Реализация принципа целостности

2. Мозг как система систем

3. История проблемы

  В соответствии с одним из главных принципов системного подхода - принципом целостности - свойства целого мозга не сводимы к свойствам отдельных его частей (будь это нейроны, отделы мозга или функциональные системы). В связи с этим появляется задача: связать отдельные структуры или элементы мозга в системные организации и определить новые свойства этих организаций по сравнению с входящими в них структурными компонентами.

Таким образом, применение системного подхода диктует необходимость сопоставлять психические явления не 'с частичными нейрофизиологи­ческими процессами, а с их целостной структурной организацией.

Широкое внедрение системного подхода в физиологию изменило мето­дологию и логику научных исследований.

В настоящее время большинство нейрофизиологов считает, что мозг представляет собой "сверхсистему", состоящую из множества систем и сетей взаимосвязанных нервных клеток. В этой сверхсистеме выделяют­ся два уровня существования систем - микроуровень и макроуровень - и соответственно два типа систем - микро- и макросистемы. Микроуровень представляет собой совокупность популяций нервных кле­ток, осуществляющих относительно элементарные функции. Примером микросистемы может служить нейронный модуль - вертикально органи­зованная колонка нейронов и их отростков.

Одинаковые по своим функциям модули объединяются в макросисте­мы, которые сопоставимы с отдельными структурными образованиями мозга; например, отдельные зоны коры больших полушарий, имеющие разное клеточное строение, представляют разные макросистемы.

Методология системного подхода находит свое отражение в конкрет­ных экспериментальных исследованиях.

Уже в конце XIX в. - в основном в русле клинической неврологии -стали высказываться идеи о единстве функционирования частей мозга и связи этого единства с умственными возможностями человека.

Ф. Голтс (1881) утверждал, что местоположение ума следует искать во всех частях коры, точнее во всех отделах мозга.

Широкую известность получили проведенные в начале XX в. экспери­менты К. Лешли.

В отечественной науке одним из первых высказал идею системной орга­низации мозга Л.С. Выготский.

Новое направление - системная психофизиология (В.Б. Швырков, 1989) -ставит своей задачей изучение систем и межсистемных отношений, со­ставляющих и обеспечивающих психику и поведение человека.

Использованные источники.

Марютина Т.М., Ермолаев О.Ю. Психофизиология: Учебное пособие. С. 26- 28.

  Вопрос 7. Нервная система и мозг

1. Строение и функции нервной системы
2. 2. Строение и функции мозга

 

1. Функционирование организма как единого целостного образования обес­печивается нервной системой - совокупностью нервных образований.

Вся нервная система делится на следующие:

• центральная нервная система, к которой относятся головной и спинной мозг;

• периферическая нервная система - нервные волокна, расходящиеся по всему телу от головного и спинного мозга. Соединяет мозг с органами чувств и исполнительными органами - мышцами;

• вегетативная нервная система - обслуживает внутренние органы и же­лезы.

Нервная система обеспечивает интеграцию внешнего воздействия с от­ветной реакцией организма.

Все живые организмы обладают способностью реагировать на физи­ческие и химические изменения в окружающей среде. Воздействия сре­ды, которые вызывают ответные реакции организма, называются раз­дражителями, или стимулами.

Раздражители среды (свет, звук, запах, прикосновение и т. п.) преоб­разуются органами чувств, специальными чувствительными клетками-рецепторами в нервные импульсы - серию электрических и химических изменений в нервном волокне.

Нервные импульсы по приносящим (афферентным) нервным волокнам передаются в спинной и головной мозг. Здесь вырабатываются соответ­ствующие командные импульсы, которые передаются по выносящим (эфферентным) нервным волокнам к исполнительным органам (мыш­цам, железам).

