神経物理学

thumb|right|350px| グルタミン酸作動性シナプスの分子図。グルタミン酸（ピンク）を含むシナプス前小胞と、神経シグナル伝達に関わる主要な膜タンパク質を示す。これらの構造は、電位依存性イオンチャネル・受容体・トランスポーターを含む、タンパク質構造データバンクから得られた実験的に決定されたデータに基づいている。カリウム（マゼンタ）・ナトリウム（黄緑）・カルシウム（シアン）イオンは、神経物理学の中心をなす電気化学的勾配を強調している。

神経物理学（しんけいぶつりがく、、ニューロバイオフィジックスとも）は、神経系についての情報を得るための物理的手法の開発と利用を扱う生物物理学の一分野である。神経物理学は、物理学を用い、それを他の神経科学と組み合わせることで神経過程をよりよく理解しようとする学際科学である。「neurophysics」という語は、「ニューロン」（neuron）と「physics」のかばん語である。ナノニューロバイオフィジックスは、ニューロバイオフィジックスのナノスケールにおける専門分野であり、ナノサイエンスの一分野でもある。ナノニューロバイオフィジックスは、脱髄化と神経変性疾患の研究を中心とし、最終的にはその知見をナノメディシン（すなわち、ナノテクノロジーを通じた疾患の診断・治療）の分野に応用することを目指している。

用いられる手法には、生物物理学の実験技術や、電気的・機械的・流体的な性質を調べるための脳波（EEG）などの物理的測定手法、さらに理論的・計算論的アプローチが含まれる。他の例に加え、を用いたニューロンにおける異所性活動電位の理論化や、双極子近似を用いてEEG中に測定される物理現象を記述することは、神経活動をよりよく理解するために神経物理学を用いる例である。

もう一つのかなり異なる理論的アプローチは、ニューロンがイジング模型的な相互作用エネルギーを持つとみなし、さまざまなケイリー木トポロジーや大規模神経ネットワークについて、これが持つ物理的な帰結を探るものである。1981年、閉じたケイリー木（ループを含む）についての厳密解が、によって任意の分岐比について導かれ、局所頂点相関および長距離のサイト間相関において通常とは異なる相転移的振る舞いを示すことが見出された。これは、構造的に決定され結合性に影響される協同現象の創発が、大規模神経ネットワークにおいて重要な役割を果たしうることを示唆している。

記録技術物理現象を用いて脳活動を記録する古くからの技術は、研究や医学においてすでに広く普及している。脳波（EEG）は電気生理学を用いて脳内の電気的活動を測定する。この技術は、ハンス・ベルガーが1924年に初めてヒトの脳の電気的活動を記録したものであり、非侵襲的であり、患者の頭皮に取り付けた電極を用いて脳活動を記録する。同じ原理に基づき、（ECoG）は、大脳皮質上で直接電気的活動を記録するために開頭術を必要とする。

近年、物理学者たちは脳とその活動を画像化するための技術や装置を考案してきた。1990年に小川誠二によって発見された機能的磁気共鳴画像法（fMRI）技術は、脳内の血流の変化を明らかにする。既存の医用画像技術である磁気共鳴画像法（MRI）と、神経活動と脳血流との関連に基づき、この手法は制御された刺激によって引き起こされる脳活動を科学者たちが研究することを可能にする。もう一つの技術である2光子顕微鏡（2P）は、ヴィンフリード・デンク（この功績により2015年にブレイン賞を受賞した）、ジョン・H・ストリックラー、によって1990年にコーネル大学で発明され、蛍光タンパク質や色素を用いて脳細胞を画像化する。この技術は、1931年にマリア・ゲッパート＝メイヤーによって初めて理論化された二光子吸収と、レーザーとを組み合わせたものである。今日、この技術は研究において広く用いられており、特定の種類のニューロンの挙動を研究するために遺伝子工学と組み合わされることが多い。

意識の理論意識は今なお未知の機構であり、理論家たちはその機構を説明する物理的な仮説をいまだ提示できていない。一部の理論は、意識が、脳活動中に引き起こされる活動電位によって生じる大脳の電磁場の乱れによって説明できるという考えに基づいている。これらの理論はと呼ばれる。もう一つの仮説群は、意識は古典力学では説明できず、量子力学とその現象によってのみ説明できると示唆する。これらの仮説は量子脳理論という考えにまとめられSwan, M., dos Santos, R. P.; Witte, F. (2022). "Quantum neurobiology". Quantum Reports, 4(1), 107-126. https://doi.org/10.3390/quantum4010008、ユージン・ウィグナーによって初めて提唱された。

神経物理学の研究機関

理論神経物理学研究所、ブレーメン大学神経物理学部門、マックス・プランク研究所機能的統合神経科学センター神経物理学グループ、オーフス大学 W・M・ケック神経物理学センター、カリフォルニア大学ロサンゼルス校神経物理学プログラム、ジョージア州立大学神経学研究所神経物理学、ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドンラドバウド大学神経物理学、ラドバウド大学ナイメーヘン校

賞神経学および関連分野への貢献に対して神経物理学者を表彰する数々の賞の中で、最も著名なものはブレイン賞であり、直近の受賞者は「脳のエピジェネティックな制御を解明・図示し、レット症候群を引き起こす遺伝子を特定した画期的な業績」によりエイドリアン・バードとである。神経物理学者が受賞しうる他の主要な賞には、、カブリ賞、そしてある程度はノーベル生理学・医学賞が挙げられる。神経系のよりよい理解に広く貢献した技術を開発した科学者にノーベル賞が授与された例として、1991年のパッチクランプ法に対するネーアーとザクマン、2003年の磁気共鳴画像法（MRI）に関する業績に対するラウターバーとマンスフィールドが挙げられる。

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