Набор сигналов посылаемых нервной системой это

Окружающий нас мир мы воспринимаем благодаря двум системам: первой и второй сигнальной.

Для получения информации о состоянии организма и о внешнем окружении первая сигнальная система использует все органы чувств человека: осязание, зрение, обоняние, слух и вкус. Вторая, более молодая, сигнальная система позволяет воспринимать мир через речь. Ее развитие происходит на основе и во взаимодействии с первой в процессе развития и роста человека. В этой статье мы рассмотрим, что такое первая сигнальная система, каким образом она развивается и функционирует.

Как это происходит у животных?

Все животные могут воспользоваться только одним источником информации об окружающей реальности и изменении ее состояния, которым является первая сигнальная система. Внешний мир, представленный через различные объекты, обладающие разнообразными химическими и физическими свойствами, такими как цвет, запах, форма и др., выступают в качестве условных сигналов, предупреждающих организм об изменениях, к которым необходимо приспособиться. Так, стадо дремлющих на солнце оленей, почувствовав запах подкрадывающегося хищника, резко срывается с места и спасается бегством. Раздражитель стал сигналом о приближающейся опасности.

Таким образом, у высших животных первая (условно-рефлекторная) сигнальная система - это точное отражение внешнего окружающего мира, позволяющее верно реагировать на изменения и приспосабливаться к ним. Все ее сигналы относятся к определенному объекту и являются конкретными. Условные рефлексы, составляющие базу элементарного предметно соотнесенного мышления животных, формируются посредством именно этой системы.

Первая сигнальная система человека функционирует так же, как и у высших животных. Обособленное ее функционирование наблюдается только у новорожденных, в период с рождения и до возраста в шесть месяцев, в том случае, если ребенок пребывает в обычной социальной среде. Становление и развитие второй сигнальной системы совершается в процессе и как следствие воспитания и социальных взаимодействий между людьми.

Типы нервной деятельности

Человек – сложное существо, прошедшее в своем историческом развитии через сложные изменения как в анатомическом и физиологическом, так и в психологическом строении и функционировании. Весь комплекс разноплановых процессов, происходящих в его организме, осуществляется и контролируется посредством одной из основных физиологических систем - нервной.

Деятельность этой системы подразделяют на низшую и высшую. За контроль и управление всеми внутренними органами и системами человеческого организма отвечает так называемая низшая нервная деятельность. Взаимодействия с объектами и предметами окружающей действительности посредством таких нервно-психических процессов и механизмов, как интеллект, восприятие, мышление, речь, память, внимание, относят к высшей нервной деятельности (ВНД). Подобное взаимодействие происходит через непосредственное воздействие различных объектов на рецепторы, например, слуховые или зрительные, с дальнейшей передачей полученных сигналов нервной системой обрабатывающему информацию органу – головному мозгу. Именно этот вид сигнализации русским ученым И. П. Павловым был назван первой сигнальной системой. Благодаря ей стало возможным зарождение и развитие второй сигнальной системы, характерной только для людей и связанной со слышимым (речь) или видимым словом (письменные источники).

Что такое сигнальные системы?

Основываясь на трудах известного русского физиолога и естествоиспытателя И. М. Сеченова о рефлекторной деятельности высших отделов головного мозга, И. П. Павлов создал теорию о ВНД - высшей нервной деятельности человека. В рамках этого учения было сформулировано понятие о том, что такое сигнальные системы. Под ними понимаются формирующихся в коре (изокортексе) головного мозга комплексы условно-рефлекторных связей как следствие поступления различных импульсов из окружающего мира или от систем и органов тела. То есть работа первой сигнальной системы направлена на выполнении аналитических и синтетических операций по распознаванию сигналов, поступающих от органов чувств об объектах внешнего мира.

В результате социального развития и овладения речью возникла и эволюционировала вторая сигнальная система. По мере роста и развития психики ребенка постепенно вырабатываются способности к пониманию, а затем и к воспроизведению речи как следствие возникновения и закрепления ассоциативных связей, произносимых звуков или слов с сенсорными впечатлениями об объектах внешнего окружения.

Особенности первой сигнальной системы

В этой сигнальной системе как средства и способы коммуникации, так и все остальные формы поведения основываются на непосредственном восприятии окружающей реальности и реакции на поступающие из нее в процессе взаимодействия импульсы. Первая сигнальная система человека - это ответное конкретно-чувственное отражение воздействия на рецепторы со стороны окружающего мира.

