Канали, които подават информация към мозъка. Как мозъкът реагира на информация
Зрителни органи на излагане на светлина,
Слухови органи за вълнови вибрации на въздуха,
Тактилни органи при механично въздействие,
Органите на вкуса за излагане на химикали в областта на устата,
Органите на миризмата върху химическите ефекти в областта на носа.
За да може мозъкът да реагира на стимул, във всяка сетивна модалност съответната физическа енергия трябва първо да се преобразува в електрическа енергия. Освен това тези сигнали - всеки по свой начин - следват към мозъка. Този процес на преобразуване на физическата енергия в електрическа се осъществява от специални клетки в сетивните органи, наречени рецептори.
Зрителните рецептори са разположени на тънък слой от вътрешната страна на окото. Всеки зрителен рецептор съдържа химикал, който реагира на светлина и тази реакция задейства поредица от събития, които водят до нервен импулс.
Слуховите рецептори са тънки космени клетки, разположени дълбоко в ухото. Въздушните вибрации огъват тези космени клетки, което води до нервен импулс.
Природата е измислила подобни "трикове" за други сетивни модалности.
Рецепторът е неврон, тоест нервна клетка, макар и специализирана. Възбуден рецептор изпраща електрически сигнал до междинните неврони. Тези - в рецептивната област на мозъчната кора. Всяка сетивна модалност има своя собствена рецептивна зона.
В рецептивната или друга зона на кората възниква съзнателно преживяване на усещане. Мозъкът и съзнанието възприемат не само ефекта на стимула, но и редица характеристики на стимула, например интензивността на ефекта.
Колкото по-голяма е интензивността на въздействието, толкова по-висока е честотата на нервните импулси – така природата е закодирала това съответствие. Колкото по-висока е честотата на нервните импулси, толкова по-голяма е възприеманата интензивност на стимула от мозъка и съзнанието.
За по-точно уточняване на сигнала (например какъв цвят е светлината или какъв вкус е храната) има специфични неврони (един неврон предава информация за синия цвят, друг за зеления, третият за киселата храна, четвъртото за солено ...).
V звуково възприятиеособеностите на усещането могат да бъдат кодирани от формата на електрическия сигнал, влизащ в мозъка. Ако формата на вълната е близка до синусоида, този звук е приятен за нас.
литература
Atkinson RL, Agkinson R.S., Smith EE Въведение в психологията: Учебник за университети / Пер. от английски под изд. В. П. Зинченко. - М .: Тривола, 1999.Съставът на човешкия мозък включваструктурни и функционално свързани помежду си неврони. Този орган на бозайник, в зависимост от вида, съдържа от 100 милиона до 100 милиарда неврони.
Всеки неврон на бозайник се състои от клетка – елементарна структурна единица, дендрити (къс процес) и аксон (дълъг процес). Тялото на елементарна структурна единица съдържа ядро и цитоплазма.
Аксоннапуска клетъчното тяло и често създава много малки клони, преди да достигне до нервните окончания.
Дендритисе простират от тялото на нервната клетка и получават съобщения от други звена на нервната система.
Синапси- това са контактите, където един неврон се свързва с друг. Дендритите са покрити със синапси, които се образуват от краищата на аксони от други структурни и функционални единици на системата.
Съставът на човешкия мозък е 86 милиарда неврони, състоящи се от 80% вода и консумиращи около 20% от кислорода, предназначен за целия организъм, въпреки че масата му е само 2% от телесното тегло.
Как се предават сигналите в мозъка
Когато единици от функционална система, невроните получават и изпращат съобщения, те предават електрически импулси по аксоните си, които могат да варират по дължина от сантиметър до един метър или повече. ясно е, че е много трудно.
Много аксони са покрити с многослойна миелинова обвивка, която ускорява предаването на електрически сигнали по аксона. Тази обвивка се формира с помощта на специализирани структурни единици на глията. В органа централна система, глията се нарича олигодендроцити, а в периферната нервна система се наричат Шванови клетки. Мозъчният център съдържа поне десет пъти повече глия от единиците на нервната система. Glia има много функции. Значението на глията в транспортирането на хранителни вещества до невроните, пречистването, обработката на част от мъртвите неврони.
За да предават сигнали, функционалните единици на телесната система на всеки бозайник не работят сами. В невронната верига дейността на една структурна единица пряко засяга много други. За да разберат как тези взаимодействия управляват мозъчната функция, невролозите изучават връзките между нервните клетки и как те предават сигнали в мозъка и се променят с течение на времето. Това изследване може да доведе учените до по-добро разбиране на това как се развива нервната система, как е изложена на болести или наранявания и естествените ритми на мозъчните връзки са нарушени. Благодарение на нова технологияУчените по изображения вече са по-способни да визуализират веригите, които свързват регионите и състава на човешкия мозък. 
Напредъкът в техниките, микроскопията и изчисленията позволяват на учените да започнат да картографират връзките между отделните нервни клетки в животните по-добре от всякога.
