Begreper om nervesystemet. Tishevskoy I.A.

KONSEPT OM NERVESYSTEMET

Enkle konsepter nervesystemet. Morfofunksjonelle trekk ved ryggmargen.

NEUROLOGI er vitenskapen som studerer nervesystemet.

Funksjoner av nervesystemet:

1. Nervesystemet gir sammenkoblingen av individuelle organer og systemer, harmoniserer og kombinerer deres funksjoner. Takket være dette fungerer kroppen som en helhet.
2. CNS kommuniserer med kroppen eksternt miljø, gir individuell tilpasning til det ytre miljø.
3. Hjernen er organet for mental aktivitet. Her er prosessene med bevissthet, tenkning, hukommelse.

KLASSIFISERING AV NERVESYSTEMET

1. Topografisk (anatomisk):

CNS - hjerne og ryggmarg

· Perifert - SMN, CN, nerveknuter, nerveender, plexuser.

1. Fysiologisk:

• Somatisk - innerverer huden, skjelettmuskulaturen, sanseorganene.
• Vegetativ eller autonom - innerverer alt Indre organer og ZhVS (dvs. organer i plantelivet derav navnet)

en. medfølende

b. Parasympatisk

KONSEPT OM NERVESYSTEMET

Den strukturelle enheten i nervesystemet er et nevron (se nervevev), samt nervefibre, ender og slirer.

Nevroner som frigjør acetylkolin kalles kolinerge, og nevroner som frigjør noradrenalin kalles adrenerge.

Hjernen og ryggmargen er bygget av et stort antall nevroner og nervefibre.

Akkumulering av nevronlegemer kalles grå materie , utfører den en refleksfunksjon.

Hvit substans kalt opphopning av nervetråder som er samlet i bunter. Bunter av nervefibre forbinder noen deler av sentralnervesystemet med andre og utfører en ledende funksjon.

Nervetråder– Dette er prosessene til nerveceller dekket med en myelinskjede.

Hvit og grå substans er lokalisert ulikt i ulike deler av sentralnervesystemet.

Et sammenhengende lag med grå substans på overflaten halvkuler og lillehjernen kalles bark .

Under cortex er hvit substans og kjerner.

Kjerner – Dette er separate ansamlinger av grå substans i hvitt. De fungerer som et senter som regulerer funksjonene til organer.

ganglion er en opphopning av nevronlegemer utenfor CNS. Nerver kan være:

1. følsom
2. vegetativ

Reflekstid ( Den latente perioden er tiden som har gått fra det øyeblikket stimulansen påføres responsen på den.

Mest av reflekstiden brukes på å lede eksitasjon gjennom nervesentrene - den sentrale reflekstiden (på grunn av synaptisk forsinkelse).

Jo færre nevroner i buen, jo kortere er reflekstiden.

Den største er tiden for vegetative reflekser.

mottakelig refleksfelt - dette er den anatomiske regionen, ved stimulering som denne refleksen fremkalles (pupillinnsnevringsrefleks når netthinnen er opplyst).

Nervesenter er et kompleks av nevroner som regulerer en eller annen funksjon. Nervesentre er: 1. primære

Nevrofysiologi bestemmer studiet av sentralnervesystemet og dets funksjon, kobler til translasjonsvitenskap, nevrologi, nevrobiologi, psykologi, neuroanatomi, elektrofysiologi, kognitiv vitenskap.

Som vitenskap omhandler nevrofysiologi studiet, diagnostisering og behandling av alle kategorier av sykdommer ledsaget av det sentrale, perifere og autonome nervesystemet.

Nevrofysiologi er foreningen av nevrologi og fysiologi som studerer funksjonen til nervestrukturen. Nevrologi er en spesiell gren av medisinsk vitenskap som først og fremst omhandler lidelser i sentralnervesystemet.

Målet med nevrofysiologi er å forstå hvordan hjernen fungerer for å fremme behandlinger for sykdommer og forstyrrelser i nervesystemet.. Denne typen forskning krever undersøkelse av de komplekse funksjonene til struktur på alle nivåer av det levende. På grunn av det faktum at mennesker ikke kan brukes til dette arbeidet, bruker nevroforskere oftest dyr. Forskere bruker dyr for å finne ut hvordan sykdommer og deres potensielle terapier påvirker hele kroppen. De gjennomfører eksperimentelle prosedyrer med ulike alternative metoder.

Ordliste for nevrofysiologi

Nevrokirurgi

Nevrokirurgi - en gren av medisinen som omhandler forebygging, diagnostisering, behandling og rehabilitering av lidelser som påvirker noen del av nervestrukturen, inkludert funksjonen til hjernen, ryggmargen, perifere nerver og ekstrakranielle kar i hodet.

Nevrologiske lidelser

Nevrologiske lidelser er sykdommer i hovedorganet i sentralnervesystemet, ryggraden og nervene. Det er over 600 sykdommer i nervesystemet, som hjernesvulster, epilepsi, Parkinsons sykdom, hjerneslag, samt mindre kjente, som frontotemporal demens.

Traumatisk hjerneskade

Traumatisk hjerneskade (TBI) er et kompleks av skader med et bredt spekter av symptomer og fysiske skader. En hodeskade er vanligvis et resultat av et hardt slag eller dytt mot hodet eller kroppen. Gjenstanden kommer inn i hodeskallen som en kule eller en splintret del av hodeskallen, som også kan forårsake en hodeskade.

det limbiske systemet

det limbiske systemet - et komplekst sett med strukturer som ligger på hver side av thalamus i hjernen. Det inkluderer hypothalamus, hippocampus, amygdala og flere andre nærliggende deler. Det ser ut til å være hovedansvarlig for følelseslivet vårt og har mye å gjøre med dannelsen av minner.

Ryggmarg

Ryggmarg er den viktigste strukturen mellom kropp og hode. Ryggmargen strekker seg fra foramen magnum, hvor den er kontinuerlig og avlang i nivå med den første eller andre lumbale ryggvirvlene. Det er en viktig forbindelse mellom hodet og kroppen og fra kroppen til sentralnervesystemets hovedorgan.