Сначала в организме появляется ощущение каких-либо явлений, свойств или объектов, воспринятых рецепторами какого-либо одного или нескольких органов чувств. Затем ощущения преобразуются в более сложные формы — восприятие. И только после того, как будет сформирована и развита вторая сигнальная система, появляется возможность создания не привязанных к конкретному объекту абстрактных форм отражения, таких как представления и понятия.

Локализация сигнальных систем

За нормальное функционирование обеих сигнальных систем несут ответственность центры, расположенные в полушариях головного мозга. Прием и переработку информации для первой сигнальной системы осуществляет правое полушарие. Как восприятие, так и обработку информационного потока для второй сигнальной системы производит левое полушарие, отвечающее за развитие логического мышления. Вторая (больше чем первая) сигнальная система человека зависит от структурной целостности головного мозга и его функционирования.

Взаимосвязь между сигнальными системами

Вторая и первая сигнальные системы по Павлову находятся в постоянном взаимодействии и взаимосвязаны по выполняемым функциям. Это обусловлено тем, что на базе первой возникла и развилась вторая сигнальная система. Поступающие из окружающей среды и от разных частей тела сигналы первой находятся в непрерывном взаимодействии с сигналами второй. Во время такого взаимодействия происходит возникновение условных рефлексов более высокого порядка, которые создают функциональные связи между ними. В связи с развитыми мыслительными процессами и общественным образом жизни у человека более развита вторая сигнальная система.

Стадии развития

В процессе индивидуального психического развития ребенка, рожденного в срок, первая сигнальная система начинает оформляться уже через несколько суток после рождения. В возрасте 7-10 дней возможно формирование первых условных рефлексов. Так, младенец производит сосательные движения губами еще до того, как ему в рот положат сосок. Условные рефлексы на звуковые раздражители могут сформироваться в начале второго месяца жизни.

Чем старше становится ребенок, тем быстрее образуются у него условные рефлексы. Для того чтобы у месячного грудничка появилась временная связь, придется сделать множество повторений воздействия безусловного и условного раздражителей. У двух-трехмесячного ребенка для создания такой же временной связи потребуется всего несколько повторений.

Вторая сигнальная система начинает оформляться у детей в возрасте от полутора лет, когда при многократном назывании предмета, совместно с его демонстрацией, ребенок начинает реагировать на слово. У детей она выдвигается на первый план только к 6-7 годам.

Смена ролей

Таким образом, в процессе психофизического развития ребенка, на протяжении всего детского и подросткового периодов, происходит изменение значимости и приоритетности между этими сигнальными системами. В школьном возрасте и вплоть до начала пубертатного периода вторая сигнальная система выдвигается на первый план. В период полового созревания, вследствие значительных гормональных и физиологических изменений в организме подростков, на небольшой период первая сигнальная система вновь становится ведущей. К старшим классам школы вторая сигнальная система снова выходит в лидеры и сохраняет свое главенствующее положение на протяжении всей жизни, постоянно совершенствуясь и развиваясь.

Значение

Первая сигнальная система людей, несмотря на преобладание у взрослых второй, имеет большое значение в таких видах человеческой деятельности, как спорт, творчество, обучение и труд. Без нее было бы невозможно творчество музыканта и художника, актера и профессионального спортсмена.

Несмотря на схожесть этой системы у людей и животных, у человека первая сигнальная система - это значительно более сложная и совершенная структура, так как она находится в постоянном гармоничном взаимодействии со второй.

Первая сигнальная система

Впервые понятие сигнальные системы ввел И. П. Павлов, для различения ВНД человека и животных.

Первая сигнальная система присуща человеку и животному. Характеризуется, первая сигнальная система, проявлением в рефлексах, которые формируются на раздражении внешней и внутренней среды, кроме смыслового слова.

Сигналы первой сигнальной системы:

• Запах;
• Форма;
• Вкус;
• Цвет;
• Температуру и т. п.

Поступление таких сигналов, от рецепторов поступают в головной мозг нервные импульсы животного и человека поддаются анализу и синтезу

Характерные черты первой сигнальной системы:

1. Определенность сигнала (любые явления окружающей реальности человека или животного);
2. Подкрепление безусловным раздражителем (например, оборонительными, пищевыми или половыми раздражителями);
3. Биологическая природа целевого приспособления ( человек или животное постоянно стремится к лучшему: питанию, жилищу, размножению, обороне).