Изучавайки интимно състава на човешкия мозък, учените могат да хвърлят светлина върху мозъчните разстройства и грешките в развитието на невронната мрежа, включително аутизъм и шизофрения.
Принципи на предаване на информация и структурна организация на мозъка
Планирайте
Въведение
Принципи на предаване на информация и структурна организация на мозъка
Взаимовръзки в простите нервни системи
Сложни невронни мрежи и висши мозъчни функции
Структура на ретината
Образи и връзки на неврони
Клетъчно тяло, дендритни аксони
Методи за идентифициране на неврони и проследяване на техните връзки. Нервни елементи на мозъка
Групиране на клетки според функцията
Подтипове и функции на клетките
Сближаване и разминаване на връзките
литература
Въведение
Термините „невронаука“ и „невронаука“ влизат в употреба през 60-те години на миналия век, когато Стивън Къфлър създава първия факултет в Harvard Medical School, в който работят физиолози, анатоми и биохимици. Работейки заедно, те решават проблемите на функционирането и развитието на нервната система, изследват молекулярните механизми на мозъка.
Централната нервна система е непрекъснато работещ конгломерат от клетки, които непрекъснато получават информация, анализират я, обработват я и взимат решения. Мозъкът също е в състояние да поеме водещата роля и да произвежда координирани, ефективни мускулни контракции за ходене, преглъщане или пеене. За регулиране на много аспекти на поведението и за пряк или косвен контрол на цялото тяло, нервната система притежава огромен брой комуникационни линии, осигурени от нервните клетки (неврони). Невроните са основната единица или градивен елемент на мозъка.
Взаимовръзки в простите нервни системи
Събитията, възникващи по време на изпълнението на прости рефлекси, могат да бъдат проследени и анализирани подробно. Например, когато лигаментът на коляното се удари с малък чук, мускулите и сухожилията на бедрото се разтягат и електрическите импулси се изпращат по сетивните нервни влакна към гръбначния мозък, където се възбуждат двигателните клетки, произвеждащи импулси и активиращи мускулните контракции. Крайният резултат е изправяне на крака в колянната става. Такива опростени диаграми са много важни за коригиране мускулни контракцииконтролиране на движенията на крайниците. При такъв прост рефлекс, при който стимулът води до специфичен изход, ролята на сигналите и взаимодействията само на два типа клетки може да бъде успешно анализирана.
Сложни невронни мрежи и висши мозъчни функции
Анализирането на това как невроните взаимодействат по сложни пътища, включващи буквално милиони неврони, е много по-трудно от анализирането на прости рефлекси. повторно
Предаването на информация към мозъка по време на възприемането на звук, докосване, мирис или визуален образ изисква последователно участие на неврон след неврон, точно както при извършване на обикновено волево движение. Сериозен проблем при анализа на взаимодействието на невроните и структурата на мрежата възниква от плътното опаковане на нервните клетки, сложността на техните взаимовръзки и изобилието от типове клетки. Мозъкът не е като черния дроб, който се състои от същите клетъчни популации. Ако сте открили как работи една област на черния дроб, значи знаете много за черния дроб като цяло. Познаването на малкия мозък обаче няма да ви каже нищо за това как работи ретината или която и да е друга част от централната нервна система.
Въпреки огромната сложност на нервната система, сега е възможно да се анализират много начини, по които невроните взаимодействат във възприятието. Например, чрез записване на активността на невроните по пътя от окото към мозъка, е възможно да се проследят сигналите първо в клетките, които специфично реагират на светлината, а след това, стъпка по стъпка, чрез последователно превключване, към по-висшите центрове. на мозъка.
Интересна характеристика на визуалната система е способността да се подчертават контрастни изображения, цветове и движения в огромен диапазон от интензитет на цветовете. Докато четете тази страница, сигналите в окото предоставят възможност черните букви да се открояват на бяла страница в тъмна стая или ярка слънчева светлина. Специфичните връзки в мозъка образуват една картина, въпреки че двете очи са отдалечени един от друг и сканирайте различни области на външния свят. Освен това има механизми за осигуряване на последователност на изображението (въпреки че очите ни постоянно се движат) и за предоставяне на точна информация за разстоянието до страницата.
Как връзките на нервните клетки осигуряват такива явления? Въпреки факта, че все още не сме в състояние да предоставим пълно обяснение, сега се знае много за това как тези свойства на зрението се осигуряват от прости невронни мрежи в окото и по време на началните етапи на превключване в мозъка. Разбира се, остават много въпроси за това какви са връзките между свойствата на невроните и поведението. Така че, за да прочетете страница, трябва да поддържате определена позиция на тялото, главата и ръцете. Освен това мозъкът трябва да осигури постоянна хидратация на очната ябълка, постоянство на дишането и много други неволни и неконтролируеми функции.
