Предмет и задачи нейрофизиологии и высшей нервной деятельности
Определение нейрофизиологии.
Нейрофизиология — раздел физиологии животных и человека, изучающий функции нервной системы и её основных структурных единиц — нейронов.
В современной нейрофизиологии одной из основных проблем является изучение интегративной деятельности нервной системы. Среди значительных достижений нейрофизиологии может быть отмечено открытие и подробное выяснение восходящих и нисходящих активирующих и тормозящих влияний ретикулярной формации мозгового ствола, определение лимбической системы переднего мозга как одного из высших центров объединения соматических и висцеральных функций, раскрытие механизмов высшей интеграции нервных и эндокринных регуляторных механизмов в гипоталамусе и др.
Нейрофизиология - специальный раздел физиологии, изучающий деятельность нервной системы и её структурно-функциональных единиц - нейронов.Она имеет связь с другими науками, такими как нейробиология,психология,неврология и другие. Все эти науки имеют общий предмет исследования – головной мозг, только отличие нейрофизиологии в том, что она занимается теоретической разработкой всей неврологии.
Цели и задачи нейрофизиологии- формирование представлений о функциональной организации нервной системы, нейронных механизмах организации рефлекторного поведения и принципах системной организации функций мозга; об основах физиологии нервной ткани и центральной нервной системы человека; принципах системной организации функций мозга; физиологических механизмах приема и переработки информации живым организмом; о физиологии сенсорных систем человека, обеспечивающих адекватное взаимодействие организма как целого с окружающей средой.
Предмет и задачи нейрофизиологии.
Проблема соотношения мозга и психики (отношения психического и физиологического).
Взаимоотношение психики и физиологических процессов — взаимоотношение идеального и материального. Идеальное выступает как система субъективных образов объективного мира, как явление общественно-историческое. Нейрофизиология — естественное русло функционирования психического, но само психическое социально детерминировано. Нейрофизиология подчинена биологическим закономерностям; психика подчинена всеобщим законам объективных взаимосвязей явлений внешнего мира.
Понятия: возбудимость и раздражимость.
Раздражимостью называется способность живых организмов и образующих их систем (органов, тканей, клеток) реагировать на внешнее воздействие изменением своих физико-химических и физиологических свойств.
Раздражимость проявляется в изменениях текущих значений физиологических параметров, величина которых превышает их сдвиги при покое. Раздражимость является универсальным проявлением жизнедеятельности всех без исключения биологических систем.
Когда изменения внешней среды начинают превышать известный индивидуальный уровень, активное состояние некоторых тканей и клеток может сопровождаться проявлением специфической функции данной живой системы — возбудимостью.
Возбудимостью называется способность организма, органа, ткани или клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией — возбуждением (генерацией нервного импульса, сокращением, секрецией и др.).
Раздражимость и возбудимость характеризуют в сущности одно и то же свойство биологической системы — способность отвечать на внешние воздействия. Однако термин возбудимость используется для определения специфических реакций, имеющих более позднее филогенетическое происхождение. Возбудимость является, следовательно, высшим проявлением более общего свойства раздражимости тканей.
Лекции по нейрофизиологии
Тема 1. Предмет и задачи нейрофизиологии.. 2
Тема 2. Современные методы исследования физиологии головного мозга. 4
Тема 3. Физиология нервной клетки.. 9
Тема 4. Физиология межклеточной передачи. 16
Тема 5. Физиология нейронных систем. Рефлексы. 22
Тема 6. Нейрофизиология спинного мозга. 31
Тема 7. Нейрофизиология ствола мозга. 37
Тема 8. Нейрофизиология мозжечка. 43
Тема 9. Нейрофизиология промежуточного мозга.. 47
Тема 10. Нейрофизиология конечного мозга. 54
ТЕМА 11. НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. 65
Тема 12. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ. 69
Тема 13. ФИЗИОЛОГИЯ СОМАТОСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ. 72
Тема 14. ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. 81
Тема 15. ФИЗИОЛОГИЯ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ. 96
Тема 16. ФИЗИОЛОГИЯ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ. 101
Тема 17. ФИЗИОЛОГИЯ ВКУСОВОЙ СИСТЕМЫ. 104
Тема 18. ФИЗИОЛОГИЯ ОБОНЯТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. 107
Тема 19. Общие принципы управления движениями.. 112
Тема 20. Спинальная организация двигательной функции. 117
Тема 21. Управление движениями. Роль головного мозга. 120
Тема 22. Характеристика и свойства условных рефлексов. 127
Тема 23. Типы высшей нервной деятельности. 131
Тема 24. Первая и вторая сигнальные системы. Нейрофизиология речевой функции. 134
Тема 19. Регуляция эмоционального поведения. 139
Таким образом, в основе управления произвольными движениями человека лежат два различных физиологических механизма: 1) программное управление по механизму центральных команд и 2) рефлекторное кольцевое регулирование.