Вторая сигнальная система

В процессе социального развития человеческий организм приобрел вторую сигнальную систему, которая стала обеспечивать формирование общего представления об окружающей реальности с помощью слова и речи. Вторая сигнальная система взаимосвязана с сознанием и абстрактным мышлением человека.

• Курсовая работа Первая и вторая сигнальные системы 460 руб.
• Реферат Первая и вторая сигнальные системы 230 руб.
• Контрольная работа Первая и вторая сигнальные системы 230 руб.

Сигналы второй сигнальной системы:

• Слова устной речи;
• Слова письменной речи;
• Знаки;
• Рисунки;
• Формулы;
• Мимика;
• Жесты;
• Символы.

Сигнальное значение слова для человека заключается в его смысловом содержании.

Вторая сигнальная система способна заменить раздражители первой сигнальной системы. Поскольку, сигналы 1-й системы постоянно и непрерывно взаимодействуют с сигналами 2-й системы. Таким образом, возникает условный рефлекс второго и последующих высших порядков.

Благодаря второй сигнальной системе человек способен к абстрактному речевому мышлению.

Для функционирования второй сигнально системы оба полушария головного мозга принимают участие.

При 2-й сигнальной системы возникло, в нервной деятельности, отвлечение и обобщение сигналов, который непосредственно поступают в головной мозг. Вследствие, обусловливается адаптационная функция человека к внешней среде. Так, вторая сигнальная система регулирует различные формы поведения человека.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Характерные черты второй сигнальной системы:

1. Обобщение понятий и отвлечение от общих свойств;
2. Одновременность в перестройки и формирование временных нервных связей;
3. Отображение временных связей;
4. Абстрактность и отвлечение понятия;
5. Утомляемость и влиятельность рефлексов.

Взаимодействие между первой и второй сигнальными системами

Взаимодействие между системами, заключается в проявлении избирательной иррадиации нервных процессов между ними. Такое взаимодействие характеризуется наличием связей сенсорных зон коры больших полушарий между собой, которые воспринимают стимулы и нервные структуры. Также существует, между сигнальными системами, иррадиация торможения.

Стадии взаимодействия сигнальных систем в процессе онтогенеза:

1. Реализация условных рефлексов на уровне первой сигнальной системы;
2. Реакция на словесные раздражители вегетативными и соматическими реакциями;
3. Словесная реакция, реализация второй сигнальной системы (начинается с произношением отдельных слов, связанных с отдельным предметом. Затем слова обозначают действия и переживания. Чуть позже происходит дифференциация слов на категории. В конечном итоге с каждым годом жизни ребенка увеличивается его словарный запас);
4. Появление условных рефлексов;
5. Выработка двигательных и речевых стереотипов.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Нервная система – это гигантская сеть передающих сигналы нейронов и связей между ними. Большинство нейронов – 100 миллиардов или около того – содержится в нашем мозге (второе место занимает позвоночник, в нем около 1 миллиарда нейронов). Причем, в мозгу содержится не один тип нейронов, их тысячи, каждый имеет свою форму, функции и цели.

Нервная система состоит из двух частей, каждая из которых, в конечном счете, служит для распространения сигнала между нейронами:

1) Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга, и выступает первичным органом, контролирующим входящие и исходящие сообщения из мозга;

2) Периферийная нервная система представляет собой дороги, улицы и переулки главной системы. Она соединяет ЦНС с остальным телом и состоит из двух частей: соматическая (которая направляет сообщения обратно в ЦНС) и вегетативная (которая контролирует работу органов).

Ниже мы рассмотрим 10 основных вещей, которые наша нервная система обрабатывает автоматически.

10. Потоотделение

Никто не благодарит нервную систему после того, как он чувствует, что сильно вспотел. Однако, если бы не способность вашего организма принимать меры во время сильной жары, каждый из таких жарких дней мог бы заканчиваться для вас смертельно опасным тепловым ударом.

Без какой-либо помощи от вас, ваше тело старательно поддерживает водный баланс в каждой клетке и сохраняет необходимую температуру. Когда ему нужно освободить некоторое количества тепла, оно делает это в виде потоотделения при помощи 2,6 миллиона потовых желез. Потеем мы всегда, хотя пот (смесь воды, хлора, натрия и калия) часто поглощается потовыми железами обратно, прежде, чем он достигнет поверхности кожи.

Таким образом, это просто испаряемая вода с поверхности кожи, которая удаляет избыток тепла из организма. Но что, если этого избыточного тепла нет? Нервная система все равно подготавливает ваше тело к возможным резким повышениям температуры.