Функцията на ретината е добър пример за основните принципи на нервната система.
Ориз. 1.1. Пътища от окото до мозъка през зрителния нерв и зрителния тракт.
Структура на ретината
Анализът на визуалния свят зависи от информацията, идваща от ретината, където се извършва първият етап на обработка, което поставя границите на нашето възприятие. На фиг. 1.1 показва пътищата от окото до висшите центрове на мозъка. Образът, достигащ до ретината, е обърнат, но във всички останали отношения представлява истински поглед към външния свят. Как може тази картина да бъде предадена на нашия мозък чрез електрически сигнали, които произхождат от ретината и след това пътуват по зрителните нерви?
Образи и връзки на неврони
На фиг. 1.2 са показани различни видовеклетки и тяхното местоположение в ретината. Светлината, влизаща в окото, преминава през слоевете на прозрачни клетки и достига до фоторецепторите. Сигналите, предавани от окото по влакната на зрителния нерв, са единствените информационни сигнали, на които се основава нашето зрение.
Схемата за преминаване на информация през ретината (фиг.1.2А) е предложена от Santiago Ramon y Cajal1) в края на XIXвек. Той е един от най-големите изследователи на нервната система и провежда експерименти върху голямо разнообразие от животни. Той направи значително обобщение, че формата и местоположението на невроните, както и областта на произход и крайната цел на невронните сигнали в мрежата, предоставят съществена информация за функционирането на нервната система.
На фиг. 1.2 ясно показва, че клетките в ретината, както и в други части на централната нервна система (ЦНС), са много гъсто опаковани. В началото морфолозите трябваше да разкъсат нервната тъкан, за да видят отделни нервни клетки. Методите, които оцветяват всички неврони, са практически безполезни за изследване на формата и връзката на клетките, тъй като структури като ретината изглеждат като тъмно петно от преплетени клетки и процеси. Електронна микрофотография на фиг. 1.3 показва, че извънклетъчното пространство около невроните и поддържащите клетки е само 25 нанометра широко. Повечето от рисунките на Рамон и Кахал са направени по метода за оцветяване на Голджи, който оцветява, използвайки неизвестен механизъм, само няколко произволни неврона от цялата популация, но тези няколко неврона са напълно оцветени.
Ориз. 1.2. Структурата и връзките на клетките в ретината на бозайниците. (A) Схема на посоката на сигнала от рецептора към зрителния нерв според Ramon-i-Cajal. (B) Разпределение на Ramon-i-Cajal на клетъчни елементи на ретината. (C) Чертежи на пръчките и конусите на човешката ретина.
Ориз. 1.3. Плътно опаковане на неврони в ретината на маймуната. Маркирани са един прът (R) и един конус (C).
Диаграмата на фиг. 1.2 показва принципа на подреденото подреждане на невроните в ретината. Лесно разграничаване на фоторецептори, биполярни и ганглийни клетки. Посоката на предаване е от вход към изход, от фоторецептори към ганглийни клетки. В допълнение, два други типа клетки, хоризонтални и амакринни, образуват връзки, които свързват различни пътища. Една от целите на невронауката, присъстваща в рисунките на Рамон-и-Кахал, е да разбере как всяка клетка участва в създаването на картината на света, която наблюдаваме.
Клетъчно тяло, дендрити, аксони
Ганглийната клетка, показана на фиг. 1.4 илюстрира структурните особености на нервните клетки, присъщи на всички неврони на централната и периферната нервна система. Клетъчното тяло съдържа ядрото и други вътреклетъчни органели, общи за всички клетки. Дългият процес, който напуска тялото на клетката и образува връзка с целевата клетка, се нарича аксон. Термините дендрит, клетъчно тяло и аксон се прилагат към процесите, при които входящите влакна образуват контакти, които действат като приемни станции за възбуждане или инхибиране. В допълнение към ганглийната клетка, фиг. 1.4 показва други видове неврони. Термините за описание на структурата на неврон, по-специално дендритите, са донякъде противоречиви, но въпреки това са удобни и широко използвани.
Не всички неврони съответстват на простата клетъчна структура, показана на фиг. 1.4. Някои неврони нямат аксони; други имат аксони, върху които да образуват връзка. Има клетки, чиито дендрити могат да провеждат импулси и да образуват връзки с целеви клетки. Ако една ганглиозна клетка отговаря на модела на стандартен неврон с дендрити, тяло и аксон, тогава други клетки не отговарят на този стандарт. Например, фоторецепторите (Фигура 1.2C) нямат очевидни дендрити. Дейността на фоторецепторите не се причинява от други неврони, а се активира от външни стимули, осветление. Друго изключение в ретината е липсата на аксони във фоторецепторите.