2. Строение мозга:

• спинной мозг, находящийся в позвоночном столбе, регулирует простей­шие автоматизированные мышечно-двигательные реакции; переходит в

• продолговатый мозг головного мозга, регулирующий различные процес­сы жизнеобеспечения в организме, - дыхание и др.;

• средний мозг, через который проходят все нервные пути от органов чувств к большим полушариям. Средний мозг регулирует работу органов чувств. Проявление врожденных ориентировочных рефлексов (прислушивание, всматривание) - результат деятельности среднего мозга. В среднем мозге находится продолжающееся из продолговатого мозга сетевидное обра­зование - ретикулярная формация. Импульсы от органов чувств как бы

14

заряжают эту формацию, и она оказывает активизирующее (тонизиру­ющее) влияние на деятельность головного мозга;

промежуточный мозг - расположен над средним мозгом. Включает в себя таламус, гипоталамус, лимбическую систему и контролирует сложные ви­тальные (жизненно важные) реакции, питание, защиту, размножение.

Подкорковые образования, регулируя врожденную безусловно-рефлек­торную деятельность, являются областью тех процессов, которые субъек­тивно ощущаются в виде эмоций.

В мозге человека имеются все те структуры, которые возникли на раз­личных этапах эволюции живых организмов. Они содержат "опыт", на­копленный в процессе всего эволюционного развития. Это свидетель­ствует об общем происхождении человека и животных.

Особенно развита у человека кора больших полушарий - орган высших психических функций.

В коре мозга выделяются два основных блока:

блок приема, переработки и хранения информации - отделы мозга, осу­ществляющие обработку информации, поступающей от различных ре­цепторов - зрительных, слуховых, кожных, двигательных и др.; все корковые зоны этого блока функционируют в иерархической взаимо­связи - первичные зоны осуществляют раздробление, первичный анализ поступающей сенсорной информации; вторичные •зоны выполняют фун­кцию синтеза - объединения, интегрирования поступающей информа­ции одной и той же модальности; третичные зоны - объединение ин­формации, поступающей от отдельных анализаторов;

блок программирования, регуляции и контроля деятельности - передние отделы мозга.

Существуют также различия в функциях правого и левого полушарий -функциональная асимметрия мозга. Функцией левого полушария являет­ся оперирование вербально-знаковой информацией (логические опера­ции, чтение, счет). Функция правого полушария - оперирование нагляд­ными образами, распознавание объектов, образное мышление. Оба полушария функционируют взаимосвязанно.

Использованные источники:

Еникеев М.И. Общая психология: учебник для вузов. С. 39, 46 - 47.

 

  Вопрос 8. Нервные клетки и их функции

1. Характеристики нервных клеток

2. Размер и форма

3. Цвет нейронов

4. Синапсы

5. Электрическая возбудимость

6. Пейсмекер

7. История открытия нервных клеток

1. Мозг человека состоит из 10¹² нервных клеток. Обычная нервная клетка получает информацию от сотен и тысяч других клеток и передает Сот­ням и тысячам, а количество соединений в головном мозге превышает 10¹⁴- 10¹⁵.

Характеристики нервных клеток:

• размеры и форма;

• цвет;

• механизм электрической возбудимости и др.

К. Гольджи и С. Рамон-и-Кахал нашли, что в структурах мозга можно выделить клетки двух типов: нейроны и глию.

2. Размеры нейронов могут быть от 1 (размер фоторецептора) до 1000 мкм.

Форма нейронов также исключительно разнообразна, чаще всего не­правильна. Существуют нейроны, напоминающие "листик" или "цве­ток". Иногда поверхность клеток напоминает мозг - она имеет "борозды" и "извилины". Исчерченность мембраны нейронов увеличивает ее по­верхность более чем в 7 раз.

Наиболее ясно форма нейронов видна при приготовлении препарата полностью изолированных нервных клеток.

В нервных клетках различимы тело и отростки.

В зависимости от функционального назначения отростков и их количе­ства различают клетки униполярные (монополярные) и мультиполярные (биполярные).

Монополярные клетки имеют только один отросток - аксон, по которо­му возбуждение распространяется от клетки.