9. Расширение зрачков

Если вы когда-либо долго смотрели на горящую лампочку перед тем, как ее резко выключили, вы, несомненно, сразу после этого находились в коротком периоде визуальной дезориентации, пока ваши глаза не привыкли к темному окружению. Через минуту или около того, вы уже видите гораздо меньше света, но зато видите гораздо четче. Многие вещи мы воспринимаем как сами собой разумеющиеся, причем одна из них – это наша способность видеть.

Для того, чтобы человек мог видеть, свет должен сначала попасть в зрачок, диаметр которого приблизительно 3-5 миллиметров. Количество света, которое проникает в зрачок, имеет большое значение для качества нашего зрения. К примеру, слишком много света в солнечный день будет слепить нас, слишком мало света в затемненном помещении приводит к тому, что мы плохо видим некоторые вещи.

Наша нервная система постоянно отслеживает количество света, поступающего к нашим глазам. Она также следит за тем, насколько эффективно то или иное количество света для видения нами определенных предметов. Когда темно, наши зрачки расширяются, чтобы "впустить" больше света, возможно, тем самым, улучшая наше видение окружающего, когда света очень много, зрачки, наоборот, сужаются, чтобы ограничить световое воздействие на глаза.

Если вы хотите наглядно увидеть работу вашей вегетативной нервной системы, подойдите к зеркалу, закройте ваши глаза и через некоторое время откройте их, так вы увидите изменения, произошедшие с вашими зрачками.

8. Дыхание и функции легких

Если вы думаете, что трудно постоянно помнить о том, что нужно убрать чашку кофе с панели вашего автомобиля, прежде, чем тронуться с места, то вам следует обрадоваться тому, что в не должны помнить о том, что вам следует дышать каждые несколько секунд, чтобы не умереть.

Не то, чтобы ваша нервная система "считает" вас полностью безответственным, нет, ведь дыхание – это одна из тех вещей, за которыми следит ЦНС, однако, в определенной степени иногда человек может руководить этим процессом. Однако, скука, которая непременно одолеет вас, если вы будете следить за своим дыханием регулярно, заставит вас все же перепоручить снова это дело нервной системе.

Вы можете попытаться подавить ваше дыхание, однако, вас ждет ограниченный успех в этом деле. Ваша нервная система разместила дозорных, которые контролируют уровень углекислого газа в крови. Если этим специализированным клеткам, известным как периферические хеморецепторы, не нравятся то, что они видят, они сразу же посылают сигнал в мозг. Получив соответствующие сигналы, мозг дает указание диафрагме и другим, связанным с этим процессом мышцам, активно сокращаться. Удовлетворенные тем, что уровень углекислого газа уменьшился, хеморецепторы успокаиваются до следующего раза.

Ваши легкие, однако, содержат еще одну группу дозорных. Если этим рецепторам покажется, что легкие чрезмерно нагружены, они попросят одобрения у мозга, чтобы помочь им. Но, по правде говоря, все эти послания могут представлять собой ничто иное, как игру в испорченный телефон, поэтому данная путаница в сигналах часто приводит к беспорядочной форме дыхания – икоте.

7. Адреналин и стресс

Хотя наша вегетативная нервная система чаще всего делает все правильно, иногда происходят непредвиденные ситуации, одна из них – это ее реакция в момент стресса (выброс адреналина и т.д.). Однако, это дает нам возможность идти на сверхчеловеческие подвиги, но при этом, мы часто можем воспринимать, к примеру, публичные выступления как экзистенциальную угрозу.

Когда мы испытываем стресс или тревогу, мы чувствуем обостренное беспокойство, которое может включать в себя дрожь, сухость во рту, потливость и даже искажать наше зрение. Хотя мы часто связываем это чувство с состоянием напуганности или уязвимости, на самом деле, в такие моменты мы полностью готовы к решительным действиям.

В основе этого состояния лежит действие надпочечников – двух крошечных желез, находящихся чуть выше почек. Некоторые нейроны, расположенные в этих железах, работают как часть симпатической нервной системы. Когда человек сталкивается с чрезвычайной ситуацией, нервная система просит надпочечники высвободить некоторое количество адреналина в кровь. Этот гормон провоцирует быстрое вступление в силу многих изменений:

- сердцебиение учащается и усиливается, что повышает кровяное давление;

- уровень сахара в крови повышается;

- происходит перераспределение ресурсов, что способствует более быстрому сворачиванию крови;

- зрачки расширяются, что позволяет видеть угрозу в полном объеме;

- бронхи расширяются, так как подготавливают организм к потреблению кислорода в максимальном количестве.