Методи за идентифициране на неврони и проследяване на техните връзки
Въпреки че техниката на Голджи все още се използва широко, много нови подходи улесниха функционалната идентификация на невроните и синаптичните връзки. Молекулите, които оцветяват целия неврон, могат да бъдат инжектирани чрез микропипета, която едновременно записва електрически сигнал. Флуоресцентните маркери като Lucifer Yellow ви позволяват да видите най-тънките процеси в жива клетка. Могат да бъдат въведени вътреклетъчни маркери като ензим на пероксидаза от хрян (HRP) или биоцитин; веднъж фиксирани, те образуват плътен продукт или светят ярко във флуоресцентна светлина. Невроните могат да бъдат оцветени с пероксидаза от хрян и извънклетъчно приложение; ензимът се улавя и транспортира до тялото на клетката. Флуоресцентните карбоцианинови багрила, когато са в контакт с невронната мембрана, се разтварят и дифундират по цялата клетъчна повърхност.
Ориз. 1.4. Форми и размери на невроните.
Ориз. 1.5. Група биполярни клетки, оцветени с антитяло за ензима фосфокиназа С. Оцветени са само клетки, съдържащи ензима.
Тези техники са много важни за проследяване на преминаването на аксоните от една част на нервната система към друга.
Антителата се използват за описване на специфични неврони, дендрити и синапси чрез селективно маркиране на вътреклетъчни или мембранни компоненти. Антителата се използват успешно за проследяване на миграцията и диференциацията на нервните клетки в онтогенезата. Допълнителен подход за описание на невроните е хибридизацията на място:специфично белязани сонди маркират невронна иРНК, която кодира синтеза на канал, рецептор, предавател или структурен елемент.
Нервни елементи на мозъка
Глиалклетки. За разлика от невроните, те нямат аксони или дендрити и не са пряко свързани с нервните клетки. В нервната система има много глиални клетки. Те изпълняват много различни функции за предаване на сигнал. Например, аксоните на ганглиозните клетки на ретината, които изграждат зрителния нерв, провеждат импулси много бързо, тъй като са заобиколени от изолираща липидна обвивка, наречена миелин. Миелинът се образува от глиални клетки, които се обвиват около аксоните по време на онтогенетичното развитие. Глиалните клетки на ретината са известни като Мюлерови клетки.
Групиране на клетки според функцията
Забележително свойство на ретината е подреждането на клетките според функцията. Клетъчните тела на фоторецепторите, хоризонтални, биполярни, амакринни и ганглийни клетки са подредени в отделни слоеве. Това наслояване се намира в целия мозък. Например, структурата, в която влакната на края на зрителния нерв (латерално колено тяло) се състои от 6 слоя клетки, които лесно се различават дори с просто око. В много области на нервната система клетките с подобни функции са групирани в отделни сферични структури, известни като ядра (да не се бъркат с клетъчно ядро) или ганглии (да не се бъркат с ганглийни клетки на ретината).
Подтипове и функции на клетките
Има няколко различни типа ганглийни, хоризонтални, биполярни и амакринни клетки, всеки с характерна морфология, невротрансмитерна специфичност и физиологични свойства. Например фоторецепторите са разделени на два лесно различими класа - пръчки и колбички - които изпълняват различни функции. Удължените пръчки са изключително чувствителни към най-малките промени в осветлението. Докато четете тази страница, околната светлина е твърде ярка за стикове, които работят само при слаба светлина след дълъг период на тъмнина. Конусите реагират на зрителни стимули при ярка светлина. Освен това, конусите са допълнително класифицирани в подтипове фоторецептори, които са чувствителни към червено, зелено или синьо. Амакринните клетки са поразителен пример за клетъчно разнообразие: повече от 20 типа могат да бъдат разграничени според структурни и физиологични критерии.
Така ретината илюстрира най-дълбоките проблеми на съвременната невронаука. Не е известно защо са необходими толкова много видове амакринни клетки и какви различни функции изпълнява всеки от тези типове клетки. Отрезвяващо е да осъзнаем, че функцията на по-голямата част от нервните клетки в централната, периферната и висцералната нервна система е неизвестна. В същото време това невежество предполага, че много от основните принципи на роботизирания мозък все още не са разбрани.
Сближаване и разминаване на връзките
Например, има силно намаляване на броя на участващите клетки по пътя от рецепторите към ганглиозните клетки. Изходите на повече от 100 милиона рецептора се сближават с 1 милион ганглийни клетки, чиито аксони изграждат зрителния нерв. По този начин много (но не всички) ганглийни клетки получават вход от голям брой фоторецептори (конвергенция) чрез интеркаларни клетки. От своя страна една ганглиозна клетка интензивно се разклонява и завършва върху много целеви клетки.
Освен това, за разлика от опростената диаграма, стрелките трябва да сочат отстрани, за да показват взаимодействията между клетките в същия слой (странични връзки) и дори в противоположни посоки - например обратно от хоризонтални клетки към фоторецептори (връщащи връзки). Такива конвергентни, дивергентни, странични и повтарящи се влияния са постоянни свойства на повечето невронни пътища в цялата нервна система. По този начин простата поетапна обработка на сигнала се възпрепятства от паралелни и обратни взаимодействия.