Экзамен сдается по билетам. Билет включает три вопроса из разных разделов курса:
Первый вопрос билета – вопрос по общей нейрофизиологии:
1. Предмет и задачи нейрофизиологии
2. Методы исследования в нейрофизиологии.
3. Нейроны - особенности строения, функциональная организация клеточной мембраны
4. Виды и механизмы трансмембранного транспорта. Ионные каналы и калий-натриевый насос.
5. Общие представления о раздражимости и возбудимости.
6. Мембранный потенциал нейрона - потенциал покоя, его природа и механизм возникновения.
7. Потенциал действия, его фазы, основные параметры и свойства.
8. Потенциал действия, механизм его возникновение.
9. Нервные волокна, виды и механизм проведения возбуждения.
10. Законы проведения нервного импульса.
11. Функциональная организация синапсов. Проведение возбуждения по электрическим синапсам.
12. Функциональная организация химических синапсов, механизм проведение возбуждения.
13. Компоненты и виды рефлексов.
14. Понятие и общие свойства нейронных объединений - нервных центров, особенности проведения возбуждения.
15. Распространение возбуждения в ЦНС: дивергенция, конвергенция, суммация, окклюзия, и реверберация.
16. Виды торможения в центральной нервной системе; тормозные нейроны.
17. Функциональная система П.К.Анохина.
Второй вопрос билета - вопрос по частной нейрофизиологии и ВНД:
1. Спинальные рефлексы, взаимодействие рефлексов
2. Функциональная организация продолговатого мозга и моста
3. Функциональная организация среднего мозга
4. Функциональная организация мозжечка
5. Функциональная организация таламуса
6. Функциональная организация гипоталамуса
7. Функциональная организация базальных ганглиев
8. Функциональная организация коры больших полушарий.
9. Общие принципы управления движениями.
10. Общие принципы строения и работы вегетативной нервной системы человека.
11. Функциональная организация лимбической системы. Нейрофизиологические механизмы эмоций.
12. Асимметрия функций коры больших полушарий.
13. Безусловные и условные рефлексы. Принципы выработки условных рефлексов.
14. Торможение условных рефлексов и его виды.
15. Учение И.П. Павлова о типах высшей нервной деятельности.
16. Первая и вторая сигнальные системы. Нейрофизиология речевой функции.
Третий вопрос билета – вопрос по физиологии сенсорных систем:
1. Общий план строения и принцип работы сенсорных систем.
2. Основные способы кодирования сенсорной информации
3. Функциональная организация соматосенсорной системы (кожная чувствительность).
4. Функциональная организация соматосенсорной системы (проприоцептивная чувствительность).
5. Функциональная организация соматосенсорной системы (интероцептивная чувствительность).
6. Функциональная организация слуховой сенсорной системы (периферический отдел анализатора).
7. Функциональная организация слуховой сенсорной системы (центральный отдел анализатора).
8. Функциональная организация вестибулярной системы
9. Функциональная организация зрительной системы (периферический отдел анализатора).
10. Функциональная организация зрительной системы (центральный отдел анализатора).
11. Функциональная организация вкусовой системы.
12. Функциональная организация обонятельной сенсорной системы.
Лекции по нейрофизиологии
Тема 1. Предмет и задачи нейрофизиологии.. 2
Тема 2. Современные методы исследования физиологии головного мозга. 4
Тема 3. Физиология нервной клетки.. 9
Тема 4. Физиология межклеточной передачи. 16
Тема 5. Физиология нейронных систем. Рефлексы. 22
Тема 6. Нейрофизиология спинного мозга. 31
Тема 7. Нейрофизиология ствола мозга. 37
Тема 8. Нейрофизиология мозжечка. 43
Тема 9. Нейрофизиология промежуточного мозга.. 47
Тема 10. Нейрофизиология конечного мозга. 54
ТЕМА 11. НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. 65
Тема 12. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ. 69
Тема 13. ФИЗИОЛОГИЯ СОМАТОСЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ. 72
Тема 14. ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. 81
Тема 15. ФИЗИОЛОГИЯ СЛУХОВОЙ СИСТЕМЫ. 96
Тема 16. ФИЗИОЛОГИЯ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ. 101
Тема 17. ФИЗИОЛОГИЯ ВКУСОВОЙ СИСТЕМЫ. 104
Тема 18. ФИЗИОЛОГИЯ ОБОНЯТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. 107
Тема 19. Общие принципы управления движениями.. 112
Тема 20. Спинальная организация двигательной функции. 117
Тема 21. Управление движениями. Роль головного мозга. 120
Тема 22. Характеристика и свойства условных рефлексов. 127
Тема 23. Типы высшей нервной деятельности. 131
Тема 24. Первая и вторая сигнальные системы. Нейрофизиология речевой функции. 134
Тема 19. Регуляция эмоционального поведения. 139
Тема 1. Предмет и задачи нейрофизиологии
Нейрофизиология - специальный раздел физиологии, изучающий деятельность нервной системы и её структурно-функциональных единиц - нейронов. Она имеет связь с другими науками, такими как нейробиология, психология, неврология и другие. Все эти науки имеют общий предмет исследования – головной мозг, только отличие нейрофизиологии в том, что она занимается теоретической разработкой всей неврологии.