Когда угроза ликвидируется, надпочечникам дается сигнал прекратить выброс адреналина, и они вырабатывают другой гормон, который нейтрализует все последствия.

6. Пищеварение

Для того, чтобы оно началось, пища должна быть "разбита" на более мелкие компоненты, которые впоследствии используются для нужд организма. Это удивительно сложный процесс, особенно если учесть, что все, что мы делаем сознательно, это жуем и глотаем. Обо всем остальном заботится именно нервная система.

Нервы, которые рождаются в головном и спинном мозге, называются внешними нервами, именно они и обращаются к пищеварительной системе от имени нервной системы. Эти нервы "вызывают" на работу адреналин и ацетилхолин:

-- ацетилхолин заставляет ваш пищеварительный тракт сжиматься, благодаря чему пища может двигаться. Это химическое вещество также побуждает желудок и поджелудочную железу вырабатывать больше желудочного сока;

-- адреналин завершает процесс, расслабляет мышцы пищеварительной системы, и заканчивает выработку желудочного сока. Это очень парадоксально, поскольку, адреналин также принимает участие и в стрессовых ситуациях, насколько нам известно, именно он заставляет организм работать на повышенных оборотах.

Внутренние нервы расположены непосредственно в тканях пищевода, желудка, тонкой и толстой кишки. Они реагируют на растяжение и выброс химических веществ, которые регулируют скорость пищеварения и выделение пищеварительных соков. Эти внутренние нервы формируют свою собственную нервную систему, содержащую похожее количество нейронов со спинным мозгом.

5. Слюноотделение

Вероятно, первое свидание прошло бы не самым удачным образом, если бы вы и ваш партнер во время ужина перед тем, как положить очередной кусочек пищи в рот думали о том, что надо активировать работу слюнных желез.

Слюноотделение очень важно для пищеварения, поскольку оно помогает смазывать ваш рот и пищевод, что необходимо для проглатывания пищи. Слюна также инициирует процесс расщепления пищи, как только она попадает в рот. Производство слюны происходит в слюнных железах, причем существуют три вида желез, которые вырабатывают различную по консистенции слюну (более или менее жидкую). Ваша вегетативная нервная система контролирует и количество вырабатываемой слюны, и ее тип.

Если вы встревожены чем-то или вам страшно, вы можете почувствовать сухость во рту. Вместо того, чтобы помочь вам в криках о помощи, ваша вегетативная нервная система забирает жидкость ото всюду, откуда она только может это сделать, чтобы перераспределить ее на более насущные потребности на время стрессового состояния.

Зависимость выработки слюны от нервной системы впервые было продемонстрирована в знаменитых экспериментах с собакой Павлова. Также стоит отметить, что когда вы находитесь в стрессовой ситуации, в вашей слюне содержится большее количество гормона стресса кортизола.

4. Мочеиспускание

Когда нервная система дает указание пищеварительной системе на переваривание пищи, после окончания процесса в крови остаются продукты отходов под названием мочевина. Вся кровь регулярно циркулирует через почки, которые отделяют мочевину и другие отходы. Эти отходы вместе с водой, будут переадресованы в мочевой пузырь.

Человек производит около 1,4 литра мочи в день. Ваш мочевой пузырь максимально может вмещать в себя меньше трети этого количества (около 400 миллилитров), хотя обычно меньше, в зависимости от физического размера.

Ваша нервная система контролирует наполняемость мочевого пузыря в течение дня. Нервы, соединенные со спинным мозгом, "привязаны" к мышцам детрузора, находящимся в стене мочевого пузыря, а также к уретральным мышцам сфинктера. Для того, чтобы произошло мочеиспускание, мышцы детрузора должны быть напряжены, а уретральные мышцы сфинктера расслаблены.

По мере наполнения, стенки мочевого пузыря растягиваются, о чем и сообщается мозгу. К счастью, наша нервная система временно ограничивает действие рефлексов спинного мозга, которые могли бы вызвать немедленное, непроизвольное мочеиспускание. Вместо этого человек получает сигнал, что ему нужно отойти в ванную комнату. Как и при дыхании, человек может некоторое время контролировать процесс, но не слишком долго. Поскольку время идет, а организм требует увеличения места в мочевом пузыре, ваша ЦНС постепенно упрощает ограничения на рефлексы.