Клетъчна и молекулярна биология на невроните
Подобно на други видове клетки в тялото, невроните напълно притежават клетъчните механизми на метаболитна активност, синтез на мембранни протеини (например протеини на йонни канали и рецептори). Освен това протеините на йонните канали и рецепторите се транспортират по целенасочен начин до местата на локализация в клетъчната мембрана. Специфичните за натрия или калия канали са разположени върху мембраната на аксоните на ганглийни клетки в отделни групи (клъстери). Тези канали участват в инициирането и провеждането на PD.
Пресинаптичните терминали, образувани от процесите на фоторецептори, биполярни клетки и други неврони, съдържат специфични канали в своята мембрана, през които могат да преминават калциеви йони. Влизането на калций задейства освобождаването на невротрансмитера. Всеки тип неврон синтезира, съхранява и освобождава специфичен тип невротрансмитер(и). За разлика от много други мембранни протеини, рецепторите за специфични медиатори са разположени на точно определени места – постсинаптичните мембрани. Сред протеините на мембраната са известни и помпени протеини или транспортни протеини, чиято роля е да поддържат постоянството на вътрешното съдържание на клетката.
Основната разлика между нервните клетки и другите видове клетки в тялото е наличието на дълъг аксон. Тъй като аксоните нямат биохимична „кухня“ за протеинов синтез, всички основни молекули трябва да бъдат транспортирани до терминалите, като се използва процес, наречен аксонален транспорт, често на много дълги разстояния. Всички молекули, необходими за поддържане на структурата и функцията, както и каналите на молекулярната мембрана, пътуват от тялото на клетката по този начин. По същия начин, молекулите, уловени от крайната мембрана, се връщат обратно към тялото на клетката, използвайки аксонален транспорт.
Невроните се различават от повечето клетки и по това, че с малки изключения не могат да се делят. Това означава, че при възрастни животни мъртвите неврони не могат да бъдат заменени.
Регулиране на развитието на нервната система
Високата степен на организация на структура като ретината поставя нови проблеми. Ако човешкият мозък е необходим за изграждането на компютър, тогава никой не контролира мозъка по време на разработката и установяване на връзките му. Все още е загадка как правилното "сглобяване" на части от мозъка води до появата на неговите уникални свойства.
В зрялата ретина всеки тип клетка се намира в съответния слой или подслой и образува строго определени връзки със съответните целеви клетки. Такова устройство е необходимо условиеправилно функциониране. Например, за да се развият нормални ганглийни клетки, прогениторната клетка трябва да се раздели, да мигрира до определено място, да се диференцира в специфична форма и да образува специфични синаптични връзки.
Аксоните на тази клетка трябва да намерят през значително разстояние (оптичен нерв) определен слой от целеви клетки в следващата връзка на синаптичното превключване. Подобни процеси протичат във всички части на нервната система, в резултат на което се образуват сложни структури със специфични функции.
Изучаването на механизмите на образуване на такива сложни структури като ретината е един от ключовите проблеми на съвременната невробиология. Разбирането на това как се формират сложните взаимовръзки на невроните по време на индивидуалното развитие (онтогенеза) може да помогне за описание на свойствата и произхода на функционалните нарушения на мозъка. Някои молекули могат да играят ключова роля в диференциацията, растежа, миграцията, синапса и оцеляването на невроните. Такива молекули се описват все по-често. Интересното е, че електрическите сигнали регулират молекулярните сигнали, които задействат растежа на аксони и образуването на връзки. Дейността играе роля в установяването на модел на връзки.
Генетичните подходи позволяват идентифицирането на гени, които контролират диференциацията на цели органи, като цялото око. Гьоринг и колегите му изследват генната експресия без очиот плодовата муха дрозофила,който контролира развитието на очите. Премахването на този ген от генома предотвратява развитието на очите. Хомоложни гени при мишки и хора (известни като малко окои аниридия)са сходни по структура. Ако хомоложният ген без очиКогато бозайниците са изкуствено включени и експресирани в мухата, това животно развива допълнителни (мухи по структура) очи върху антените, крилата и краката. Това предполага, че този ген контролира образуването на очите при муха или мишка по същия начин, въпреки напълно различната структура и свойства на очите на насекомите и бозайниците.
Регенерация на нервната система след нараняване
Нервната система не само установява връзки по време на разработката, но може да възстанови някои връзки след повреда (вашият компютър не може да направи това). Например, аксоните в ръката могат да поникнат след нараняване и да направят връзки; ръката отново може да се движи и да усеща докосването. По същия начин при жаба, риба или безгръбначно животно след увреждане на нервната система се наблюдава регенерация на аксоните и възстановяване на функцията. След прерязване на зрителния нерв в жаба или риба, влакната отново растат и животното може да вижда. Тази способност обаче не е присъща на централната нервна система на възрастните гръбначни животни - те не се регенерират. Молекулните сигнали, които блокират регенерацията, и тяхното биологично значение за функционирането на нервната система са неизвестни.