Nevroendokrinologi

Nevroendokrinologi studerer samspillet mellom nerve- og endokrine systemer, inkludert biologiske trekk celler som deltar og utveksler informasjon. Nervesystemet og det endokrine systemet jobber ofte sammen i en prosess som kalles nevroendokrin integrasjon. Nevroendokrinologi sporer reguleringen av de fysiologiske prosessene i menneskekroppen.

Hypofysen er en viktig kjertel i kroppen og blir ofte referert til som hovedkjertelen fordi den kontrollerer en rekke andre hormonkjertler. Hypofysen er vanligvis omtrent på størrelse med en ert og består av to deler – en fremre del, kalt hypofysen fremre, og en bakre del, kalt den bakre hypofysen.

Hypothalamus

Hypothalamus – Dette er en del av hovedorganet i sentralnervestrukturen, som er ansvarlig for produksjonen i kroppen av de viktigste hormonene, kjemikalier som hjelper til med å kontrollere ulike celler og organer. Hypothalamiske hormoner regulerer fysiologiske funksjoner som temperaturregulering, tørste, sult, søvn, humør, sexlyst og frigjøring av andre hormoner i kroppen.

nevrale modell

nevrale regioner modellere det matematiske grunnlaget for maskinlæring, som kombinerer ideene om nevrale nettverk, logikk og modellgjenkjenning. Det er også referert til som simuleringsfelt, simuleringsfeltteori, maksimal sannsynlighet for kunstige nevrale nettverk.

hippocampus

hippocampus er en del av sentralnervesystemets hovedorgan, som er involvert i dannelsen av minne, bestilling og lagring. Dette er strukturen til det limbiske systemet, som er spesielt viktig i dannelsen av nye minner og koblingen av følelser og følelser, som lukt og lyd, til minner. Hippocampus er formet som en hestesko. Dette er en sammenkoblet struktur, en del av hippocampus er lokalisert i venstre hjernehalvdel, og den andre i høyre hjernehalvdel.

Metoder og oppgaver for menneskelig hjernens nevrofysiologi

Nevrofysiologi spiller også en rolle i behandlingen av mennesker som har hjernesykdom, viral encefalitt, meningitt, hjerneslag eller demens. Denne vitenskapen driver forskning i spesielle miljøer eller avdelinger.

Nevrofysiologi er et tverrfaglig felt som omfatter forskning innen molekylær, cellulær og systemisk nevrofysiologi, funksjonell morfologi, nevrofarmakologi og nevrokjemi. Nevromuskulær fysiologi, nevrale mekanismer for høyere nervøs aktivitet og atferd, medisinske aspekter ved nevrofysiologi og modellering av nevrale funksjoner studeres også av denne vitenskapen.

Forskning inkluderer:

• EEG (elektroencefalografi) er en registrering av elektrisk aktivitet og hjerneaktivitet fra hodebunnen, som hovedsakelig brukes til å diagnostisere epilepsi og overvåke personer med denne tilstanden.
• Fremkalte potensialer er analysen av bioelektriske signaler fra hjernen som respons på visse stimuli, for eksempel blinkende lys eller lyder. Fremkalte potensialer brukes i diagnostisering av ulike sykdommer, inkludert multippel sklerose og øyesykdommer som nattblindhet.
• EMG (elektromyografi) - evaluerer funksjonen til nerver og muskler i kroppen. Elektromyografi brukes ved tilstander som påvirker nerve- og muskelfunksjon, inkludert myasthenia gravis, en sykdom i Mortons neuroma (fortykkelse av fotnerven). Det er mer vanlig hos kvinner på grunn av høye hæler.

Vitenskapen om å studere hvordan hjernen fungerer

Med en vekt på mindre enn halvannet kilo, sier mennesket at det er det mest komplekse organet til enhver levende primat.

Men også, som de fleste, er den praktisk talt identisk blant pattedyr og har store likheter i struktur, funksjon og hjernefunksjon med de artene som er nærmest knyttet til mennesker på livets tre. Imidlertid gir selv nervesystemet fra de enkleste organismer ledetråder om funksjonen og virkemåten til den menneskelige hjernen. Forskere studerer også for å identifisere nøkkelforskjeller i hovedorganet i sentralnervesystemet som gir mennesker unike kognitive evner og abstraksjon.

Nevrovitenskapsmenn studerer ulike dyremodeller fra fisk til sangfugler. Enkelheten til nervesystemet til Ascaris-nematoden (rundorm) gjorde det mulig for forskere å spore alle nerveforbindelsene. Denne forståelsen kan føre til en forståelse av sammenhengene i hvordan den menneskelige hjernen fungerer. Forskere studerer også kjemikalier i dyreriket i håp om å finne nye medikamenter.

Dyrehjerner kommer i en lang rekke former og størrelser, men størrelse er en dårlig indikator på intelligens. Sjiraffens hjerne er nesten like stor som menneskehjernen, men sjiraffens intelligens er notorisk lav.

Det er ikke størrelsen på sentralnervesystemets hovedorgan som betyr noe, men antallet nevroner og hvor de befinner seg. Den menneskelige cortex, det krympede organet som er ansvarlig for språk, tanke og informasjonsbehandling, inneholder 16 milliarder nevroner, mer enn noe annet dyr.

Dette forklarer åpenbart menneskets forbedrede kognitive evner. Forskere studerer andre dyr for å finne ut hvordan tette områder av hovedorganet i den sentrale strukturen til nevroner på samme måte kan påvirke hjernens funksjon og funksjon.

Nervesystemet (Systema nervosum) er et av de ledende integrerende systemene i kroppen, og sammen med de endokrine og kardiovaskulære systemene forener kroppen til en helhet. I følge Pavlov I.P. er kroppen ikke en mekanisk sum av dens bestanddeler, men en kompleks, dynamisk system, som alle deler er sammenkoblet og gjensidig avhengige. Kroppen er i konstant og nær kontakt med det ytre miljø. I løpet av livet tilpasser kroppen seg til miljøforhold. Nivået på dens tilpasningsevne til det ytre miljøet styres av nervesystemet. Dermed gir Systema nervosum forbindelsen mellom kroppen og det ytre miljøet, kontrollerer arbeidet til alle organer og forbinder alle deler av kroppen til en enkelt helhet. Det koordinerer blodsirkulasjonen, lymfestrømmen, metabolske prosesser, som igjen påvirker tilstanden til nervesystemet. Pavlov I.P. skrev: "Nervesystemets aktivitet er på den ene siden rettet mot forening, integrering av alle deler av kroppen, på den annen side til forbindelsen mellom kroppen og miljøet, til å balansere systemene i kroppen. kroppen med omverdenen"

Nervesystemet fungerer etter prinsippet om tilbakemelding, d.v.s. en impuls langs dens perifere del går til hjernen, og fra hjernen langs den samme perifere delen til arbeidsorganet. Det må huskes at enhver reaksjon på irritasjon vil være bevegelse, derfor utvikler nervesystemet seg parallelt med muskel- og skjelettsystemet.