3. Сексуальное возбуждение и оргазм

Часть вашего мозга, ответственная за эмоции, чувствительность и мысли, играет огромную роль в сексуальном возбуждении. После "активации", они, как правило, отправляют послание гипоталамусу, который затем активирует вегетативную нервную систему. Симпатическая и парасимпатическая нервные системы затем посылают вашему телу множество сигналов, которые увеличивают частоту сердечных сокращений, увеличивают поток крови к пенису и клитору. Увеличение притока крови к влагалищу увеличивает давление на его стенки, что провоцирует выработку смазки. Постоянно нервная система регулирует температуру мошонки, путем укрепления или ослабления ее тканей в зависимости от температуры тела и окружающей среды.

Симпатическая нервная система управляет оргазмом путем учащения дыхания, усиления кровообращения, потоотделения и мышечными сокращениями. После оргазма парасимпатическая нервная система восстанавливает нормальное состояние тела.

Интересно, что симпатическую нервную систему стимулируют и другие вещи, в том числе физические упражнения. Одно из исследований показало, что женщины становились более возбужденными после просмотра эротического фильма, если перед этим они проделывали комплекс физических упражнений. Тревога также способствует появлению возбуждения у женщин, но только на физическом уровне, то есть в то время, когда тело готово к половому акту, разум меньше, чем обычно в этом заинтересован.

2. Сердцебиение, пульс и кровяное давление

Если вы измерите ваше сердцебиение во время сна, а затем после того, как встанете и начнете ходить по комнате, то вы обнаружите, что частота сердечных сокращений будет расти. Но почему это происходит?

Ваша нервная система контролирует биение сердца (около 100000 ударов в день), а также скорость, с которой оно стучит и силу, с которой кровь воздействует на артерии и вены в вашем теле. Причем, следует оценить работу ЦНС по достоинству: с каждым ударом сердца, обогащенная кислородом кровь доставляется к каждой клетке. Когда вы спите, вашим клеткам требуется меньше кислорода, поэтому нервная система знает, что следует поберечь эти драгоценные сердцебиения. Из-за этого и замедляется скорость ударов и сила, с которой стучит сердце.

Нервная система внимательно следит за тем, сколько кислорода получают клетки, причем для корректировки в случае, если они не насыщаются в полной мере, ей требуется несколько долей секунды. Хотя вы сами можете изменять частоту сердечных сокращений, изменяя уровень физической активности, на самом деле все корректировки делает ваша нервная система. Вы просто "говорите" ей о потребности в большем или меньшем количестве кислорода.

1. Сенсорная адаптация

Ваши пять чувств – осязание, зрение, слух, вкус и запах – доставляют большое количество сенсорных данных в мозг для обработки. Нервная система в данном случае служит для того, чтобы выделить сенсорную информацию, которая наиболее важна.

Специальные клетки, называемые механорецепторами, играют важнейшую роль в этом. Если вы коснетесь пальцем и будете его удерживать на одежде, которая сейчас на вас, то пройдет совсем немного времени, и вы перестанете что-либо ощущать. Так как это не вызывает боли, ваша нервная система перестает читать и посылать сигналы об этом действии. То есть ЦНС успокоилась, поскольку сенсорные рецепторы послали ей сигнал о том, что все хорошо. Тем не менее, переместив палец в сторону, вы снова почувствуете, что вы в одежде, и что за качество у ткани, из которой она пошита, однако, через несколько секунд вы вновь утратите чувствительность.

Ваша нервная система не уделяет большого значения бессмысленным, повторяющимся звукам или шуму, таким как гудение флуоресцентной лампочки или портативного компьютера. Однако, если появится какой-либо новый шум, то он тут же привлечет ваше внимание, потому что нарушит привычную обстановку. Или же если вы приедете погостить к одному из ваших друзей, вы сразу почувствуете свойственный каждому дому запах, хотя он или она будут утверждать, что ничего не чувствуют.

Кандидат биологических наук Л. Чайлахян, научный сотрудник Института биофизики АН СССР

Велика и заманчива цель, но неимоверно сложен объект исследования. Шутка сказать, этот килограмм ткани представляет собой сложнейшую систему связи десятков миллиардов нервных клеток.

Однако первый существенный шаг к познанию работы мозга уже сделан. Может быть, он один из самых легких, но он чрезвычайно важен для всего дальнейшего.

