتیک بر رفتار و یا برعکس آن را منعکس کنند. مطالعات اخیر به طور روشن نشان داده اند جهش های ژنتیکی می توانند تغییراتی در توپولوژی ارتباطی اعصاب ایجاد کنند که به نوبه خود تغییر در رفتار را بر می انگیزد. رویکرد سیستمی روش علمی کارآمدی در اختیار می گذارد تا مقیاس های مختلف فعالیت مغز به طور یکپارچه مورد مطالعه قرار گیرد. در واقع، علم شبکه پیشرفت های قابل توجهی را در تحلیل سیستم های مولکولی و اجتماعی ایجاد کرده است و تأثیر این پیشرفت ها اکنون در آنالیز مدارهای عصبی مزو-مقیاس و همچنین سیستم های بزرگ-مقیاس مغز احساس می شود.

در مقیاس های مولکولی، اطلاعات جامع مولکولی و ژنومی که برای بسیاری از ارگانیسم ها از جمله انسان بدست امده آست، در چارچوب نام سیستم بیولوژی مورد تحلیل قرار می گیرد. سیستم بیولوژی داده های مولکولی به دست امده از روش های تجربی پرظرفیت را با مدل سازی تحلیل محاسباتی است تلفیق می کند تا بینشی سطح بالا از رفتار های پیچیده حیاتی ارائه کند. سیستم بیولوژی بر این اصل استوار است که بیشتر عملکرد ها و پدیده های بیولوژیکی نمی تواند حاصل عملکرد پروتئین ها یا بیومولکول های منحصربه فرد باشند، بلکه از تعاملات و ارتباطات آنها در مجموعه های مولکولی درون سلولی پدید می آیند. به همین دلیل در سیستم بیولوژی، شبکه ها هسته های اصلی برای مدلسازی سیستم های زیستی و تجزیه و تحلیل آنها هستند. دینامیک شبکه های زیستی زیربنای رفتار های سطح بالای حیاتی نظیر تمایز سلولی، رشد بافت و دیگر فرایند های یکپارچه بیولوژیکی است که سیستم زنده را از غیر زنده متمایز می کند. در سطوح بالاتر فنوتیپی معماری و دینامیک همین شبکه های زیستی زیرلایه ارتباطات سلول های عصبی هستند که موجود هشیار را از غیر هشیار متمایز می کند. برای مثال مطالعات جدید نشان داده اند که سلول های عصبی ای که بیشتر با هم مرتبط هستند پروفایل بیان ژن مشابهی دارند. با توجه به اینکه پدیده های سطح بالای شناختی نظیر توجه، حافظه، یادگیری، و تصمیم گیری افکنشی از ارتباطات ظریف و پیچیده محلی و سراسری مغز هستند همبستگی این ارتباطات ماکرو-مقیاس با پروفایل ارتباطات مولکولی میکرو-مقیاس نشان دهنده کنترل سطوح میکرو بر پدیده های ماکرو است. چنین نگرشی با بینش های مهمی که مطالعه شبکه های بیومولکولی نسبت به مکانیزم های بیولوژیکی مرتبط با اختلالات مغزی از جمله اسکیزوفرنی  و اوتیسم ایجاد کرده اند تقویت می شود. شواهد فوق به صورت همگرا بر نقش علیتی شبکه های بیولوژیکی در پیدایش پدیده های سطح بالای شناختی اشاره می کنند. شاید به همین دلیل است که John Searle فیلسوف معروف ذهن از ادراک به عنوان پدیده ای بیولوژیکی یاد می کند که مسیر رمز گشایی از را باید در تعمیق دانش ما از بیولوژی مغز جستجو کرد. با وجود این، حتی اگر چنانکه شواهد اشاره می کنند این بینش معتبر باشد، همراستا با اتیولوژی ارسطویی و بر خلاف اتیولوژی نیوتونی علیت در بیولوژی نه خطی بلکه مدور است به این معنی که اجزایی که کل را می سازند خود می توانند از کل متاثر شود. در بستر علوم اعصاب این علیت مدور به این معنا است که شبکه های بیولوژیکی که نقش علیتی در پدیده های سطح بالای شناختی دارند خود می توانند با الگوی بازخور ارتباطات عصبی که حد واسط بیولوژی مولکولی و فنوتیپ های شناختی هستند تحت تاثیر قرار گیرند. در علوم پزشکی و روانشناسی شناختی دو سوی این دامنه خود را به صورت دو رویکرد متمایز در درمان ناهنجاری های عصب-تخریبی نشان می دهد: رویکرد پزشکی مولکولی که با تاکید بر نقش علیتی شبکه های بیولوژیک، تیمار بیماری های عصبی را با درمان دارویی دنبال می کند و رویکرد نوروفیدبک که اصلاح دینامیک مدارهای عصبی را از بالاترین سطح سلسله مراتب عملکردی مغز دنبال می کند. به طور قابل توجه سیستم بیولوژی علیت مدور را به رسمیت می شناسد به این معنا که در سیستم بیولوژی ژنوتیپ به تنهایی تعیین کننده فنوتیپ نیست بلکه در تعامل با عوامل محیطی فنوتیپ را شکل می دهد. بنابر این علی رغم اینکه ژنوتیپ خود تغییر نمی کند تعامل ژنوتیپ و محیط این درجه آزادی را در بیولوژی ایجاد می کنند که نحوه ترجمه ژنوتیپ به فنوتیپ از طریق سیگنال های محیطی وارد شده به سلول تحت تاثیر قرار گیرد. این سیگنال ها می تواند از بالاترین سطح سلسله مراتب عملکردی مغز یعنی ذهن ارسال شوند و با بهره گیری از درجه آزادی موجود در بیولوژی، ارتباطات مولکولیی که قبلا عامل ایجاد ناهنجاری بوده اند را به حالت طبیعی بازگردانند. به این ترتیب سیستم بیولوژی با ایجاد بستری که در آن علیت مدور قابل کنکاش علمی است درک کل نگر مکانیسم رویکرد های نوین درمانی نظیر نوروفیدبک و راه های بهبود آنها را هموار می کند.