Следующим этапом развития нейрофизиологии стало открытие И.М. Сеченовым в 1863 году центрального торможения - явления, когда раздражение определённого центра нервной системы вызывает не возбуждение, а подавление деятельности. Как было показано впоследствии, взаимодействие возбуждения и торможения лежит в основе всех видов нервной активности.
Позднее был изучен механизм деятельности нервных клеток, а также механизмы торможения и возбуждения. Так, российский ученый Н.Е. Введенский использовал для этого обычный телефонный аппарат, а А.Ф. Самойлов - струнный гальванометр.
Только с открытием новых методов исследования (в первую очередь электроэнцефалографии) наступил новый этап в изучении функций головного мозга, когда стало возможным исследовать эти функции, не разрушая мозг, не вмешиваясь в его функционирование. Появилась возможность изучать высшие проявления деятельности мозга - восприятие сигналов, функции памяти, сознания и многие другие.
В современной нейрофизиологии одной из основных проблем является изучение интегративной деятельности нервной системы. Среди значительных достижений нейрофизиологии может быть отмечено открытие и подробное выяснение восходящих и нисходящих активирующих и тормозящих влияний ретикулярной формации мозгового ствола, определение лимбической системы переднего мозга как одного из высших центров объединения соматических и висцеральных функций, раскрытие механизмов высшей интеграции нервных и эндокринных регуляторных механизмов в гипоталамусе и др. Одновременно развивается детальное изучение клеточных механизмов деятельности нервной системы, при котором широко применяется микроэлектродная техника, позволяющая отводить электрические реакции от отдельных нервных клеток центральной нервной системы. Микроэлектроды могут быть введены даже внутрь нейрона, продолжающего при этом некоторое время нормально функционировать. Такими методами получены сведения о том, как развиваются процессы возбуждения и торможения в различных типах нейронов, каковы внутриклеточные механизмы этих процессов, как осуществляется переход активности от одной клетки на другую. Параллельно с этим для изучения нервной системы начали применять электронную микроскопию, с помощью которой получены подробные картины ультраструктуры центральных нейронов и межнейронных связей. Указанные технические достижения позволили нейрофизиологам перейти к прямому изучению способов кодирования и передачи информации в нервной системы, а также к разработке методов активного вмешательства в деятельность нервных клеток с помощью различных физических и химических средств.
В последнее время активно ведутся работы по моделированию отдельных нейронов и нервных сетей, базирующиеся на сведениях, полученных в прямых экспериментах на нервной системы. Современная нейрофизиология тесно смыкается с такими дисциплинами, такими как нейрокибернетика, нейрохимия, нейробионика и др.
Совокупность новых подходов к исследованию головного мозга человека, сфера научных интересов физиологов в области психологии и привели к появлению в пограничной области этих наук новой науки - психофизиологии. Это обусловило взаимопроникновение двух областей знаний - психологии и физиологии. Физиологу, который исследует функции головного мозга человека, необходимы знания психологии и применение этих знаний в своей практической работе. Но и психолог часто не может обойтись без регистрации и исследования объективных процессов головного мозга.
Только относительно недавно, несколько десятилетий назад, с появлением технических возможности для исследования методами физиологии (регистрация биоэлектрической активности головного мозга, исследование распределения тока крови и др.) появилась возможность изучать механизмы психических функций - восприятия, внимания, памяти, сознания и др. В настоящее время психологи все чаще прибегают к регистрации и исследованию объективных процессов головного мозга с помощью электроэнцефалограмм, вызванных потенциалов, томографических исследований и пр.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Планы семинарских занятий
Вопросы и задания
Физиологические свойства и особенности
Функционирования возбудимых тканей
Вопросы и задания
1. Физиологические свойства и особенности функционирования возбудимых тканей.
2. Физиологические свойства нервов и нервных волокон. Особенности передачи нервного импульса по нервному волокну.
3. Физиология синапсов. Особенности передачи нервного импульса в синапсе.
4. Регистрация биоэлектрической активности возбудимых тканей.
5. Раскройте содержание следующих терминов: ионная асимметрия, потенциал покоя, потенциал действия, деполяризация, реверсия, реполяризация, рефрактерность, следовой потенциал; нерв, нервное волокно, миелин; синапс, медиатор; ЭКГ, ЭЭГ.
Основная литература: [1],[4], [7]
Дополнительная литература: [8]
Вопросы и задания
Физиология центральной нервной системы
1. Строение, функции, методы изучения ЦНС. Основные принципы функционирования ЦНС.