Я имею в виду исследование механизма передачи нервных импульсов — сигналов, бегущих по нервам, как по проводам. Именно эти сигналы являются той азбукой мозга, с помощью которой органы чувств посылают в центральную нервную систему сведения-депеши о событиях во внешнем мире. Нервными импульсами зашифровывает мозг свои приказы мышцам и различным внутренним органам. Наконец, на языке этих сигналов говорят между собой отдельные нервные клетки и нервные центры.

В проблеме изучения механизма нервного импульса и его распространения можно выделить два основных вопроса: природа проведения нервного импульса или возбуждения в пределах одной клетки — по волокну и механизм передачи нервного импульса от клетки к клетке — через синапсы.

Какова природа сигналов, передающихся от клетки к клетка по нервным волокнам?

Этой проблемой человек интересовался уже давно, Декарт предполагал, что распространение сигнала связано с переливанием жидкости по нервам, как по трубкам. Ньютон думал, что это чисто механический процесс. Когда появилась электромагнитная теория, ученые решили, что нервный импульс аналогичен движению тока по проводнику со скоростью, близкой к скорости распространения электромагнитных колебаний. Наконец, с развитием биохимии появилась точка зрения, что движение нервного импульса — это распространение вдоль по нервному волокну особой биохимической реакции.

И всё же ни одно из этих представлений не оправдалось.

В настоящее время природа нервного импульса раскрыта: это удивительно тонкий электрохимический процесс, в основе которого лежит перемещение ионов через оболочку клетки.

Большой вклад в раскрытие этой природы внесли работы трех ученых: Алана Ходжкина, профессора биофизики Кембриджского университета; Эндрью Хаксли, профессора физиологии Лондонского университета, и Джона Экклса, профессора физиологии австралийского университета в Канберре. Им присуждена Нобелевская премия в области медицины за 1963 год,

Впервые предположение об электрохимической природе нервного импульса высказал известный немецкий физиолог Бернштейн в начале нашего столетия.

К началу двадцатого века было довольно многое известно о нервном возбуждении. Ученые уже знали, что нервное волокно можно возбудить электрическим током, причем возбуждение всегда возникает под катодом — под минусом. Было известно, что возбужденная область нерва заряжается отрицательно по отношению к невозбужденному участку. Было установлено, что нервный импульс в каждой точке длится всего 0,001—0,002 секунды, что величина возбуждения не зависит от силы раздражения, как громкость звонка в нашей квартире не зависит от того, как сильно мы нажимаем на кнопку. Наконец, ученые установили, что носителями электрического тока в живых тканях являются ионы; причем внутри клетки основной электролит — соли калия, а в тканевой жидкости — соли натрия. Внутри большинства клеток концентрация ионов калия в 30—50 раз больше, чем в крови и в межклеточной жидкости, омывающей клетки.

И вот на основании всех этих данных Бернштейн предположил, что оболочка нервных и мышечных клеток представляет собой особую полупроницаемую мембрану. Она проницаема только для ионов К + ; для всех остальных ионов, в том числе и для находящихся внутри клетки отрицательно заряженных анионов, путь закрыт. Ясно, что калий по законам диффузии будет стремиться выйти из клетки, в клетке возникает избыток анионов, и по обе стороны мембраны появится разность потенциалов: снаружи — плюс (избыток катионов), внутри — минус (избыток анионов). Эта разность потенциалов получила название потенциала покоя. Таким образом, в покое, в невозбужденном состоянии внутренняя часть клетки всегда заряжена отрицательно по сравнению с наружным раствором.

Бернштейн предположил, что в момент возбуждения нервного волокна происходят структурные изменения поверхностной мембраны, ее поры как бы увеличиваются, и она становится проницаемой для всех ионов. При этом, естественно, разность потенциалов исчезает. Это и вызывает нервный сигнал.

Мембранная теория Бернштейма быстро завоевала признание и просуществовала свыше 40 лет, вплоть до середины нашего столетия.

Но уже в конце 30-х годов теория Бернштейна встретилась с непреодолимыми противоречиями. Сильный удар ей был нанесен в 1939 году тонкими экспериментами Ходжкина и Хаксли. Эти ученые впервые измерили абсолютные величины мембранного потенциала нервного волокна в покое и при возбуждении. Оказалось, что при возбуждении мембранный потенциал не просто уменьшался до нуля, а переходил через ноль на несколько десятков милливольт. То есть внутренняя часть волокна из отрицательной становилась положительной.

Но мало ниспровергнуть теорию, надо заменить ее другой: наука не терпит вакуума. И Ходжкин, Хаксли, Катц в 1949—1953 годах предлагают новую теорию. Она получает название натриевой.