Vitenskapen som studerer nervesystemet kalles Neurologia.

Filo- og ontogeni av nervesystemet. I prosessen med historisk utvikling går nervesystemet gjennom en rekke påfølgende stadier:

Jeg scene - Humoral scene. Forbindelsen av organismen med miljøet utføres gjennom en bestemt væske, som er både utenfor og inne i den. Dette stadiet er typisk for encellede organismer.

Trinn II - Diffus stadium. Forbindelsen av organismen med det ytre miljøet utføres ved hjelp av nevroner, hvis prosesser, i kontakt med hverandre, danner et nettverk. Dette nettverket gjennomsyrer hele kroppen til en flercellet organisme, derfor trekker hele kroppen seg sammen når den er irritert. Netttypen til nervesystemet er karakteristisk for tarmen (hydra, maneter, polypper).

En refleksjon av dette stadiet hos høyere virveldyr er den parasympatiske delen av det autonome nervesystemet.

Stage III - Ganglion scene. På dette stadiet danner nevroner klynger (ganglia), som ikke er tilfeldig, men segmentelt, metamerisk og er forbundet med nerveprosesser. Irritasjon er allerede lokalisert innenfor ett segment.Den ganglioniske typen av nervesystemet er karakteristisk for høyere ormer, leddyr. En refleksjon av dette stadiet hos høyere virveldyr er den sympatiske delen av det autonome nervesystemet.

Stadium IV - Det rørformede stadiet er ledsaget av en konsentrasjon av nerveganglier i form av et nevralrør, inne i hvilket det er et hulrom. Denne strukturen i nervesystemet er karakteristisk for alle akkordater - fra lansetten til pattedyr og fugler.

Stadium V - Det neste stadiet er assosiert med forbedring av sanseorganene, den progressive utviklingen av den fremre delen av nevralrøret og dannelsen av hjernen (dvs. encefalisering forekommer). Først dannes en cerebral vesikkel, deretter snøres ekspansjonen med to innsnevringer for å danne 3 primære cerebrale vesikler. Deretter er 1. og 3. igjen delt inn i to avdelinger. Dermed dannes det 5 hjernebobler, hvorfra 5 deler av hjernen deretter utvikles. Hjernevesiklenes hulrom omdannes til ventrikler, inne i hvilke cerebrospinalvæske (CSF) sirkulerer. Brennevin gir nevroner næringsstoffer og oksygen, og fungerer som et mellomledd mellom blod og nervevev. Dermed var stimulansen for utviklingen av hjernen ytterligere forbedring av reseptorapparatet til dyr (sanseorganer).

Når det gjelder ryggmargen, var stimulansen for utviklingen den motoriske aktiviteten til dyr. Dette førte først til dannelsen av stammehjernen, som i utviklingsprosessen ble erstattet av ryggmargen med spinalnerver som strekker seg fra den til alle deler av kroppen.

I ontogenese utvikler nervesystemet seg fra ektodermen, der nevralplaten først skiller seg ut, nevrale folder vises i den, som, lukkes, danner nevralrøret.

Ved den kraniale enden av nevralrøret vises først 3 cerebrale vesikler, og deretter, ved å dele 2 av dem, 5 cerebrale vesikler. Fra disse 5 hjerneboblene dannes deretter 5 deler av hjernen.

Fra den kaudale enden av nevralrøret utvikles ryggmargen, som i begynnelsen av embryogenese tilsvarer lengden av ryggmargen, og deretter okkuperer bare en del av den, da den vokser langsommere enn ryggraden.

En del av kunnskapen er viet til studiet av nervesystemet, som i Russland og europeiske land kalles nevrologi, det vil si studiet av nervesystemet, og i Amerika - nevrobiologi. Denne delen er representert av flere vitenskaper som studerer nervesystemet på ulike nivåer og bruke forskjellige metoder.

Den første gruppen av vitenskaper som studerer morfologien til nervesystemet og dets bestanddeler inkluderer:

1. Anatomi (gresk "anatemno" - kutt) er den eldste av vitenskapene om strukturen til menneskekroppen. Seksjonen av denne vitenskapen - anatomien til sentralnervesystemet - studerer morfologien til nervesystemet på organnivå.

2. Histologi av CNS (gresk "histos" - vev) studerer strukturen til nervesystemet på vev og cellenivå.

3. Cytologi (gresk "cytos" - celle) studerer strukturen til nevroner og gliaceller på celle- og subcellulært nivå.

4. Biokjemi og molekylærbiologi studerer strukturen til nevroner og hjelpeceller i nervesystemet på subcellulært og molekylært nivå.

Følgende gruppe disipliner studerer funksjonene til nervesystemet ved hjelp av eksperimenter og modellering av prosessene som skjer i det:

5. Fysiologien til sentralnervesystemet utforsker de generelle funksjonsmønstrene til nerveceller, individuelle strukturer i sentralnervesystemet og hele nervesystemet som helhet.

6. Fysiologien til analysatorer (sensorsystemer) studerer arbeidet til strukturer som oppfatter og behandler informasjon.

Av vitenskaper av anvendt betydning er kunnskap om anatomien til sentralnervesystemet nødvendig, først og fremst i medisin (7). Funksjonene til sentralnervesystemet og deres forhold til ulike deler og strukturer i hjernen blir studert av klinikere som observerer syke mennesker ( FOTNOTTE: Denne metoden for å studere rollen til ulike hjernestrukturer kalles «å bringe funksjon ut av dysfunksjon».) Et spesielt stort bidrag ble gitt av leger av medisinske spesialiteter som nevropatologi og nevrokirurgi, otolaryngologi, psykiatri.