заключения
∙ Невроните са свързани един с друг по строго определен начин.
∙ Информацията от клетка на клетка се предава чрез синапси.
∙ В относително прости системи, като ретината на окото, всички връзки могат да бъдат проследени и значението на междуклетъчните сигнали може да се разбере.
∙ Нервните клетки на мозъка са материални елементи на възприятието.
∙ Сигналите в невроните са силно стереотипни и еднакви за всички животни.
∙ Потенциалите за действие без загуби могат да пътуват на дълги разстояния.
∙ Локалните постепенни потенциали зависят от пасивните електрически свойства на невроните и се разпространяват само на къси разстояния.
∙ Специалната структура на нервните клетки изисква специализиран механизъм за аксонален транспорт на протеини и органели от и към клетъчното тяло.
∙ По време на индивидуалното развитие невроните мигрират до крайното си местоположение и установяват връзки с целите.
∙ Молекулните сигнали задвижват растежа на аксона.
Библиография
Пенроуз Р. НОВИЯТ РАЗУМ НА КРАЛЯ. За компютрите, мисленето и законите на физиката.
Григорий Р.Л.
Lekakh V.A. Ключ към разбирането на физиологията.
Gamow G., Ichas M. Г-н Томпкинс в себе си: Приключенията в една нова биология.
Кожедуб Р.Г. Мембранни и синоптични модификации в проявите на основните принципи на мозъка.
Човек е способен да усеща и възприема обективния свят поради специалната дейност на мозъка. Всички сетива са свързани с мозъка. Всеки от тези органи реагира на определен вид стимули: органите на зрението - на излагане на светлина, органите на слуха и докосването - на механични дразнители, органите на вкуса и мириса - на химически стимули. Самият мозък обаче не е в състояние да възприема тези видове влияния. Той "разбира" само електрически сигнали, свързани с нервните импулси. За да може мозъкът да реагира на стимула, vЗа всяка сетивна модалност съответната физическа енергия трябва първо да се преобразува в електрически сигнали, които след това следват собствените си пътища към мозъка. Този процес на транслация се осъществява от специални клетки в сетивните органи, наречени рецептори. Зрителните рецептори, например, са разположени в тънък слой от вътрешната страна на окото; във всеки зрителен рецептор има химикал, който реагира на светлина и тази реакция предизвиква поредица от събития, които водят до нервен импулс. Слуховите рецептори са тънки космени клетки, разположени дълбоко в ухото; вибрациите на въздуха, които са звуков стимул, огъват тези космени клетки, в резултат на което възниква нервен импулс. Подобни процеси протичат и при други сетивни модалности.
Рецепторът е специализирана нервна клетка или неврон; когато е възбуден, той изпраща електрически сигнал към междинните неврони. Този сигнал се движи, докато достигне своята рецептивна зона в мозъчната кора, като всяка сетивна модалност има своя собствена рецептивна зона. Някъде в мозъка - може би в рецептивната област на кората, или може би в друга част на кората - електрически сигнал предизвиква съзнателно усещане за усещане. Така че, когато усетим докосване, това усещане „се случва“ в мозъка ни, а не върху кожата. В този случай електрическите импулси, които директно медиират усещането за докосване, сами по себе си са причинени от електрически импулси, които произхождат от рецепторите за докосване, които се намират в кожата. По същия начин горчивият вкус не се ражда в езика, а в мозъка; но мозъчните импулси, посредници на усещането за вкус, сами по себе си се задействат от електрически импулси от вкусовите пъпки на езика.
Мозъкът възприема не само ефекта на стимула, той възприема и редица характеристики на стимула, например интензивността на ефекта. Следователно, рецепторите трябва да могат да кодират параметрите на интензитета и качеството на стимула. Как го правят?
За да отговорят на този въпрос, учените трябваше да проведат серия от експерименти, за да регистрират активността на отделни рецепторни клетки и пътища по време на представянето на различни входни сигнали или стимули на субекта. По този начин можете да определите точно на какви свойства на стимула реагира даден неврон. Как се провежда подобен експеримент на практика?