Здесь читатель вправе удивиться: до сих пор о натрии не было речи. В этом все и дело. Ученые установили с помощью меченых атомов, что в передаче нервного импульса замешаны не только ионы калия и анионы, но и ионы натрия и хлора.

В организме достаточно ионов натрия и хлора, все знают, что кровь соленая на вкус. Причем натрия в межклеточной жидкости в 5—10 раз больше, чем внутри нервного волокна.

Что же это может означать? Ученые предположили, что при возбуждении в первый момент резко увеличивается проницаемость мембраны только для натрия. Проницаемость становится в десятки раз больше, чем для ионов калия. А так как натрия снаружи в 5—10 рез больше, чем внутри, то он будет стремиться войти в нервное волокно. И тогда внутренняя часть волокна станет положительной.

А через какое-то время — после возбуждения — равновесие восстанавливается: мембрана начинает пропускать и ионы калия. И они выходят наружу. Тем самым они компенсируют тот положительный заряд, который был внесен внутрь волокна ионами натрия.

Совсем нелегко было прийти к таким представлениям. И вот почему: диаметр иона натрия в растворе раза в полтора больше диаметра ионов калия и хлора. И совершенно непонятно, каким образом больший по размеру ион проходит там, где не может пройти меньший.

Нужно было решительно изменить взгляд на механизм перехода ионов через мембраны. Ясно, что только рассуждениями о порах в мембране здесь не обойтись. И тогда была высказана идея, что ионы могут пересекать мембрану совершенно другим способом, с помощью тайных до поры до времени союзников — особых органических молекул-переносчиков, спрятанных в самой мембране. С помощью такой молекулы ионы могут пересекать мембрану в любом месте, а не только через поры. Причем эти молекулы-такси хорошо различают своих пассажиров, они не путают ионы натрия с ионами калия.

Интересно, что нервные волокна тратят на свою основную работу — проведение нервных импульсов — всего около 15 минут в сутки. Однако готовы к этому волокна в любую секунду: все элементы нервного волокна работают без перерыва — 24 часа в сутки. Нервные волокна в этом смысле подобны самолетам-перехватчикам, у которых непрерывно работают моторы для мгновенного вылета, однако сам вылет может состояться лишь раз в несколько месяцев.

Мы познакомились сейчас с первой половиной таинственного акта прохождения нервного импульса — вдоль одного волокна. А как же передается возбуждение от клетки к клетке, через места стыков — синапсы. Этот вопрос был исследован в блестящих опытах третьего нобелевского лауреата, Джона Экклса.

Возбуждение не может непосредственно перейти с нервных окончаний одной клетки на тело или дендриты другой клетки. Практически весь ток вытекает через синаптическую щель в наружную жидкость, и в соседнюю клетку через синапс попадает ничтожная его доля, неспособная вызвать возбуждение. Таким образом, в области синапсов электрическая непрерывность в распространении нервного импульса нарушается. Здесь, на стыке двух клеток, в силу вступает совершенно другой механизм.

Когда возбуждение подходит к окончанию клетки, к месту синапса, в межклеточную жидкость выделяются физиологически активные вещества — медиаторы, или посредники. Они становятся связующим звеном в передаче информации от клетки к клетке. Медиатор химически взаимодействует со второй нервной клеткой, изменяет ионную проницаемость ее мембраны — как бы пробивает брешь, в которую устремляются многие ионы, в том числе и ионы натрия.

Итак, благодаря работам Ходжкина, Хаксли и Экклса важнейшие состояния нервной клетки — возбуждение и торможение — можно описать в терминах ионных процессов, в терминах структурно-химических перестроек поверхностных мембран. На основании этих работ уже можно делать предположения о возможных механизмах кратковременной и долговременной памяти, о пластических свойствах нервной ткани. Однако это разговор о механизмах в пределах одной или нескольких клеток. Это лишь, азбука мозга. По-видимому, следующий этап, возможно, гораздо более трудный, — вскрытие законов, по которым строится координирующая деятельность тысяч нервных клеток, распознание языка, на котором говорят между собой нервные центры.

Мы сейчас в познании работы мозга находимся на уровне ребенка, который узнал буквы алфавита, но не умеет связывать их в слова. Однако недалеко время, когда ученые с помощью кода — элементарных биохимических актов, происходящих в нервной клетке, прочтут увлекательнейший диалог между нервными центрами мозга.

Детальное описание иллюстраций