Nevrobiologi er en gren av biologi og er vitenskapen om hjernens struktur, fysiologi og funksjon.

I bokstavelig forstand er begrepet "nevrobiologi" assosiert med biologien til nevronene (nervecellene) som utgjør nervesystemet. Men i tillegg til nevroner, inneholder pattedyrhjernen en lang rekke gliaceller (kalt neuroglia), som opptar opptil 90 % av hjernevolumet. Nevroglialceller samhandler tett med nevroner, og sikrer deres vitale aktivitet og normal funksjon. I løpet av de siste årene, innenfor rammen av nevrobiologi, studeres også egenskapene til nevroglialceller og deres interaksjon med nevroner for å gi ulike funksjoner.

I utlandet (og de siste årene i Russland) kalles vitenskapen om hjernen også "nevrovitenskap" (eng., nevrovitenskap). Selv om dette begrepet formelt sett skal oversettes som "vitenskapen om nervesystemet", når det gjelder innholdet og spekteret av problemer som studeres, tilsvarer sistnevnte "nevrobiologi".

Begynnelsen av nevrobiologi går tilbake til antikken, men dens moderne innhold er assosiert med forskning og funn siden midten av 1800-tallet. I det hjemlige vitenskapelig praksis nevrobiologi oppsto i skjæringspunktet mellom vitenskapen om atferd og nevrofysiologi, og som en selvstendig disiplin begynte nylig å bli nevnt.

Fremveksten og utviklingen av nevrovitenskap

Utvikling av det fysisk-kjemiske grunnlaget for nevrobiologi

Den moderne tiden med å studere hjernens struktur og funksjoner begynte med en rekke oppdagelser på 1800- og 1900-tallet. Representanter og tilhengere av den tyske fysiologiske skolen (G. von Helmholtz, E. Dubois-Reymond, L. Herman, K. Ludwig, K. Bernard, J. Bernstein og andre), grunnlagt i første halvdel av 1800-tallet. J.-P. Müller beviste den elektriske naturen til signaler i nervefibre. I 1902 la Yu. Bernshtein frem den første membranteorien om eksitasjon av nervevev, der han forkynte den avgjørende rollen til kaliumioner. Vi bør hylle en samtidig av J. Bernstein, E. Overton, som i 1902 gjorde en viktig oppdagelse, som er at natrium er nødvendig for å generere eksitasjon i nerven. Resultatene til E. Overton forble imidlertid uten behørig oppmerksomhet fra samtidige. E. Dubois-Reymond og C. Bernard var de første som antydet at signaler i hjernen overføres ved hjelp av kjemikalier. Representanter Russisk vitenskap også gjort en rekke funn innen elektrofysiologi. Således ble V.Yu i 1896. V.V. Pravdich-Neminsky sto ved opprinnelsen til elektroencefalografi: i 1913 registrerte han første gang den elektriske aktiviteten til hundens hjerne fra overflaten av hodeskallen. Den første humane eble oppnådd Østerriksk psykiater G. Berger i 1928. Representanter for den russiske fysiologiske skolen grunnlagt av I.M. Sechenov på 1860-tallet, samarbeidet tett med europeerne, og utvekslet stadig besøk. Mange unge russiske forskere dro for å studere i Europa (hovedsakelig i Tyskland), hvor de deltok i felles forskning.

Grunnlaget for moderne ideer om hjernens struktur og funksjoner er den såkalte "nevrale doktrinen". På slutten av XIX århundre. den italienske nevroanatomen C. Golgi utviklet en metode for å farge nerveceller med sølvklorid (senere ble denne metoden oppkalt etter ham) og fant ut at nervevevet er et intrikat sammenvevd nettverk bestående av individuelle nevroner. Han foreslo at nevronene i nettverket er sammenkoblet av protoplasmatiske forbindelser. Imidlertid beviste den spanske nevroanatomen S. Ramon y Cajal, ved hjelp av Golgi-metoden, at nervesystemet består av diskrete celler (nevroner) som er forbundet med spesialiserte kontakter. Senere kalte den engelske nevrofysiologen C. Sherrington kontaktene mellom nevroner synapser, som siden har blitt nøkkelformasjoner i den påfølgende utviklingen av hjernevitenskap.

Bevis på den kjemiske naturen til synaptisk overføring ble oppnådd parallelt av representanter for to fysiologiske skoler - Kazan (grunnlegger - A.F. Samoilov, Russland, og deretter USSR) og Cambridge (grunnlegger - C. Sherrington, Storbritannia). Oppdagerne av den kjemiske naturen til synaptisk overføring over hele verden regnes som den tyske fysiologen av østerriksk opprinnelse O. Levy og den engelske vitenskapsmannen G. Dale. I 1921 etablerte O. Levy den humorale (kjemiske) overføringen av et nervesignal i det autonome nervesystemet, nemlig den hemmende effekten av nevrotransmitteren acetylkolin på hjertefrekvensen i en frosk under stimulering av vagusnerven. Imidlertid ble det første beviset på humoral overføring oppnådd så tidlig som i 1904 av T. Elliott, som demonstrerte frigjøring og virkning av adrenalin ved aktivering av perifere nerver.

I strid med vitenskapelig etikk er verdens vitenskapelige miljø ufortjent taus om oppdagelsene til russiske forskere A.F. Samoilov og hans studenter A.V. Kibyakov, M.A. Kiselev og I.G. Validov. A.F. Samoilov på 1920-tallet fremme ideer om den kjemiske naturen til overføring av eksitasjon som fra en nerve til skjelettmuskulatur og mellom nerveceller i hele nervesystemet. Han eier prioriterte studier av fenomenet synaptisk forsinkelse og dets temperaturavhengighet i nevromuskulære synapser, noe som indikerer den kjemiske naturen til synaptisk overføring. Dermed utvidet han teorien om kjemisk overføring av eksitasjon fra regionen av det autonome nervesystemet (verk av O. Levy, G. Dale og T. Elliott) til de motoriske nervene. Dette budskapet ble først fremsatt på et møte i foreningen av psykiatere og nevropatologer i 1923. I tillegg har A.F. Samoilov med sin student M.A. Kiselev oppdaget den kjemiske naturen til inhiberingsprosesser. Resultatene av denne studien ble rapportert av ham på XII International Physiological Congress i Stockholm i 1926. A.V. Kibyakov tidlig på 1930-tallet. demonstrerte nevrotransmitterrollen til acetylkolin i synapsene til kattens sympatiske ganglier. IG Validov beviste deltakelsen av kalsiumioner i mekanismen for synaptisk overføring. Han var også den første som beviste deltakelsen av intracellulære kalsiumioner i mekanismen for synaptisk overføring, som bidrar til ledning av eksitasjon fra nerven til muskelen. Resultatene av disse studiene ble rapportert på VII All-Union Physiological Congress i 1948 lenge før publikasjonene til B. Katz og R. Milady på midten av 1960-tallet, som utførte lignende studier.