2. Нервная ткань. Строение и функции нейрона и нейроглии.
3. Строение и функции спинного мозга.
4. Строение и функции ствола головного мозга.
5. Строение и функции больших полушарий мозга.
6. Локализация высших психических функций в коре головного мозга.
7. Функциональная асимметрия головного мозга.
8. Координационная деятельность ЦНС.
9. Раскройте содержание следующих терминов: нервная ткань, нейрон, дендриты, аксон, нейроглия, макроглия, микроглия; моторные, сенсорные, ассциативные зоны; функциональные блоки головного мозга; функциональная асимметрия головного мозга; иррадиация, конвергенция, индукция, реципрокность, доминанта.
Строение и функции отделов ЦНС
| Название отдела ЦНС | Строение отдела ЦНС | Функции отдела ЦНС | Примечания |
Основная литература: [1],[7], [9]
Дополнительная литература: [4],[5], [6]
Список литературы по курсу
1. Антонова О.А. Анатомия и физиология центральной нервной системы. – М., 2007
2. Антонова О.А. Возрастная анатомия и физиология. – М., 2006 – С. 82 -101, 117 -145.
3. Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология. – М., 2002. – С. 212 – 414
4. Кузина С.И., Фирсова С.С. Нормальная физиология. – М., 2006 – С.5 -17, 20 -48, 72 -79
5. Мицьо В.П. Физиология. – М., 2007. – С. 4 – 26, 32 – 97
6. Никуленко Т.Г. Возрастная физиология и психофизиология. - Ростов на/Д., 2007
7. Савченков Ю.И. Нормальная физиология человека. - Ростов на/Д., 2007. – С. 3 -12, 76 -89, 107 -157, 284 -377
8. Смирнов В.М. Нейрофизиология и высшая нервная деятельность детей и подростков. – М., 2000.
9. Ступина С.Б., Филипьечев А.О. Физиология высшей нервной деятельности и сенсорных систем. – М., 2006
1. Алейникова Т.В. Возрастная психофизиология. – Ростов на/Д., 2007
2. Данилова Н.Н., Крылова А.Л. Физиология высшей нервной деятельности. - Ростов на/Д., 1999
3. Лучинин А.С. Психофизиология. - Ростов на/Д., 2004
4. Лысова Н.Ф., Айзман Р.И., Завьялова Я.Л., Ширшова В.М. Возрастная анатомия, физиология и школьная гигиена. – Новосибирск, 2009. – С. 43 -161
5. Прищепа И.М. Возрастная анатомия и физиология. – Минск, 2006 – С.69 -80, 299 – 407
6. Сапин М.Р., Сивоглазов В.И. Анатомия и физиология человека. – М., 1998 .- С. 47 -50, 336 – 428
7. Титов В.А. Психофизиология. – М., 2003
8. Фомин Н.А. Физиология человека. – М., 1995 .- С. 5 - 170
Вопросы к экзамену
1. Нейрофизиология как наука. Исторический аспект развития нейрофизиологии.
2. Методологические основы физиологии ВНД.
3. Организм как сложная живая система. Принципы регуляции физиологических функций.
4. Функциональные системы.
5. Физиологические свойства и особенности функционирования возбудимых тканей.
6. Физиологические свойства нервов и нервных волокон.
7. Особенности передачи нервного импульса по нервному волокну.
8. Физиология синапсов. Особенности передачи нервного импульса в синапсе.
9. Регистрация биоэлектрической активности возбудимых тканей.
10. Строение, функции, методы изучения ЦНС.
11. Основные принципы функционирования ЦНС.
12. Нервная ткань. Строение и функции нейрона и нейроглии.
13. Строение и функции спинного мозга.
14. Строение и функции ствола головного мозга.
15. Строение и функции больших полушарий мозга.
16. Локализация высших психических функций в коре головного мозга.
17. Функциональная асимметрия головного мозга.
18. Координационная деятельность ЦНС.
19. Строение и функции соматической нервной системы. Нервные сплетения.
20. Спинномозговые и черепные нервы.
21. Строение и функции вегетативной нервной системы.
22. Строение и функции симпатической нервной системы.
23. Строение и функции парасимпатической нервной системы.
24. Строение и функции метасимпатической нервной системы.
25. Общие принципы строения сенсорных систем.
26. Классификация и свойства анализаторов.
27. Виды сенсорных систем: соматосенсорная система, зрительная сенсорная система, слуховая сенсорная система, двигательный анализатор, развитие произвольных движений.
28. Безусловные рефлексы. Инстинкты. Классификация.
29. Условные рефлексы. Классификация. Условия образования.
30. Торможение условных рефлексов.
31. Динамический стереотип.
32. Понятие о сигнальных системах. Этапы образования.
33. Высшая нервная деятельность. Типы ВНД.
34. Особенности ВНД в онтогенезе
35. Физиологические основы психических функций.