توجه به این نکته کلیدی است که تاثیر پذیری فنوتیپ بیولوژیکی از سیگنالهای محیطی که ممکن است از ذهن نشات گرفته باشند به این معنی نیست که ساختار ژنوتیپ خود دچار تغییر می شود. ژنها محکم بر روی کروموزوم نشسته اند و پروتئین های ترجمه شده از روی آنها ساختار کریستالی تقریبا انعطاف ناپذیری دارند. بیولوژی باور دارد هیچ درمان صرفا مبتنی بر تعامل روان با محیط نمی تواند بر روی ژن ها و پروتئین ها تاثیر بگذارد. اما در بینش سیستم بیولوژی، ارتباطات مولکولی زیرلایه فنوتیپ های سطح بالا همانند ارتباطات شبکه عصبی مغز به شدت پلاستیک هستند و این امر زبان و متدولوژی علمی مشترک برای ارتباط این دو گستره بزرگ از علم را فراهم می آورد. این علمی است که به آن نوروسیستم بیولوژی می گوییم.

علی رغم رشد پر شتاب آموزش و تحقیقات علوم اعصاب مدرن در کشور، شکاف آموزشی و پژوهشی در حوزه مشترک علوم اعصاب و بیولوژی مشهود است. این در حالی است که پژوهش های سیستمی در فصل مشترک این دو حوزه یکی از کلیدی ترین بستر های تحقیقاتی در کشور های پیشرو است، که اغلب به عنوان نوروبیولوژی سیستمی شناخته می شود. در حال حاضر بسیاری از محققین علوم اعصاب به ویژه در شاخه علوم شناختی از زمینه های مهندسی مانند مهندسی برق، کامپیوتر، و مهندسی پزشکی و با پیش زمینه ای محدود در بیولوژی وارد این حوزه می شوند. از سوی دیگر محققین بیولوژی و نورلوژی به دلیل دور بودن آموزش های علوم پایه از مباحث فنی لازم اغلب از ورود موثر به حوزه علوم اعصاب شبکه ای باز می مانند.

موسسه علوم نوبنیاد ایرانیان (معنا) تلاش جهت رفع این شکاف را برای بلوغ پژوهش های علوم اعصاب کشور ضروری دانسته و در همین راستا سمینار ها، سمپوزیوم ها و دوره های آموزشی تخصصی را در فصل مشترک علوم اعصاب، علوم شناختی، و سیستم بیولوژی برگزار می نماید.

رودادها معنا در حوزه علوم اعصاب سیستمی پلی برای پیوستن محققین حوزه های مختلف علوم زیستی به علوم اعصاب ایجاد و زمینه تلفیق پارامتر های بیولوژیک در پژوهش های علوم شناختی فراهم می کند.