Cellulære og molekylære mekanismer for eksitabilitet av nerveceller ble avslørt i studier av K. Cole, A. Hodgkin og E. Huxley. I 1939 målte K. Cole for første gang endringer i ionisk ledningsevne i membranen til nevronale prosesser hos virvelløse dyr (gigantiske blekksprutaksoner) under eksitasjonen, og i 1952 registrerte A. Hodgkin og E. Huxley for første gang ionestrømmer i løpet av eksitasjon av membranen og demonstrerte natrium kaliumnaturen til aksjonspotensialer i aksonmembraner. B. Katz gjorde en rekke viktige oppdagelser ved å studere mekanismene for eksitasjon av den nevromuskulære synapsen. Et uvurderlig bidrag til studiet av mekanismene for internuronal signalering ble gitt av J. Eccles. Ionestrømmer under eksitasjon av membranene til kroppene til nevroner hos virvelløse dyr og virveldyr ble først registrert ved Institute of Physiology ved Academy of Sciences of the Ukrainian SSR (USSR) på begynnelsen av 1960-tallet. under ledelse av akademiker P.G. Kostyuk.

I 1979 foreslo J. Eccles å ringe raske effekter"raske" nevrotransmittere ionotropisk, betyr dem direkte påvirkning på ionekanaler i den synaptiske membranen, og de langsomme effektene av "langsomme" nevrotransmittere - metabotropisk, noe som tyder på at de skyldes initieringen av metabolske prosesser (intracellulære signalveier) i cytoplasmaet til det postsynaptiske nevronet. Deretter beskrev P. Greengard intracellulære signalveier med syntesen av en "sekundær messenger" aktivert når dopamin binder seg til postsynaptiske membranreseptorer. Disse metabolske prosessene fører til en endring i permeabiliteten til ionekanaler som kontrollerer nervecellenes eksitabilitet. Senere ble mange komponenter involvert i intracellulære signalveier oppdaget (ulike G-proteiner, enzymer for syntese av sekundære budbringere, kinaser, fosfataser, etc.). I 1976 publiserte B. Sakman og E. Neer en studie av enkeltionekanaler aktivert av acetylkolin i froskemuskelfibre. Senere teknologisk utvikling gjorde det mulig å studere aktiviteten til ulike enkeltionekanaler i cellemembraner. I de siste to tiårene har den utbredte introduksjonen av metoder gjort det mulig å etablere kjemisk struktur mange proteiner involvert i prosessene for intercellulær og intracellulær signalering. Forbedringen av optiske og elektronmikroskopimetoder ved bruk av laserteknologi har gjort det mulig å studere makro- og mikrostrukturgrunnlaget for fysiologien til nerveceller og deres organeller.

Prestasjoner i studiet av det fysisk-kjemiske grunnlaget for nerveprosesser bestemte absolutt utviklingen av forskjellige områder i hjernevitenskapen og beriket ideer om dens hovedfunksjoner: 1) behandling av informasjon om kroppens tilstand og tilstanden til omgivelsene ved hjelp av sensorisk systemer; 2) organisering og implementering av responshandlinger av motoriske systemer; 3) kommunikasjon mellom de sensoriske og motoriske delene av sentralnervesystemet ved assosiative systemer som gir høyere ordens funksjoner (persepsjon, oppmerksomhet, hukommelse, kognisjon, følelser, tenkning og andre).

For tiden er nevrobiologi en høyteknologisk vitenskap som samler prestasjonene til moderne kjemi, fysikk, matematikk og informasjonsteknologi.

Utvikling av ideer om atferd

Ved begynnelsen av XIX-XX århundrer. parallelt med de morfologiske og fysiologiske studiene av nervesystemet falt ideer om atferdsmekanismene fra hverandre. I 1903 I.P. Pavlov proklamerte teorien om betingede reflekser, som er nylig ervervede adaptive atferdshandlinger. Teori om I.P. Pavlova var basert på de filosofiske ideene til R. Descartes om refleksnaturen til adaptive atferdsreaksjoner og I.M. Sechenov om refleksnaturen til mentale prosesser. DEM. Sechenov mente at bevisste og ubevisste aktiviteter er av refleks karakter og at mentale fenomener skyldes fysiologiske prosesser som kan studeres med objektive metoder. Inspirert av ideene til I.M. Sechenov, I.P. Pavlov utviklet et mål fysiologisk metode studier av betingede reflekser og brukte det til indirekte å studere interne prosesser som bestemmer den "mentale" opprinnelsen til ervervede adaptive vegetative reaksjoner. Med navnet til I.P. Pavlova er assosiert med begynnelsen av en objektiv studie av atferdsmekanismene. Utviklingen av en betinget refleks ble tolket av I.P. Pavlov som en assosiasjon av to refleksbuer aktivert av to stimuli - ubetinget og betinget, nemlig to eksitasjonsfokus i hjernen som tilsvarer disse stimuli. For sin tid virket en slik fysiologisk tolkning utvilsomt å være avansert og motarbeidet metoden for subjektiv introspeksjon som ble brukt for å analysere mental aktivitet.