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ФИЗИОЛОГИИ ВНД
Предмет и задачи физиологии ВНД
2. Методологические основы физиологии ВНД:
теория системной деятельности мозга.
Физиология (греч. physis - природа) -это наука, изучающая функции организма человека, его органов и систем, а также механизмы регуляции этих функций. Нейрофизиология -наука, изучающая функции НС, механизмы регуляции этих функций.
Физиология ВНД –наука,изучающаяусловно – рефлекторную деятельность больших полушарий головного мозга, которая и обеспечивает пластичное, адаптивное поведение организма по отношению к сигналам изменяющейся внешней среды.
Объект физиологии ВНД - психические реакции организма (восприятие, внимание, память, мышление, эмоции, воля, речь, функциональных состояний, сознание).
Предмет физиологии ВНД – изучение психических реакций организма и определение их связи с соответствующими структурами мозга.
Основныезадачифизиологии ВНД состоят в раскрытии закономерностей целостной деятельности головного мозга, природы и внутренних механизмов обучения, памяти, эмоций, мышления, речи, сознания, функциональных состояний. Эти закономерности основываться на принципе детерминизма (причинно-следственные связи) материальных явлений, а так же на принципе единства организма и среды.
Высшая нервная деятельность(по Павлову) – это условно – рефлекторная деятельность больших полушарий головного мозга, которая и обеспечивает пластичное, адаптивное поведение организма по отношению к сигналам изменяющейся внешней среды.
Низшая нервная деятельность – это деятельность низших отделов головного и спинного мозга, обеспечивающая соотношение, интеграцию отделов.
Т. Н.Игнатьева
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ
Часть 2
Минск 2013
| ББК28.706 |
| И 26 |
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом филиала РГСУ в г. Минске (Протокол № от . 2013 г).
Рецензенты:
Солнцева Г.В. кандидат медицинских наук, доцент, доцент кафедры зоологии БГПУ им. М. Танка;
Тришин Л.С. доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры психологии и конфликтологии филиала РГСУ в г. Минске.
| И 26Игнатьева Т.Н. |
| Нейрофизиология: учебно-методическое пособие по специальности 030300.62 – Психология из 2 частей / Т.Н.Игнатьева. – Минск: Филиал Рос. гос. соц. ун-та в г. Минске, 2013. – Часть 2 - с.135 |
| ББК28.706 |
| И 26 |
Тема 1. Предмет и задачи нейрофизиологии. Нейробиологический подход к исследованию нервной системы человека.
Нейрофизиология - раздел физиологии, изучающий нейронные механизмы функций нервной системы (НС); наряду с нейроморфологическими дисциплинами. Представления о рефлекторном принципе функционирования НС были выдвинуты в XVII в. Р. Декартом, однако нейрофизиология как наука начала развиваться лишь в первой половине XIX в., когда для изучения НС стали применять экспериментальные методы. Развитию нейрофизиология способствовало накопление данных об анатомическом и гистологическом строении НС. В частности открытие её структурной единицы — нервной клетки (нейрона), а также разработка методов прослеживания нервных путей на основании наблюдения за перерождением нервных волокон после их отделения от тела нейрона.
Важным этапом было открытие И. М. Сеченовым центрального торможения — явления, когда раздражение определённого центра НС вызывает не деятельное её состояние — возбуждение, а подавление деятельности. Как было показано впоследствии, взаимодействие возбуждения и торможения лежит в основе всех видов нервной активности. В конце XIX — начале XX вв. были получены подробные сведения о функциональном значении различных отделов НС и основных закономерностях их рефлекторной деятельности.
Роль ствола головного мозга, главным образом, в регуляции сердечно-сосудистой деятельности и дыхания была выяснена Ф. В. Овсянниковым и А. Миславским, роль мозжечка — Л. Лючиани. Экспериментальное изучение функций коры больших полушарий головного мозга было начато несколько позже. Последовательное экспериментальное исследование функций коры было начато И. П. Павловым, открывшим условные рефлексы, тем самым дав возможность объективной регистрации нервных процессов, протекающих в коре. Ухтомский А. А. ввёл в нейрофизиологию представление о принципе доминанты.
Наряду с этим в нейрофизиологии возникло направление, ставившее своей задачей изучение механизма деятельности нервных клеток и природы возбуждения и торможения. Этому способствовали открытие и разработка методов регистрации биоэлектрических потенциалов. Регистрация электрической активности нервной ткани и отдельных нейронов дала возможность объективно и точно судить о том, где появляется соответствующая активность, как она развивается, куда и с какой скоростью распространяется по нервной ткани, и т.д.