Согласно классическим представлениям у нейронов один аксон. Согласно же наиболее новым результатам, полученным в электрофизиологичес­ких исследованиях с использованием красителей, которые могут рас­пространяться от тела клетки и прокрашивать отростки, нейроны име­ют более чем один аксон.

Мультиполярные клетки имеют не только аксоны, но и дендриты, по которым в нейрон поступают сигналы от других клеток.

Дендриты в зависимости от их локализации могут быть базальными и

апикальными.

Дендритное дерево некоторых нейронов чрезвычайно разветвлено.

3. Внешняя характеристика нервных клеток - это их цвет. Он также раз­нообразен и может указывать на функцию клетки - например, нейро-эндокринные клетки имеют белый цвет. Желтый, оранжевый, а иногда и коричневый цвет нейронов объясняется пигментами, которые содер­жатся в этих клетках.

Размещение пигментов в клетке неравномерно, поэтому ее окраска раз­лична по поверхности - наиболее окрашенные участки часто сосредото­чены вблизи аксонного холмика. По-видимому, существует определен­ная взаимосвязь между функцией клетки, ее цветом и ее формой.

4. На дендритах находятся синапсы - структурно и функционально оформ­ленные места контактов одной клетки с другой.

Взаимодействие нервных клеток в значительной мере ограничено эти­ми специфическими местами, в которых могут происходить соедине­ния.

Термин произошел от греческого слова "застегивать" и был введен Ч. Шеррингтоном в 1897 г.

С. Рамон-и-Кахал (1911) показал, что все синапсы состоят из двух эле­ментов - пресинаптической и постсинаптической мембран, а также пред­сказал существование третьего элемента синапса - синоптической щели (пространства между пресинаптическим и постсинаптическим элемен­тами синапса).

Совместная работа этих трех элементов и лежит в основе коммуника­ции между нейронами и процессами передачи синаптической инфор­мации. Сложные формы синаптических связей, формирующихся по мере развития мозга, составляют основу всех функций нервных клеток. Де­фекты синаптической передачи лежат в основе многих заболеваний не­рвной системы.

В соответствии с общепринятой точкой зрения синапс передает инфор­мацию только в одном направлении: информация течет от пресинапти­ческой к постсинаптической клетке. Анализ же новых результатов застав­ляет предполагать, что существенная часть информации передается от постсинаптического нейрона к пресинаптическим терминалям нерва.

5. Все функции, свойственные нервной системе, связаны с наличием у нервных клеток структурных и функциональных особенностей, обеспе­чивающих возможность генерации под влиянием внешнего воздействия особого сигнального процесса - нервного импульса.

Основными свойствами нервного импульса являются: • незатухающее распространение вдоль клетки;

• возможность передачи сигнала в необходимом направлении;

• воздействие с его помощью на другие клетки.

Способность к генерации нервной клеткой распространяющегося не­рвного импульса определяется особым молекулярным устройством по­верхностной мембраны, позволяющим воспринимать изменения про­ходящего через нее электрического поля, изменять практически мгновенно свою ионную проводимость и создавать за счет этого трансмембранный ионный ток, используя в качестве движущей силы постоянно существующие между вне- и внутриклеточной средой ион­ные градиенты.

Этот комплекс процессов, объединяемых под общим названием "меха­низм электрической возбудимости", является яркой функциональной характеристикой нервной клетки.

6. Механизм внутреннего генератора нейрона образует категория эндогенных потенциалов, связанных с активным транспортом ионов. Пейсмекерными потенциалами, в собственном смысле этого слова, называют близкие к синусоидальным колебания частотой 0,1 - 10 Гц и амплитудой 5-10 мВ.

Пейсмекерный потенциал является компактным способом передачи внутринейронной генетической информации.