Parallelt innenfor den amerikanske skolen behaviorisme(fra engelsk, oppførsel) utviklet ideer om instrumentell atferd. Mest typiske representanter denne retningen er E. Thorndike, J. Watson og B. Skinner. Særpreget trekk Behaviorisme er en beskrivende karakter av studiet av instrumentelle atferdsreaksjoner, som, i motsetning til Pavlovske tolkninger, ikke påvirker indre (om enn spekulative) moderne posisjoner) mekanismer. Representanter for den nye generasjonen av behaviorister K. Lashley, E. Tolman og W. Hunter, som kaller seg neobehaviorister, vendte seg etter hvert til den nevrofysiologiske tolkningen av instrumentell atferd. Den fysiologiske tolkningen av mekanismene for instrumentell atferd med involvering av konseptuelle refleksbuer ble fremsatt av E. Konorsky, en fremragende student ved I.P. Pavlova.

Blant refleksformene for oppførsel til I.P. Pavlov pekte ut relativt enkle ubetingede reflekser som utgjør det medfødte grunnlaget for nylig ervervede atferdshandlinger. Medfødt komplekse former atferd (instinkter) ble opprinnelig studert av zoologer. I midten av XX århundre. instinktiv atferd har blitt et objekt av vitenskapelig interesse etologi, forkynt av K. Lorenz og N. Tinbergen.

Innenfor psykologiens rammer har det oppstått en annen gren av atferdsvitenskapen, som studerer kognitive, eller "rimelig" oppførsel, kun karakteristisk for dyr med et høyt utviklet nervesystem. Som et resultat av forskning på atferden til sjimpanser, beskrev W. Koehler komplekse atferdsmanifestasjoner (innsikt (eng., innsikt), overføring, generalisering), som ikke krever opplæring og vises første gang. Slike former for atferd manifesteres ikke bare hos høyere primater, men også hos andre pattedyr og til og med hos noen fugler og inkluderer den presserende løsningen av nye oppgaver - forskjellige typer elementære logiske oppgaver, instrumentell aktivitet i en ny situasjon. Dyrenes evne til å løse elementære logiske problemer ble undersøkt av tilsvarende medlem. USSR Academy of Sciences L.V. Krushinsky, som utviklet ideer om elementær rasjonell aktivitet dyr. Han fastslo at muligheten for manifestasjon av elementær rasjonell aktivitet hos dyr avhenger av kompleksiteten i organisasjonen av hjernen. L.V. Krushinsky betraktet de kognitive evnene til noen dyr som fylogenetiske forutsetninger for høyere mentale funksjoner hos mennesker.

Til og med C. Sherrigton, på bakgrunn av sine eksperimenter, hevdet at reflekser ikke reduseres til aktivering av de såkalte refleksbuene, men bør betraktes som en integrert aktivitet av organismen som helhet. PC. Anokhin fremmet konseptet om et "funksjonelt system", som forklarte en adaptiv atferdshandling som et resultat av integrasjonen av spesielle nervøse og humorale mekanismer som inngår i en kompleks koordinert dynamisk interaksjon. PC. Anokhin utvidet prinsippet om "funksjonelt system" til strukturen til enhver målrettet oppførsel.

Med utviklingen av nevrofysiologiske metoder på 1950-60-tallet. de har blitt mye brukt til å studere nevrale mekanismer for atferd. Registrering av den totale elektriske aktiviteten til hjernen og individuelle nevroner ga en ny impuls til utviklingen av ideer om atferdsmekanismene. Integreringen av ulike vitenskapelige felt, samt utviklingen av nye metoder innen nevrobiologi, har betydelig beriket det metodiske grunnlaget for å studere atferdsmekanismene. Oppdagelsen av fenomenet synaptisk plastisitetåpnet for nye muligheter for å forske på nøkkelegenskapen til sentralnervesystemet som ligger til grunn for læring - hukommelse. På begynnelsen av 1970-tallet. T. Bliss og T. Lemo oppdaget endringer i effektiviteten av synaptisk overføring i synapsene i hippocampus til kaninen. Deretter ble slike modifikasjoner av synaptisk overføring også demonstrert i synapsene til andre pattedyrs hjernestrukturer. Lignende fenomener er også funnet i de enkle nervesystemene til virvelløse dyr, spesielt i bløtdyr (verk av E. Kandel). De avslørte fenomenene synaptisk plastisitet i deres tidsmessige dynamikk ble assosiert med ideer om kortsiktig og langtidsminne. Dermed har ideer om hukommelse og dets organisering funnet sin nevrofysiologiske tolkning. Deretter ble synaptiske plastisitetsmodeller brukt i studier av atferdsmekanismer som cellulære analoger av hukommelse og læring, og bekreftet de teoretiske spådommene til nevrofysiologen D. Hebb på slutten av 1940-tallet.

Moderne nevrobiologi som en integrerende vitenskap

Foreløpig er nevrobiologi en tverrfaglig vitenskap som inkluderer noen vitenskapelige områder innen psykologi, medisin, matematikk, informatikk, fysikk, lingvistikk og filosofi. Innenfor rammen av moderne nevrobiologi studeres et bredt spekter av problemer, inkludert ulike tilnærminger til studiet av molekylære, ontogenetiske, strukturelle, funksjonelle, evolusjonære, medisinske og kybernetiske aspekter ved sentralnervesystemet og dets nøkkelrolle i å kontrollere atferden. av organismer. Disse problemene kan studeres ved hjelp av analytiske verktøy for hele komplekset. Biologiske vitenskap inkludert biofysikk, molekylær- og cellebiologi, genetikk, embryologi, anatomi og fysiologi, atferdsbiologi og psykologi. Teknologiene som brukes i nevrovitenskap er ekstremt mangfoldige - fra biofysiske og molekylære metoder for å studere individuelle celler, ionekanaler, membranreseptorer, celleorganeller til visualisering av perseptuelle, integrerende og motoriske prosesser i hele hjernen ved hjelp av magnetisk resonans og positronemisjonstomografi. Nyere teoretiske fremskritt innen nevrovitenskap har gitt impulser til studiet av nevrallignende nettverk, som er grunnlaget for tilnærminger for å skape kunstig intelligens. Nevrobiologiens oppgave er å integrere forskjellig informasjon innhentet på ulike nivåer av analyse av sentralnervesystemets arbeid til en konsistent forståelse av dets struktur og funksjoner. Utvide spekteret av nevrovitenskapelige problemer som involverer et stort antall forskere fra et bredt spekter av vitenskapelige felt i studiet av hjernens arbeid bidro til opprettelsen av spesielle internasjonale vitenskapelige miljøer. For eksempel ble grunnlagt i 1960 Internasjonal organisasjon Brain Studies (International Brain Research Organization), i 1968 - European Society for the Study of the Brain and Behavior (European Brain and Behavior Society), i 1969 - Society for Neuroscience of the USA (Society for Neuroscience, USA).