Преди да започне експеримента, животното (маймуната) се подлага на хирургична операция, по време на която тънки жици се имплантират в определени области на зрителната кора. Разбира се, такава операция се извършва при условия на стерилност и с подходяща анестезия. Тънките проводници - микроелектродите - са покрити с изолация навсякъде, с изключение на самия връх, който записва електрическата активност на неврон в контакт с него. След имплантирането тези микроелектроди не причиняват болка и маймуната може да живее и да се движи съвсем нормално. По време на самия експеримент маймуната се поставя в тестово устройство, а микроелектродите са свързани към усилващи и записващи устройства. Тогава на маймуната се представят различни визуални стимули. Като наблюдавате от кой електрод идва стабилен сигнал, можете да определите кой неврон реагира на всеки от стимулите. Тъй като тези сигнали са много слаби, те трябва да бъдат усилени и показани на осцилоскоп, който ги преобразува в криви на напрежението. Повечето неврони произвеждат серия от нервни импулси, които се отразяват върху осцилоскопа под формата на вертикални изблици (шипове). Дори при липса на стимули, много клетки произвеждат редки импулси (спонтанна активност). Когато се представи стимул, към който даден неврон е чувствителен, може да се види бърза последователност от пикове. Като записват активността на една клетка, учените са научили много за това как сетивата кодират интензивността и качеството на стимула. Основният начин за кодиране на интензивността на стимула е броят на нервните импулси за единица време, т.е. честота на нервните импулси. Нека покажем това с примера на докосването. Ако някой докосне леко ръката ви, в нервните влакна ще се появят поредица от електрически импулси. Ако налягането се увеличи, големината на импулсите остава същата, но броят им за единица време се увеличава. Същото е и с другите модалности. Като цяло, колкото по-висока е интензивността, толкова по-висока е честотата на нервните импулси и толкова по-голяма е възприеманата интензивност на стимула.
Интензитетът на стимула може да бъде кодиран и по други начини. Единият е да се кодира интензитетът като времеви модел, следващ импулса. При ниска интензивност нервните импулси следват относително рядко и интервалът между съседните импулси е променлив. При висока интензивност обаче този интервал става сравнително постоянен. Друга възможност е да се кодира интензитетът като абсолютен брой активирани неврони: колкото по-голям е интензитетът на стимула, толкова повече неврони участват.
Качеството на кодирането на стимула е по-сложно. Опитвайки се да обясни този процес, I. Müller през 1825 г. предполага, че мозъкът е в състояние да различава информация от различни сензорни модалности поради факта, че се движи по различни сетивни нерви (някои нерви предават зрителни усещания, други – слухови и т.н.). Следователно, ако не вземем предвид редица твърдения на Мюлер за непознаваемостта реалния свят, тогава можем да се съгласим, че нервните пътища, започващи от различни рецептори, завършват в различни области на мозъчната кора. Следователно мозъкът получава информация за качествените параметри на стимула, дължащи се на онези нервни канали, които свързват мозъка и рецептора. Мозъкът обаче е в състояние да прави разлика между ефектите на една модалност. Например различаваме червено от зелено или сладко от кисело. Очевидно кодирането тук също е свързано със специфични неврони. Например, има доказателства, че човек различава сладкото от киселото, просто защото всеки вид вкус има свои собствени нервни влакна. Така "сладките" влакна предават основно информация от сладките рецептори, "киселите" влакна - от киселите рецептори, същото е и със "солените" влакна и "горчивите" влакна.
Специфичността обаче не е единственият възможен принцип на кодиране. Възможно е също така сензорната система да използва специфичен модел на нервни импулси, за да кодира качествена информация. Отделно нервно влакно, реагиращо колкото е възможно повече на, да речем, сладко, може да реагира, но в различна степен, на други видове вкусови стимули. Едно влакно реагира най-силно на сладко, по-слабо на горчиво и още по-слабо на солено; така че „сладък“ стимул би активирал голям брой влакна с различна степен на възбудимост и тогава този конкретен модел на невронна активност би бил кодът за сладко в системата. Като горчив код, различен модел ще се предава през влакната.
Въпреки това, в научна литератураможем да срещнем и друго мнение. Например, има всички основания да се твърди, че качествените параметри на стимула могат да бъдат кодирани чрез формата на електрически сигнал, влизащ в мозъка. С подобно явление се сблъскваме, когато възприемаме тембъра на глас или тембъра на звука. музикален инструмент... Ако формата на вълната е близка до синусоида, тогава тембърът ни е приятен, но ако формата се различава значително от синусоидата, тогава имаме усещане за дисонанс.
По този начин отразяването на качествените параметри на стимула в усещанията е много сложен процес, чиято природа не е напълно разбрана.
От: Atkinson RL, Atkinson R.S., Smith EE и др. Въведение в психологията: Учебник за университети / Пер. от английски под изд. В.П. Зинченко, - М .: Тривола, 1999.
Чувствата свързват човека с външния свят и са както основният източник на информация за него, така и основното условие за умствено развитие. Въпреки това, въпреки очевидността на тези разпоредби, те са били многократно поставяни под въпрос. Представителите на идеалистичното направление във философията и психологията често изразяват идеята, че истинският източник на нашата съзнателна дейност не са усещанията, а вътрешното състояние на съзнанието, способността за рационално мислене, присъща на природата и не зависима от притока на идваща информация. от външния свят. Тези възгледи формират основата на философията рационализъм.Същността му се състоеше в твърдението, че съзнанието и разумът са първичното, по-нататъшно необяснимо свойство на човешкия дух.