В современной нейрофизиологии одной из основных проблем является изучение интегративной деятельности НС, которое проводится методами перерезок и удаления различных её отделов, отведения их электрических потенциалов при помощи поверхностных и вживленных электродов, электрических и температурных раздражений нервных структур и т.д. Среди значительных достижений нейрофизиологии может быть отмечено открытие и подробное выяснение восходящих и нисходящих активирующих и тормозящих влияний ретикулярной формации мозгового ствола, определение лимбической системы переднего мозга как одного из высших центров объединения соматических и висцеральных функций, раскрытие механизмов высшей интеграции нервных и эндокринных регуляторных механизмов в гипоталамусе и др.
Одновременно развивается детальное изучение клеточных механизмов деятельности НС, при котором широко применяется микроэлектродная техника, позволяющая отводить электрические реакции и от отдельных нервных клеток центральной НС. Микроэлектроды могут быть введены даже внутрь нейрона, продолжающего при этом нормально функционировать. Такими методами получены сведения о том, как развиваются процессы возбуждения и торможения в различных типах нейронов, каковы внутриклеточные механизмы этих процессов, как осуществляется переход активности от одной клетки на другую. Параллельно с этим для изучения НС начали применять электронную микроскопию, с помощью которой получены подробные картины ультраструктуры центральных нейронов и межнейронных связей. Указанные технические достижения позволили нейрофизиологам перейти к прямому изучению способов кодирования и передачи информации в НС, а также к разработке методов активного вмешательства в деятельность нервных клеток с помощью различных физических и химических средств. Развиваются работы по моделированию отдельных нейронов и нервных сетей, базирующиеся на сведениях, полученных в прямых экспериментах на НС.
Современная нейрофизиология тесно смыкается с такими дисциплинами как физиология центральной нервной системы, высшей нервной деятельности.
Нервная система – важнейшая регуляторная система нашего организма. Но она не одинока, существуют еще две системы: эндокринная и иммунная. И для того, чтобы управлять нашим телом, эти системы выделяют особые вещества. Нервная система выделяет медиаторы, эндокринная – гормоны, иммунная – цитокины. Эти вещества действуют на различные органы, ткани, создают адаптацию к тем или иным условиям окружающей среды. Кроме того, эти три системы влияют друг на друга.
Эффекты этой системы наиболее точечные, поскольку отростки нервных клеток подходят к различным органам, тканям и очень-очень точно передают информацию на те или иные системы. В этом смысле иммунная и эндокринная системы действуют более примитивно, поскольку цитокины и гормоны попадают в основном в кровь.
Нервная система человека
Нервная система в процессе эволюции появляется самой последней среди трех систем, лишь на уровне многоклеточных. Она в первую очередь нужна была для питания, ухода от опасности, размножения. И вначале она представляла собой сеть, позже появились структуры, состоящие из нервных узлов и нервной трубки, наконец произошел процесс цефализации.
Нервные клетки и нейроглии
Наш мозг сформирован из нервной ткани, а ее ключевой элемент – нейроны. Данные клетки выглядят очень характерно, обычно у них большое число отростков, подразделяющихся на два типа: дендриты и аксоны. Первые – это отростки, воспринимающие информацию. Они обычно образуют большие ответвления для того, чтобы этой информации было побольше. Аксон – отросток, проводящий сигналы к другим клеткам. Между двумя этими видами отростков располагается тело нервной клетки, отвечающее в основном за обработку информации.
Наряду с нейронами в составе нервной ткани присутствуют еще вспомогательные клетки — глиальные. Их в среднем в 7 раз больше, чем нейронов, и они механически защищают нервные клетки, создают взаимную электрическую изоляцию, а также формируют ГЭБ, то есть барьер между кровью и мозгом, который следит за проникновением веществ в нервную ткань.
То, что нейроны не делятся, знают все. Но это не дефект нервной клетки, а ее необходимое свойство. Разделиться нейрону – это то же самое, как если бы вы взяли компьютерный диск и разрезали его пополам. У вас не получится два диска, а останется один, причем сломанный. Поэтому если нервные клетки в какой-то части мозга делятся, то это очень особые зоны и очень особые функции, например, обоняние.
Электричество и мозг
Если потенциал действия возник хотя бы в одной точке мембраны, он дальше разбегается по всей поверхности нервной клетки и достигает окончания аксона, запуская выделение вещества медиатора. Это вещество повлияет на следующие клетки, органы или мышцы. Такое распространение идет достаточно медленно, его скорость составляет 1-10 метров в секунду, максимум – 100-120.
Синапсы и медиаторы
Если происходит возбуждение, мы наблюдаем вход в клетку-мишень ионов натрия, после чего возможно возникновение потенциала действия. Это значит, что какая-то порция информации благополучно миновала синаптическую щель. Передвигаясь вперед, она, возможно, запустит реакцию или попадет в память нейросети. Если наблюдается торможение, в клетку-мишень, как правило, входит хлор или выходит калий, в результате чего клетка-мишень на время становится менее возбудимой.