Grunnleggende om moderne nevrovitenskap

I andre halvdel av XX århundre. Forskning på nervesystemet har fått et betydelig løft fra revolusjonerende fremskritt innen molekylær og cellulær fysiologi, nevrofysiologi og informasjonsteknologi. Som et resultat har vår kunnskap om mikroanatomien og fysiologien til nevroner, molekylære prosesser i deres cytoplasma og organeller, samt internuronal kommunikasjon blitt betydelig beriket. Men rollen til nevrale nettverk i å gi intelligens, tenkning, bevissthet, følelser, organisere målrettet atferd og en rekke andre manifestasjoner av psyken forblir helt ukjent.

Mange morfologiske og funksjonelle typer nevroner og gliaceller. Til tross for at gliaceller først ble beskrevet av R. Virchow så tidlig som på midten av 1800-tallet, forble funksjonene til disse cellene i mange tiår lite studert, og de ble kun tilskrevet en hjelperolle. For tiden har vår forståelse av strukturen og funksjonene til glia utvidet seg betydelig. Det viste seg at gliaceller har mange egenskaper som er iboende i nevroner. Nervesystemet er dannet av nettverk som består av en rekke nevroner og gliaceller. Disse nevrale nettverkene utgjør de primære modulene i nervesystemet som behandler spesifikke typer informasjon. Disse nevrale modulene danner diskrete anatomiske formasjoner i hjernen som utfører spesifikke funksjoner. Nevrobiologi blir bedt om å undersøke funksjonen til slike moduler på flere nivåer - molekylære, cellulære, systemiske og atferdsmessige.

På molekylær nivå innenfor rammen av nevrobiologi studerer de (1) intracellulære mekanismer for syntese av signalmolekyler; (2) intracellulære kaskader initiert av signalmolekyler; (3) mekanismer for integrering av intracellulære hendelser som fører til nevronaktivering med påfølgende frigjøring av nevrotransmittere. På dette forskningsnivået studerer metoder for molekylærbiologi og genetikk prosessene for utvikling og død av nevroner og påvirkningen av genetiske faktorer på de biologiske funksjonene til nevroner. Av spesiell interesse er mekanismene som endrer morfologien, den molekylære identiteten og fysiologiske egenskapene til nevroner, og hvordan slike endringer senere fører til modifikasjoner av ulike atferd. På den annen side er ikke mindre viktige mekanismene som endrer nevronets funksjoner med den individuelle opplevelsen av organismen, og hvordan disse endringene bestemmer prosessene på det fysiologiske og atferdsmessige nivået.

På mobilnettet nivå, studerer de de grunnleggende fysiologiske og elektrokjemiske mekanismene for å behandle forskjellige signaler, som er forskjellige kjemiske og elektriske effekter, samt mekanismene for transformasjon av disse signalene adressert til membranene til dendritter, kropper og aksoner av nevroner. En særegen "nervekode" for hvert nevron er mønsteret av elektriske signaler generert av det og nevrotransmitters spesifisitet. Et annet viktig område innen nevrovitenskap i cellenivå er en studie av utviklingen av nervesystemet. Utfordringer på dette området inkluderer: (1) regional inndeling av utviklende nevralt vev med påfølgende dannelse av spesialiserte strukturer; (2) stamcelleproliferasjon; (3) deres differensiering til forskjellige typer nevroner og gliaceller; (4) neuronal migrasjon; (5) utvikling av prosesser (dendritter og aksoner); (6) trofisk interaksjon av cellene i nervesystemet; og (7) dannelse av synaptiske kontakter.

På systematisk nivå, studerer de hvordan de anatomiske og funksjonelle nevronformasjonene som dannes under utvikling er spesialiserte til å utføre visse funksjoner, som reflekser, sensorisk signalintegrasjon, motorisk koordinasjon, regulering av døgnrytmer, emosjonelle reaksjoner, læring, hukommelse og mange andre. Det er fortsatt et uløselig mysterium hvordan noen nevroner blir følsomme for visuelle og andre for auditive signaler, og hvordan disse nevronene gir oss muligheten til subjektivt å oppleve lys og lyd. Slike problemer ble stilt på midten av 1800-tallet. J.-P. Müller i sin "teori om spesifikk energi". Innenfor rammen av nevroetologi studeres spesifisiteten til nevronpopulasjoner når det gjelder å gi visse atferdshandlinger hos dyr, og innenfor rammen av nevropsykologi studeres rollen til ulike kortikale soner for å sikre mentale funksjoner hos mennesker. Innenfor rammen av nevrobiologi studeres også mekanismene for interaksjon av nervesystemet med det endokrine og immunsystemet.

På kognitive(kognitivt) nivå, de nevrale mekanismene i å gi kognitiv aktivitet i en person. For dette er moderne metoder for å visualisere hjernens tilstand (magnetisk resonans og positronemisjonstomografi), samt tradisjonell elektroencefalografi for å løse komplekse mentale problemer, mye brukt. Hensikten med slike studier er å etablere samsvar mellom de aktiverte områdene i hjernen og mentale prosesser.

Nevrobiologi og medisin. Slike medisinske områder som nevrologi, nevrokirurgi, nevropatologi og psykiatri studerer forstyrrelser i nervesystemets funksjon. Ulike sykdommer er naturlige modeller for hjernedysfunksjoner, hvor studiet bidrar til utvikling av ideer om hjernens funksjoner og måter å behandle disse sykdommene på.

Nevrobiologi og humanitære vitenskaper . Nevrobiologi er nært knyttet til psykologi og sosiologi. Fremskritt innen nevrale nettverksforskning tillater bruk av nevrallignende modeller i økonomi, for å løse kunstig intelligensproblemer og beslutningstaking, og i samfunnsvitenskapene. Prestasjoner av nevrobiologi er også etterspurt i filosofi, som setter oppgaven med å forstå formålet med sinnet. Filosofi prøver å forklare essensen av det mentale ved å sammenligne den filosofiske dyaden "tanke-ide" og den nevrobiologiske dyaden "struktur-funksjon".