7. Нервные клетки как независимые элементы нервной системы были от­крыты сравнительно недавно - в XIX в., в морфологических исследова­ниях Р. Дютроше, К. Эренберга и И. Пуркинье. С тех пор они не переста­ют привлекать к себе внимание исследователей.

Нейробиолог и нейроанатом С. Рамон-и-Кахал использовал метод ок­раски по Гольджи для картирования участков головного и спинного мозга. В результате была показана не только чрезвычайная сложность, но и высокая степень упорядоченности нервной системы.

В настоящее время появились новые методы исследования нервной тка­ни, позволяющие выполнить тонкий анализ ее строения.

Использованные источники:

Психофизиология. Учебник для вузов. Под ред. Ю.И. Александрова. СПб.: Питер, 2001. С. 18 - 25.

Вопрос 9. Нейронные сети

1. Понятие нейронных сетей
2. Типы сетей
3. Векторная психофизиология

 

1. В соответствии с системным подходом объединения нейронов могут при­обретать свойства, которых нет у отдельных нервных клеток.

Важной единицей функциональной активности ЦНС считается элемен­тарная нейронная сеть.

Принципы кооперативного поведения нейронов в сети предполагают, что совокупность взаимосвязанных элементов обладает лучшими воз­можностями функциональных перестроек, то есть на уровне нейронной сети происходит не только преобразование входной информации, но и оптимизация межнейронных отношений, приводящая к реализации требуемых функций информационно-управляющей системы. Одним из первых идею сетевого принципа в организации нейронов выдвинул Д. Хебб, позднее появились работы В. Мак-Каллоха и К. Питса, посвященные сетям формальных нейронов.

В настоящее время сетевой принцип в обеспечении процессов перера­ботки информации получает все большее распространение. В основе этого направления лежат идеи о сетях нейроноподобных элементов, объеди­нение которых порождает новые системные качества. По характеру организации в нервной системе чаше всего выделяют три типа сетей:

иерархические - характеризуются свойствами конвергенции (несколько нейронов одного уровня контактируют с меньшим числом нейронов другого уровня) и дивергенции (нейрон нижележащего уровня кон­тактирует с большим числом клеток вышележащего уровня). Благодаря этому информация может многократно фильтроваться и усиливаться. Такой тип сетей наиболее характерен для строения сенсорных и двига­тельных путей;

локальные - в таких сетях поток информации удерживается в пределах одного иерархического уровня, оказывая на нейроны-мишени возбуж­дающее или тормозящее действие, что позволяет модулировать поток информации. Таким образом, нейроны локальных сетей действуют как своеобразные фильтры, отбирая и сохраняя нужную информацию. Пред­полагается, что подобные сети имеются на всех уровнях организации мозга. Сочетание локальных сетей с дивергентным или конвергентным типом передачи может расширять или сужать поток информации;

дивергентные - характеризуются наличием нейронов, которые, имея один вход, на выходе образуют контакты с множеством других нейронов. Та­ким путем эти сети могут влиять одновременно на активность множе­ства элементов, которые при этом могут быть связаны с разными иерар­хическими уровнями. Являясь интегративными по принципу строения, эти сети, по-видимому, выполняют централизованную регуляцию и управление динамикой информационного процесса.

По мере развития представлений о строении и функционировании се­тей разного типа наблюдается интеграция этих исследований и инфор­мационного подхода. Примером служит векторная психофизиология -новое направление, основанное на представлениях о векторном кодиро­вании информации в нейронных сетях.

Суть векторного кодирования в следующем: в нейронных сетях внешнему стимулу ставится в соответствие вектор возбуждения - комбинация возбуждений элементов нейронного ансамбля. Ансамблем считается группа нейронов с общим входом, конвергирующих на одном или нескольких нейронах более высокого уровня. Различие между сигналами в нервной системе кодируется абсолютной величиной разности тех векторов! возбуждения, которые эти стимулы генерируют.

Использованные источники.

Марютина Т.М., Ермолаев О.Ю. Психофизиология: Учебное пособие. С. 23 - 25.1