Строение синапса
Очень важно то, что на каждом нейроне сходятся сотни и тысячи синапсов, сотни и тысячи аксонов, и сигналы от соседних аксонов суммируются. В итоге нейрон оказывается достаточно сложным вычислительным устройством, которое работает одновременно с сотнями и тысячами информационных каналов. А элементарной структурно-функциональной единицей мозга оказывается все-таки синапс. И вычислительные ресурсы нейросети зависят не от количества нейронов, а от того, насколько много синапсов находится в единице объема нервной ткани, допустим, в одном кубическом миллиметре.
Химия психики
Список медиаторов, то есть веществ, посредством которых нервные клетки влияют на другие клетки, весьма обширен. Но в нем есть и главные действующие лица, и второстепенные. Основные медиаторы нашей центральной нервной системы: глутамат и ГАМК. Первый является ключевым возбуждающим медиатором нашего мозга. А ГАМК – ключевой тормозный медиатор, он контролирует информационные потоки, не допускает лишние сигналы. Большинство задач, которые решаются нашим мозгом, требуют постоянного, тонкого баланса между глутаматом и ГАМК. Если этот баланс нарушается, появляются разнообразные проблемы, начиная от СДВГ и бессонницы и заканчивая эпилепсией.
Второстепенные медиаторы нужны для функционирования нашей психоэмоциональной сферы. К примеру, дофамин. С этой молекулой связана масса положительных эмоций. Нарушение функций дофамина приводит к таким патологиям, как паркинсонизм и шизофрения. Препараты, схожие с дофамином, работают как наркотики-психостимуляторы.
Еще один медиатор – серотонин. От него зависит целый ряд тормозных функций. Он контролирует центры негативных эмоций и уровень шума в мозговой коре. Благодаря серотонину мышление человека становится более чутким. С данным медиатором связаны препараты, которые мы относим к антидепрессантам. А еще на функции серотонина воздействуют наркотики, способные вызывать галлюцинации.
Эндорфины – ключевые медиаторы, связанные с контролем боли и опять-таки с центрами положительных эмоций. Поэтому на их основе созданы важнейшие группы анальгетиков, а также такие известные наркотические препараты, как морфин и героин, которые влияют на эндорфиновые синапсы.
Список медиаторов можно продолжить: аденозин, глицин, ацетилхолин, норадреналин… Любой из них крайне важен для функционирования мозга и внутренних органов. На их основе созданы важнейшие группы лекарств.
Иерархия отделов мозга
На макроуровне мозг представляет собой сложную иерархию структур. Проще всего устроен спинной мозг. Там мы можем достаточно четко выделить участки, отвечающие за сенсорику; двигательные зоны; вегетативные зоны, которые управляют внутренними органами; интегративные зоны.
В головном мозге сложность структур резко увеличивается, хотя самые нижние зоны – луковица и мост – реализуют довольно простые задачи: дыхание, управление сердечнососудистой системой и так далее.
Надо отметить, что головной мозг эволюционирует вперед и в сторону (как говорят анатомы, рострально и латерально). В нем выделяют структуры, классифицирующиеся по времени возникновения. Древние структуры есть уже у рыб, наших далеких предков. Старые структуры появляются в момент выхода позвоночных на сушу, они часто связаны с деятельностью конечностей. Новые структуры характерны для млекопитающих, а многие из них – лишь для обезьян и человека.
В среднем мозге помещаются древние центры: зрения, слуха, сна, двигательные. Большие полушария — самая крупная часть нашего головного мозга. В них располагаются высшие участки и центры, отвечающие за сенсорику, движение, мышление и так далее.
Промежуточный мозг состоит из верхней зоны (таламуса) и нижней (гипоталамуса). Первый является фильтром, через который проходит практически вся информация, поднимающаяся в наши высшие центры. Второй же преимущественно отвечает за эндокринную и вегетативную регуляцию.
Строение головного мозга
Мозжечок – это центр нашей двигательной памяти, в нем также выделяют новые, старые и древние зоны. Древние отвечают за оптимизацию рефлекторных программ, старые в первую очередь призваны обеспечивать перемещение человека в пространстве (шаг, бег), а новые ответственны за тонкие движения пальцев (например, при игре на музыкальных инструментах, письме, печатании на клавиатуре).
Мозг и потребности
Ключевая задача мозга — руководить поведением, которое в большинстве случаев нацелено на удовлетворение определенной нужды. Есть ряд базовых потребностей, с рождения встроенных в мозг и являющихся основой нашего поведения.
В перечень потребностей прежде всего входят витальные программы, ответственные за выживание человека: питание, защищенность, гомеостаз и так далее. Велика роль социальных программ, отвечающих за жизнь внутри сообщества. И есть особые программы, заставляющие стремиться к свободе, новизне, подражанию.