Hovedretninger for nevrovitenskap

For tiden er det flere hovedområder innen nevrovitenskap. En slik underinndeling er imidlertid betinget, og i reell vitenskapelig praksis overlapper interesseområdene betydelig.

Molekylær og cellulære nevrovitenskapsmennJeg. Emnet for forskning er: ultrastrukturen til nevroner og gliaceller, proteinmetabolisme, synapser, ionekanaler, aksjonspotensialer og postsynaptiske potensialer, nevrotransmittere, intracellulære signalveier, interaksjon av nerve- og immunsystemet.

Nevrobiologi av atferd. Forskningsemnet er: atferdsgenetikk, biologisk psykologi, regulering av døgnrytmer, nevroetologi, hypothalamus-hypofysemekanismer for atferdsregulering, vedlikehold av homeostase, seksuell dimorfisme, sensoriske systemer, motoriske kontrollsystemer, hormonregulering, avhengighet fra stoffer (for eksempel narkotika og alkohol).

Systemnevrovitenskap. Forskningsemnet er: fysiologi av sensoriske systemer, analyse av komplekse sensoriske spesifikke trekk, fysiologi fremdriftssystemer, sensorisk integrering, smerte og dens følelse, spontan og fremkalt elektrisk aktivitet, funksjonstilstander (søvn, våkenhet, etc.), vedlikehold av homeostase, motivasjon, uspesifikk aktivering ( opphisselse), Merk følgende.

Utviklingsnevrovitenskap. Forskningsemne er: celleproliferasjon i hjernen, nevrogenese, dannelse av nevronale prosesser, nevronmigrasjon, vekstfaktorer, nevrotrofiner, apoptose og anti-apoptose, synaptogenese.

Kognitiv nevrovitenskap. Temaet for forskningen er: frivillig selektiv oppmerksomhet, bevissthet (forståelse), kognitiv kontroll, kognitiv genetikk, beslutningstaking, motivasjoner og følelser, språkfunksjoner, hukommelse, aktivitet, persepsjon, sosiale aspekter.

Teoretisk og beregningsmessig nevrobiologi. Temaet for forskningen er: modellering av generering av nerveimpulser (for eksempel aksjonspotensialer i Hodgkin-Huxley-modellen) og deres ledning langs nerveprosesser (kabelteori), modellering av synaptisk interaksjon og synaptisk integrasjon, nevrale nettverk og deres datasimulering , modellering av læring (for eksempel Hebbs regel).

Nevrobiologi i nevrologi og psykiatri. Temaet for studien er: autisme, demens, Parkinsons sykdom, cerebral apopleksi, perifer nevropati, traumatiske lesjoner i hjernen og ryggmargen, autonome lidelser, psykose, schizofreni, depresjon, angst, avhengighet, hukommelsesforstyrrelser, søvnforstyrrelser.

Anvendt nevrovitenskap. Forskningsemnet er: sensoriske og motoriske nevroproteser, biofeedback, hjerne-datamaskin-grensesnitt.

nevrolingvistikk. Emnet for studiet er: språkfunksjoner, uttrykk for muntlig tale, språktilegnelse, oppfatning av muntlig og skriftlig tale, analyse av syntaktiske konstruksjoner.

Nevroimaging(Engelsk, neuroimaging). Temaet for forskningen er: strukturell og funksjonell visualisering av hjernen.

Disse retningene uttømmer ikke spekteret av problemer som er studert innenfor rammen av moderne nevrobiologi. Noen av retningene overlapper i stor grad hverandre.

Fremtiden for nevrovitenskap (uløste problemer)

Til tross for visse fremskritt innen nevrobiologi, er noen viktige problemer fortsatt uløste og krever videre forskning. De mest fjerntliggende problemløsningsperspektivene gjelder kognitive prosesser. Før moderne nevrobiologi forblir spørsmål om de nevrale mekanismene for bevissthet, søvn, persepsjon, læring og hukommelse, nevroplastisitet og beslutningstaking uløste. Mange uløste spørsmål gjelder utviklingen og utviklingen av nervesystemet. Nevronmekanismene for forekomsten av noen mentalt syk(f.eks. obsessiv-kompulsiv lidelse, schizofreni), Parkinsons sykdom, Alzheimers sykdom, avhengighet.

Nedenfor er bare 10 mystiske egenskaper ved hjernen som må avdekkes i fremtiden:

1. Hvordan er informasjon kodet inn i mønstre av nevral aktivitet?

2. Hvordan lagres og hentes informasjon fra minnet?

3. Hva reflekterer den elektriske bakgrunnsaktiviteten til hjernen?

4. Hvordan simulerer hjernen fremtiden?

5. Hva er følelser?

6. Hva er intelligens?

7. Hvordan er tid representert i hjernen?

8. Hvorfor sover hjernen, og hva er drømmer?

9. Hvordan samhandler de spesialiserte systemene i hjernen med hverandre?

10. Hva er bevissthet?

Nevrovitenskapsmenn jobber konstant tett med forskere fra andre vitenskapelige felt, og suksessen med å løse mange av problemene nevrovitenskapen står overfor avhenger av denne interaksjonen.

Anbefalt lesing

1. Blum F., Leizerson A., Hofstadter L., Brain, Mind, and Behavior, Mir, M., 1988.

2. Nichols J.G., Martin A.R., Wallas B.J., Fuchs P.A. Fra nevron til hjerne, LKI Publishing House, M., 2008.

3. Rose S., Memory Device, From Molecules to Consciousness, Mir, Moskva, 1995.

4. Hubel D. Øye, hjerne, syn, "Mir", M., 1990.

5. Shepherd G. Neurobiology, "Mir", M., 1987.

6. Shulgovskiy VV, Fysiologi av høyere nervøs aktivitet med det grunnleggende om nevrobiologi, Ed. Senter "Academy", M., 2008.

7. Shulgovsky V.V. Grunnleggende om nevrofysiologi, red. "Aspektpresse", M., 2008.

8. Squire. L.R., Berg D., Bloom F.E., du Lac S., Ghosh A., Spitzer N.C. Fundamental Neuroscience, Academic Press, 3. utgave, San Diego, London, 2008.