Философите идеалисти и много психолози, които са привърженици на идеалистичната концепция, често правят опити да отхвърлят позицията, че чувствата на човек го свързват с външния свят и да докажат противоположната, парадоксална позиция, че усещанията отделят човек от външния свят с непреодолима стена. Подобна позиция изтъкват и представители на субективния идеализъм (Д. Бъркли, Д. Хюм, Е. Мах).
И. Мюлер, един от представителите на дуалистичното направление в психологията, въз основа на споменатата по-горе позиция на субективния идеализъм, формулира теорията за „специфичната енергия на сетивата“. Според тази теория всеки от сетивните органи (око, ухо, кожа, език) не отразява въздействието на външния свят, не предоставя информация за реалните процеси, протичащи в заобикаляща среда, но получава само импулси от външни влияния, възбуждайки собствените си процеси. Според тази теория всеки сетивен орган има своя собствена "специфична енергия", възбудена от всеки стимул, идващ от външния свят. Така че, достатъчно е да щракнете върху окото или да действате върху него. токов ударда получите усещане за светлина; механичната или електрическа стимулация на ухото е достатъчна, за да се създаде усещане за звук. От тези разпоредби се стигна до заключението, че сетивните органи не отразяват външни влияния, а се възбуждат само от тях и човек не възприема обективните влияния на външния свят, а само собствените си субективни състояния, отразяващи дейността на сетивата му. органи.
Близка беше гледната точка на Г. Хелмхолц, който не отхвърли факта, че усещанията възникват в резултат на въздействието на обекти върху сетивните органи, но смята, че психичните образи, възникващи в резултат на това влияние, нямат нищо общо с реални обекти... На тази основа той нарече усещанията „символи“ или „знаци“ на външни явления, отказвайки да ги разпознае като образи или репрезентации на тези явления. Той вярвал, че въздействието на определен обект върху сетивния орган предизвиква в съзнанието „знак“ или „символ“ на действащия обект, но не и неговия образ. "Защото от изображението се изисква известна прилика с изобразения обект... От знака обаче не се изисква прилика с това, от което е."
Лесно е да се види, че и двата подхода водят до следното твърдение: човек не може да възприеме обективния свят и единствената реалност са субективните процеси, отразяващи дейността на неговите сетивни органи, които създават субективно възприемани „елементи на света“.
Подобни заключения бяха използвани като основа на теорията. солипсизъм(от лат. Solus -един, ipse -себе си), което се свеждаше до факта, че човек може да познава само себе си и няма доказателства за съществуването на нещо различно от себе си.
Представителите на материалистическото течение, които смятат за възможно обективно отразяване на външния свят, са на противоположни позиции. Изследването на еволюцията на сетивните органи убедително показва, че в процеса на дълъг историческо развитиеформират се специални възприемащи органи (сетивни органи или рецептори), които се специализират в отразяването на специални видове обективно съществуващи форми на движение на материята (или видове енергия): слухови рецептори, отразяващи звуковите вибрации; зрителни рецептори, отразяващи определени диапазони на електромагнитни вълни и др. Изследването на еволюцията на организмите показва, че всъщност ние нямаме "специфични енергии на самите сетивни органи", а специфични органи, които обективно отразяват различни видовеенергия. Освен това, високата специализация на различни сетивни органи се основава не само на структурните особености на периферната част на анализатора - рецептори, но и на най-високата специализация на невроните, които са част от централния нервен апарат, които приемат сигнали, възприемани от периферния апарат. сетивни органи.
Трябва да се отбележи, че човешките усещания са продукт на историческото развитие и следователно те са качествено различни от усещанията на животните. При животните развитието на усещанията е изцяло ограничено от техните биологични, инстинктивни нужди. При много животни някои видове усещания са поразителни със своята тънкост, но проявата на тази фино развита способност за усещане не може да надхвърли кръга от предмети и техните свойства, които са от пряко жизненоважно значение за животните от този вид. Например, пчелите са в състояние да различават концентрацията на захар в разтвор много по-фино от обикновения човек, но това ограничава фините вкусови усещания. Друг пример: гущер, който може да чуе лекото шумолене на пълзящо насекомо, няма да реагира по никакъв начин на много силен звук от камък върху камък.
При хората способността за усещане не е ограничена от биологични нужди. Трудът създава за него несравнимо по-широк спектър от потребности, отколкото за животните, а в дейности, насочени към задоволяване на тези потребности, човешките способности, включително способността да чувстват, непрекъснато се развиват. Следователно човек може да почувства много голямо количествосвойства на предметите около него, отколкото на животното.
1 Този раздел се базира на глави от книгата: Психология. / Изд. проф. К.Н. Корнилов, проф. А.А. Смирнова, проф. Б.М. Теплова. - Ед. 3-то, преп. и добавете. - М .: Учпедгиз, 1948 г.