Центр каждой биологической потребности можно обнаружить в той или иной зоне мозга и проанализировать, на какие факторы реагирует этот центр. Как правило, значимы, во-первых, внешние сигналы, скажем, какие-то болевые стимулы. Во-вторых, внутренние сигналы, допустим, химический состав крови. Огромное значение для некоторых видов поведения имеет гормональный фон.
Каждый конкретный поведенческий акт может приводить либо к удовлетворению потребности, либо к тому, что она не удовлетворяется. Если нужду удается удовлетворить, в мозге генерируются позитивные чувства. Они заставляют мозг запоминать успешные алгоритмы поведения. При фрустрации же возникают негативные чувства. На их основе происходит забывание, снижение рейтинга тех программ, которые окончились неудачей.
Обучение и запоминание
Ключевой структурой, отвечающей за кратковременную память, является гиппокамп – зона, которая расположена у нас в глубине височных долей. Там находятся особые рецепторы (NMDAR), способные почти мгновенно менять свою активность при получении сильного сигнала. Если возникает большое количество потенциалов действия, эти рецепторы переходят в активное состояние, в результате чего синапсы, где они локализуются, начинают проводить информационные потоки. Это активное состояние сохраняется в течение нескольких часов.
Для возникновения долговременной памяти, как правило, нужно, чтобы в нейронах были синтезированы новые рецепторы, которые встроились бы в мембрану, воспринимающую действие медиатора. Почти всегда данным медиатором является глутамат. Формирование долговременной памяти, как правило, происходит на фоне эмоций, которые генерируются в центре потребностей.
Таким образом, независимо от того, какую конкретно информацию мы запоминаем, в разных частях нашей коры головного мозга происходит одно и то же событие: повышается эффективность синапсов, проводящих сигналы от глутаминовой кислоты. Этот механизм является универсальным способом вписать в нейросеть новую информацию и создать новые каналы для ее проведения.
Мозг и мышление
Высшие функции больших полушарий связаны с ассоциативной корой. Ассоциативность здесь подразумевает то, что она объединяет многие информационные потоки. И на боковой поверхности полушарий мы видим прежде всего ассоциативную теменную кору и ассоциативную лобную кору. Первая занимает в основном заднюю часть теменной доли, располагается она между двумя главными сенсорными центрами. В итоге здесь собирается зрительная, слуховая, тактильная, вкусовая информация и прочие информационные потоки. Формируется целостная сенсорная картина внешнего мира.
Лобная кора – это главный центр управления поведением. Здесь принимаются решения о запуске тех или иных программ. И первое, что она делает, — это оценивает выраженность различных потребностей. Этот участок мозга выбирает доминирующую нужду, а дальше он должен запустить программу, которая позволила бы эту нужду удовлетворить. При этом лобная кора учитывает сигналы от ассоциативной теменной коры, а также от центров памяти: от гиппокампа, от тех нейросетей, которые модифицировались в ходе долговременного обучения. Она запускает программу и мониторит ее реализацию. Такой мониторинг особенно важен в том случае, если программа длительная, если нужно за каждым этапом смотреть, удалось или не удалось достичь некой текущей цели.
Повреждение этого участка приводит к тому, что такие функции человеческого мозга, как воля и инициатива, очень сильно страдают. Кроме того, свойства ассоциативной лобной коры определяют такие особенности нашего темперамента, как импульсивность и настойчивость.
Опасности и ловушки
За последние 20-30 лет человечество узнало о работе мозга очень-очень много. Эта информация чрезвычайно важна и полезна, если мы хотим как-то корректировать работу нервной системы, улучшать ее, помогать в случае тех или иных патологий. Сейчас мы гораздо яснее видим различные ловушки и проблемы. Например, проблему использования психотропных препаратов. Мы очень четко понимаем, что любой серьезный психотропный препарат (нейролептик, антидепрессант, снотворный препарат) фатально влияет на работу синапсов и состояние нейросетей и вызывает привыкание и зависимость.
В еще большей степени это относится к наркотическим препаратам, которые порой не просто меняют состояние нейросетей на очень длительный срок, но и разрушают эти нейросети и приводят к гибели нервных клеток, например, в центрах положительных эмоций.
Особая группа проблем связана с тем, что мозг человека, судя по всему, слишком быстро эволюционировал. В результате некоторые высшие функции мозга оказались не совсем адекватно инсталлированы, в связи с чем каждый сотый человек является шизофреником, а каждый двухсотый страдает эпилепсией. Список таких проблем можно продолжать. Чтобы корректировать такие патологические состояния организма ученым и медикам придется еще очень много потрудиться.
Наконец, проблема нейродегенерации. Нервные клетки порой накапливают в своей цитоплазме дефектные белки, которые нарушают их работу и приводят к гибели. К сожалению, все усилия нейрофизиологии и других нейронаук пока что не привели к радикальному успеху в этой области. Такие заболевания, как паркинсонизм и болезнь Альцгеймера, мы пока толком лечить не умеем, и это, безусловно, задача 21 века.
Читайте также:
