Основи на неврофизиологията - Shulgovsky V.V. Въведение

Валерий Викторович Шулговски

Основи на неврофизиологията

Учебник за студенти

ВЪВЕДЕНИЕ

Защо един психолог трябва да познава физиологията на мозъка?

Психологията е една от най-старите науки в съвременната система от научно познание. Възникнала е в резултат на самосъзнанието на човека. Самото име на тази наука - психология (psyche - душа, logos - учение) показва, че основната й цел е познаването на душата и нейните проявления - воля, възприятие, внимание, памет и др. Неврофизиологията, специален клон на физиологията, който изучава дейността на нервната система, възниква много по-късно. Почти до втората половина на 19 век неврофизиологията се развива като експериментална наука, основана на изучаването на животни. Наистина, "низшите" (основни) прояви на нервната система са еднакви при животните и хората. Такива функции на нервната система включват провеждане на възбуждане по нервно влакно, преход на възбуждане от една нервна клетка към друга (например нерв, мускул, жлеза), прости рефлекси (например флексия или разширение на крайник) , възприемането на относително прости светлинни, звукови, тактилни и други дразнители и много други. Едва в края на 19 век учените започват да изучават някои от сложните функции на дишането, поддържайки постоянен състав на кръвта, тъканната течност и някои други в тялото. Във всички тези изследвания учените не са открили значителни разлики във функционирането на нервната система, както като цяло, така и на нейни части, при хора и животни, дори и при много примитивни. Например, в ранните дни на съвременната експериментална физиология, жабата беше любима тема. Едва с откриването на нови методи за изследване (предимно електрическите прояви на дейността на нервната система) започна нов етап в изследването на функциите на мозъка, когато стана възможно да се изследват тези функции без разрушаване на мозъка, без намесвайки се във функционирането му, и същевременно изучава най-висшите проявления на неговата дейност - възприятие на сигнали, функции на паметта, съзнанието и много други.

Както вече беше посочено, психологията като наука е много по-стара от физиологията и в продължение на много векове психолозите в своите изследвания не са имали познания по физиология. Разбира се, това се дължи преди всичко на факта, че знанията, които физиологията имаше преди 50-100 години, се отнасяха само за процесите на функциониране на органите на нашето тяло (бъбреци, сърце, стомах и др.), но не и за мозъка. Представите на древните учени за функционирането на мозъка се ограничават само до външни наблюдения: те вярват, че в мозъка има три вентрикула и древните лекари „поставят“ една от психичните функции във всяка от тях (фиг. 1).

Повратна точка в разбирането на функциите на мозъка настъпва през 18 век, когато започват да се произвеждат много сложни часовникови механизми. Например музикалните кутии свиреха музика, куклите танцуваха и свиреха на музикални инструменти. Всичко това доведе учените до идеята, че нашият мозък по някакъв начин е много подобен на такъв механизъм. Едва през 19 век окончателно е установено, че функциите на мозъка се осъществяват на рефлексен принцип. Първите идеи за рефлексния принцип на човешката нервна система обаче са формулирани още през 18 век от философа и математика Рене Декарт. Той вярваше, че нервите са кухи тръби, през които животинските духове се предават от мозъка, седалището на душата, към мускулите. На фиг. 2 показва, че момчето изгори крака си и този стимул задейства цялата верига от реакции: първо „животинският дух“ се насочва към мозъка, отразява се от него и по съответните нерви (тръби) се насочва към мускулите, надува се тях. Тук лесно можете да видите проста аналогия с хидравличните машини, които по времето на Р. Декарт са били върхът на инженерните постижения. Правенето на аналогия между действието на изкуствените механизми и дейността на мозъка е любима техника при описване на мозъчните функции. Например, нашият велик сънародник И. П. Павлов сравнява функцията на мозъчната кора с телефонна централа, където млада дама телефонистка свързва абонатите един с друг. В днешно време мозъкът и неговите дейности най-често се сравняват с мощен компютър. Всяка аналогия обаче е много условна. Няма съмнение, че мозъкът извършва огромно количество изчисления, но принципът на неговата работа е различен от принципите на компютъра. Но да се върнем на въпроса: защо един психолог трябва да познава физиологията на мозъка?

Нека си припомним идеята за рефлекс, изразена през 18 век от Р. Декарт. Всъщност ядрото на тази идея беше признанието, че реакциите на живите организми се причиняват от външни стимули, дължащи се на дейността на мозъка, а не „по волята на Бог“. В Русия тази идея беше приета с ентусиазъм от научната и литературна общност. Върхът на това беше публикуването на известната работа на Иван Михайлович Сеченов „Рефлексите на мозъка“ (1863 г.), която остави дълбока следа в световната култура. Доказателство е фактът, че през 1965 г., когато се навършват сто години от публикуването на тази книга, в Москва се провежда международна конференция под патронажа на ЮНЕСКО, на която присъстват много от водещите световни неврофизиолози. И. М. Сеченов е първият, който напълно и убедително доказва, че умствената дейност на човека трябва да стане обект на изследване от физиолозите.

И. П. Павлов разви тази идея под формата на „учение за физиологията на условните рефлекси“.

Приписва му се създаването на метод за експериментално изследване на „най-високия етаж” на мозъчната кора – мозъчните полукълба. Този метод се нарича "метод на условен рефлекс". Той установи фундаментален модел: представяне на животно (I.P. Pavlov провежда изследвания върху кучета, но това важи и за хората) на два стимула - първо условен (например звук на зумер), а след това безусловен ( например хранене на куче с парчета месо). След определен брой комбинации това води до факта, че когато се приложи само звук на зумер (условен сигнал), кучето развива хранителна реакция (отделя се слюнка, кучето се облизва, скимти, гледа към купата), т.е. се формира хранителен условен рефлекс (фиг. 3). Всъщност тази техника на обучение е известна отдавна, но И. П. Павлов я превърна в мощен инструмент за научно изследване на мозъчните функции.

Физиологичните изследвания, съчетани с изучаването на анатомията и морфологията на мозъка, доведоха до недвусмислен извод - именно мозъкът е инструментът на нашето съзнание, мислене, възприятие, памет и други психични функции.

Основната трудност на изследването е, че психичните функции са изключително сложни. Психолозите изучават тези функции, използвайки свои собствени методи (например чрез специални тестове те изучават емоционалната стабилност на човека, нивото на умствено развитие и други психични свойства). Характеристиките на психиката се изследват от психолог, без да се „свързват“ с мозъчните структури, т.е. психологът се интересува от въпроси организациисамата умствена функция, но не и това как работятотделни части на мозъка, когато изпълняват тази функция. Едва сравнително наскоро, преди няколко десетилетия, се появиха технически възможности за изследване с помощта на физиологични методи (регистриране на биоелектричната активност на мозъка, изследване на разпределението на кръвния поток и т.н., вижте по-долу за повече подробности) на някои характеристики на психичните функции - възприятие , внимание, памет, съзнание и др. Комбинацията от нови подходи към изучаването на човешкия мозък, сферата на научните интереси на физиолозите в областта на психологията, доведе до появата на нова наука в граничната област на тези науки – психофизиология. Това доведе до взаимното проникване на две области на знанието - психология и физиология. Следователно физиологът, който изучава функциите на човешкия мозък, се нуждае от знания по психология и прилагането на тези знания в практическата си работа. Но психологът не може без записване и изучаване на обективни мозъчни процеси с помощта на електроенцефалограми, предизвикани потенциали, томографски изследвания и т.н. Какви подходи за изучаване на физиологията на човешкия мозък са довели учените до съвременното знание?

Текущ напредък в изследването на човешкия мозък

В биологията има принцип, който може да бъде формулиран като принцип на единство на структура и функция.Например функцията на сърцето (да тласка кръв през съдовете на нашето тяло) се определя изцяло от структурата на вентрикулите на сърцето, клапите и т.н. Същият принцип важи и за мозъка. Следователно въпросите за морфологията и анатомията на мозъка винаги са били считани за много важни при изучаването на дейността на този сложен орган.

Хипокампусът се намира в медиалния темпорален лоб. Специално място в системата за свързване на хипокампа заема част от неокортекса в областта на хипокампа (т.нар. енторинален кортекс). Тази област на кората получава множество аференти от почти всички области на неокортекса и други части на мозъка (амигдала, предни ядра на таламуса и др.) И е основният източник на аференти към хипокампуса. Хипокампусът също получава информация от зрителната, обонятелната и слуховата системи. Най-голямата проводяща система на хипокампуса е форниксът, който свързва хипокампуса с хипоталамуса. В допълнение, хипокампусите на двете полукълба са свързани чрез комисура (пластериум).

Увреждането на хипокампуса води до характерни дефицити в паметта и ученето. През 1887 г. руският психиатър С. С. Корсаков описва тежки нарушения на паметта при пациенти с алкохолизъм (синдром на Корсаков). Посмъртно е установено, че имат дегенеративно увреждане на хипокампуса. Нарушението на паметта се проявява във факта, че пациентът си спомня събития от далечното минало, включително детството, но не си спомня какво се е случило с него преди няколко дни или дори минути. Например, той не можеше да си спомни своя лекуващ лекар: ако лекарят излезе от стаята за 5 минути, пациентът не го разпозна, когато го посети отново.

Обширното увреждане на хипокампуса при животни характерно нарушава хода на условнорефлексната дейност. Например, много лесно е да научите плъх да намира стръв в лабиринт с 8 рамена (лабиринтът е централна камера, от която радиално излизат 8 коридора) само във всеки втори или четвърти ръкав. Плъх с повреден хипокампус не усвоява това умение и продължава да изследва всяка ръка.

Неврофизиология на мотивацията

В тялото, под влияние на определена физиологична нужда, се развива емоционално заредено състояние - мотивация.Ефективен метод за изследване на неврофизиологичните механизми на различни мотивации е методът на самостимулация, предложен от американския учен J. Olds (1953).

В различни части на мозъка на плъха се имплантират специални метални електроди. Ако чрез случайно натискане на лост животното извършва електрическа стимулация на собствения си мозък чрез електроди, имплантирани в различни части от него, тогава в зависимост от локализацията на прилагането на тока се наблюдава различен модел на поведение. Когато електродите са разположени в някои мозъчни структури, животното има тенденция да получава многократна стимулация, в други я избягва, а в трети остава безразлично. На фиг. Фигура 4.12 показва експерименталния план за получаване на реакция на самостимулация при плъх. Точките на мозъка, които животните лесно стимулират, положителните зони, са разположени главно в медиалната област на мозъка, простирайки се от ядрата на амигдалата през хипоталамуса до тегментума на средния мозък (фиг. 4.13). В областта на тегментума на средния мозък, задния хипоталамус (рострални мамиларни тела) и септума честотата на самостимулация, например при плъхове, е най-висока и достига 7000 на час. Някои животни натискаха лоста до пълно изтощение, отказвайки храна и вода.

Местата на мозъка, свързани с избягване на стимулация (отрицателни области), са разположени предимно в дорзалния среден мозък и страничния заден хипоталамус. В мозъка на плъховете положителните точки на самостимулация представляват приблизително 35%, отрицателните - 5% и неутралните - 60% (виж фиг. 4.13). Обширна система за положително подсилване включва редица подсистеми, съответстващи на основните видове мотивации - хранителни, сексуални и др. При някои животни гладът се увеличава, а ситостта намалява честотата на самостимулация чрез електроди в хипоталамуса. При мъжките след кастрация честотата на самостимулация на определени точки в мозъка намалява. Прилагането на тестостерон възстановява първоначалната чувствителност към ток. В тези области на мозъка, където гладът увеличава честотата на самостимулация, приложените андрогени я намаляват и обратно.

Изкуствено предизвиканата мотивация е не по-малко ефективна от естествената мотивация, която съответства на основни видове физиологични нужди, като консумация на храна, вода и т.н. В името на "приятната" мозъчна стимулация животните дори издържат на силна болезнена стимулация, насочвайки се към лоста през електрифицирания под на камерата. В същото време остава спорен въпросът дали механизмите на положително подсилване по време на самостимулация съответстват на механизмите на естествената мотивация. Въпреки това е важно, че с определен интензитет на тока, преминал през точките на самостимулация, е възможно да се предизвикат реакции като хранене, пиене, чифтосване и други специфични типове поведение. Локализацията на тези точки, като правило, съвпада с центровете, свързани с контрола на различни видове биологични мотивации. Освен това самостимулацията може да осигури необходимата мотивация на животното да учи. Не е известно как се чувства животното по време на самостимулация. Наблюденията на болни хора с хронично имплантирани в мозъка електроди с цел диагностика и лечение показват, че в някои случаи те изпитват реакции на самостимулация, които често възприемат като облекчаване на стреса, облекчение и т.н. Въпреки това, при някои пациенти желанието за самостимулация е свързано с чувство на удоволствие.

Нашето тяло е постоянно изложено на неблагоприятни ефекти, които могат да бъдат физически по природа. Например силно охлаждане или прегряване на тялото, загуба на кръв и различни наранявания. Неблагоприятните ефекти върху тялото могат да бъдат лишаване от необходимите нужди, като глад, жажда. И накрая, тези въздействия могат да бъдат насочени към психиката, например загуба на близки роднини и приятели, присъствие в присъствието на насилие и др. Оказва се, че въпреки разликите в подобни неблагоприятни въздействия, те предизвикват доста равномерни промени в организма, т.нар. стрес.

Концепцията за стрес е формулирана от канадския учен Ханс Селие през 1936 г. Според тези идеи под въздействието на различни вредни агенти, стресови фактори (студ, токсични вещества в сублетални дози, прекомерно мускулно натоварване, загуба на кръв и др.), възниква характерен синдром, който не зависи от естеството на причината, която го е причинила, се нарича стрес. В своето развитие синдромът преминава през три етапа. В първия - етапи на тревожност -в рамките на 6-48 часа след началото на увреждането се наблюдава бързо намаляване на тимусната жлеза, далака, черния дроб и лимфните жлези, съставът на кръвта се променя (еозинофилите изчезват) и се появяват язви в лигавицата на стомашно-чревния тракт. тракт. Във втория етап - съпротива(стабилност) - секрецията на соматотропни и гонадотропни хормони от хипоталамуса спира, а надбъбречните жлези се увеличават значително. В зависимост от силата на въздействието на този етап или съпротивлението на тялото се увеличава и се възстановява първоначалното състояние, или тялото губи съпротивление, което води до третия етап - етапи на изтощение. Selye счита за стрес като генерализирано неспецифично усилие на тялото да се адаптира към нови условия и поради това се нарича (общ адаптационен синдром).

Стереотипният характер на синдрома се определя от редица нервни и невроендокринни механизми. Най-типичната проява на синдрома се развива в резултат на освобождаването на адренокортикотропен хормон (ACTH) от хипофизната жлеза, който действа върху надбъбречните жлези. Важна роля в развитието на проявите на стрес играе соматотропният хормон, който отслабва ефекта на ACTH. Разязвяването на лигавицата на червата и стомаха при стрес има чисто нервен характер. Този симптом може да бъде индуциран експериментално при животни чрез хронична механична или електрическа стимулация на предния хипоталамус.

Въпроси

1. Функции на нервната автономна система.

2. Симпатикови и парасимпатикови части на нервната система: структура на рефлексните дъги, медиатори, характер на действие.

3. Нервен контрол на хормоналната система.

4. Основни елементи на функционална система.

5. Биологични мотивации за консумация на храна, вода, ярост, размножаване; мозъчни механизми.

Литература

Невроендокринология/Под,изд. А. Л. Поленова. Санкт Петербург, 1993 г.

Ноздрачев А. Д.Физиология на нервната автономна система. М., 1983.

Потьомкин В.В.Ендокринология. М., 1986.

Симонов П.В.Лекции за функционирането на мозъка. М.: IP РАН, 1998.

Шулговски В.В.Физиология на централната нервна система. М.: Издателство Моск. университет, 1997.

Неврофизиологията е дял от физиологията, който изучава функциите на нервната система и невроните, които са нейните основни структурни единици. Тя е тясно свързана с психологията, етологията, невроанатомията, както и много други науки, които изучават мозъка. Това обаче е общо определение. Струва си да го разширим и да обърнем внимание на други аспекти, свързани с тази тема. И има много от тях.

Малко история

През 17-ти век бяха представени първите идеи за такава (все още несъществуваща) научна област като неврофизиология. Развитието му можеше да не се случи, ако не беше натрупването на информация за хистологични и анатомични експерименти в изучаването на нов медицински клон през 19 век - преди това имаше само теории. Първите от които са представени от Р. Декарт.

Вярно е, че първоначално експериментите не бяха особено хуманни. На първо място, учените (C. Bell и F. Magendie) успяха да разберат, че след изрязване на задните гръбначни корени чувствителността изчезва. И ако направите същото с предните, способността за движение ще изчезне.

Но най-известният неврофизиологичен експеримент (който между другото е известен на всеки от нас) е проведен от И. П. Павлов. Именно той откри условните рефлекси, които дадоха достъп до обективното записване на онези нервни процеси, които се случват в кората на главния мозък. Всичко това е неврофизиология. което беше обсъдено сега, беше определено по време на експерименти, проведени в рамките на тази медицинска секция.

Съвременни изследвания

Неврофизиологията, за разлика от неврологията, невробиологията и всички други науки, с които е свързана, има една разлика. И се състои в следното: този раздел се занимава пряко с теоретичното развитие на невронауката като цяло.

В наши дни науката, както и медицината, са стигнали много далеч. И на настоящия етап всички функции на неврофизиологията са изградени върху изучаването и разбирането на интегративната дейност на нашата нервна система. Какво се случва с помощта на имплантирани и повърхностни електроди, както и температурни стимули на централната нервна система.

В същото време продължава развитието на изследването на клетъчните механизми - включва и използването на съвременна микроелектродна технология. Това е доста сложен и труден процес, тъй като за да започне изследването, е необходимо да се „имплантира“ микроелектрод вътре в неврона. Само така те ще получат информация за развитието на процесите на инхибиране и възбуждане.

Електронна микроскопия

Използва се и от учени днес. дава възможност да се изследва как точно се кодира и предава информацията в нашия мозък. Изучени са основите на неврофизиологията и благодарение на съвременните технологии вече има цели центрове, в които учените моделират отделни нервни мрежи и неврони. Съответно днес неврофизиологията е и наука, свързана с кибернетиката, химията и биониката. И напредъкът е очевиден – днес диагностицирането и последващото лечение на епилепсия, множествена склероза, инсулт и заболявания на опорно-двигателния апарат са реалност.

Клинични експерименти

Неврофизиологията на човешкия мозък (както мозъка, така и гръбначния мозък) изследва неговите специфични функции с помощта на електрофизиологични методи за измерване. Процесът е експериментален – само благодарение на външни въздействия може да се постигне появата на евокирани потенциали. Това са биоелектрични сигнали.

Този метод ви позволява да получите информация за функционалното състояние на мозъка и дейността на дълбоките му части, като дори не е необходимо да прониквате в тях. Днес този метод се използва широко в клиничната неврофизиология. Целта е да се получи информация за състоянието на различни сетивни системи като осезание, слух, зрение. В този случай се изследват както периферните, така и централните нерви.

Ползите от този метод са очевидни. Лекарите получават обективна информация директно от тялото. Не е необходимо да се интервюира пациентът. Това е особено полезно в случай на малки деца или хора с увредено съзнание, които поради възрастта или състоянието си не могат да изразят чувствата си с думи.

хирургия

Тази тема заслужава внимание. Има такова нещо като хирургична неврофизиология. Това е, с други думи, "приложната" сфера. Практикува се от неврофизиологични хирурзи, които директно по време на операцията наблюдават как функционира нервната система на пациента. Този процес най-често се придружава от електрофизиологично изследване на определени области на централната нервна система на оперирания пациент. Между другото, това е свързано с широка клинична дисциплина, наречена невромониторинг.

Метод на предизвикан потенциал

Струва си да разкажем за това по-подробно. Неврофизиологията е дисциплина, която ни позволява да открием много важна информация, която може да допринесе за лечението на пациента. И методът на предизвикания потенциал се прилага за визуални, акустични, слухови, соматосензорни и транскраниални функции.

Същността му е следната: лекарят идентифицира и осреднява най-слабите потенциали на биоелектричната мозъчна активност, която е отговор на аферентни стимули. Техниката е надеждна, защото включва използването на единичен алгоритъм за интерпретация.

Благодарение на такива изследвания е възможно да се идентифицират неврологични разстройства в различна степен при пациента, както и нарушения, които засягат сензомоторната кора на мозъка, пътищата на ретината, слуховата функция и др. Освен това, способността да се изчисли ефектът от анестезията върху човешкото тяло е станало реално. Сега, използвайки този метод, е възможно да се оцени комата, да се предвиди нейното развитие и да се изчисли вероятността

Специализация

Неврофизиолозите са не само лекари, но и анализатори. Чрез различни изследвания специалистът може да определи колко силно е засегната централната нервна система. Това дава възможност да се установи точна диагноза и да се предпише компетентно, правилно лечение.

Вземете например обикновено главоболие - то може да бъде следствие от съдови спазми и повишено вътречерепно налягане. Но често това също е симптом на развиващ се тумор или дори конвулсивен синдром. За щастие в днешно време има няколко метода, чрез които лекарите установяват какво точно се случва с пациента. Можем да ви разкажем за тях за последен път.

Видове изследвания

И така, първото е ЕЕГ или реоенцефалография, както го наричат лекарите. Епилепсия, тумори, наранявания, възпалителни и съдови заболявания на мозъка се диагностицират с помощта на ЕЕГ. Показания за реоенцефалография са гърчове, конвулсии, говорене и блуждаене по време на сън, както и скорошно отравяне. ЕЕГ е единственото изследване, което може да се извърши дори ако пациентът е в безсъзнание.

REG (електроенцефалография) помага да се идентифицират причините за съдовите патологии на мозъка. Благодарение на това изследване е възможно да се изследва церебралния кръвен поток. Изследването се провежда чрез преминаване на слаб високочестотен ток през мозъчната тъкан. Препоръчва се при високо или ниско кръвно налягане и мигрена. Процедурата е безболезнена и безопасна.

ENMG е най-новото популярно изследване. Това е електроневромиография, чрез която се изследват лезии, засягащи невромоторния периферен апарат. Показания са миостения, миотония, остеохондроза, както и дегенеративни, токсични и възпалителни заболявания.

Текуща страница: 1 (книгата има общо 17 страници)

Валерий Викторович Шулговски
Основи на неврофизиологията
Учебник за студенти

ВЪВЕДЕНИЕ

Защо един психолог трябва да познава физиологията на мозъка?

И. П. Павлов разви тази идея под формата на „учение за физиологията на условните рефлекси“.

Текущ напредък в изследването на човешкия мозък

Анатомията и морфологията на мозъка е древна наука. Имената на мозъчните структури запазват имената на древните анатоми - Вилизиус, Силвий, Роланд и много други. Човешкият мозък се състои от мозъчни полукълба– най-висшият център на умствената му дейност (виж Приложение 1). Това е най-голямата част от нашия мозък. Диенцефалонсе състои от две неравни части: таламус,който е вид разпределител (колектор) на сигнали, изпратени до области на кората, включително сигнали от органите на зрението, слуха и т.н., и хипоталамус(намира се под таламуса), който „управлява“ вегетативните (осигуряващи „растителния“ живот на нашето тяло) функции в тялото ни. Благодарение на хипоталамуса се случва растежът и съзряването (включително сексуално) на нашето тяло, поддържа се постоянството на вътрешната среда, например поддържане на телесната температура, отстраняване на токсините от тялото, консумиране на храна и вода и много други процеси.

И накрая, задната част на мозъка е заета от мозъчния ствол, който от своя страна се състои от няколко секции: среден мозък, мост и продълговат мозък. Тези структури участват в осъществяването на най-сложните функции на тялото - поддържане на кръвното налягане, дишане, настройване на погледа, регулиране на цикъла сън-бодърстване, в проявата на индикативни реакции и много други. От мозъчния ствол излизат 10 двойки черепномозъчни нерви, благодарение на чиято дейност се осъществяват много функции: регулиране на функциите на сърцето и дишането, дейността на лицевите мускули, възприемане на сигнали от външния свят и вътрешната среда. . Цялото ядро на мозъчния ствол е заето от ретикуларната (мрежеста) формация. Дейността на тази структура определя цикъла сън-бодърстване, нарушаването на нейната цялост води до груби нарушения на съзнанието, които лекарите наричат кома. Над моста е малкият мозък или малкият мозък.

Малък мозъкпри хората (в буквален превод малкият мозък е малкият мозък) се състои от полукълба и червея, който ги свързва. Функциите на малкия мозък са разнообразни, увреждането му причинява нарушения в регулацията на движенията: човек не е в състояние да изпълнява правилната последователност от движения на отделните части на тялото си, при ходене няма време да премести центъра на тежестта, походката му става несигурна, може да падне неочаквано. Най-каудалната (от cauda - опашка, заден отдел) част на ЦНС (централната нервна система) е гръбначният мозък.

Гръбначен мозъкЧовешкият гръбначен стълб се състои от повече от три дузини сегменти и е затворен в гръбначния стълб. Всеки сегмент приблизително съответства на прешлен. Основната функция на гръбначния мозък е да предава сигнали от горните части на централната нервна система към части на тялото, както и да насочва сигнали от съответните части на тялото към горните части на мозъка. Гръбначният мозък също е способен на доста сложни независими дейности. На нивото на гръбначния мозък възникват много сложни автономни рефлекси, които определят уриниране, дефекация, изпотяване, зачервяване на кожата и много други. На нивото на отделните сегменти на гръбначния мозък могат да възникнат рефлекси, участващи в контрола на движенията, например коленни, ахилесови и др. Гръбначният мозък дава началото на автономната нервна система, чиято дейност е много важна за защита организма от неблагоприятни въздействия – студ, прегряване, кръвозагуба и др. П.

Методите за изследване на човешкия мозък непрекъснато се усъвършенстват. По този начин съвременните методи на томография позволяват да се види структурата на човешкия мозък, без да се уврежда. На фиг. Фигура 4 показва принципа на едно от тези изследвания - чрез ядрено-магнитен резонанс.Мозъкът се облъчва с електромагнитно поле с помощта на специален магнит. Под въздействието на магнитно поле диполите на мозъчните течности (например водни молекули) приемат неговата посока. След отстраняване на външното магнитно поле диполите се връщат в първоначалното си състояние и се появява магнитен сигнал, който се регистрира от специални сензори. Това ехо след това се обработва с помощта на мощен компютър и се показва на екрана на монитора с помощта на компютърни графични техники. Поради факта, че външното магнитно поле, създадено от външен магнит, може да бъде направено плоско, такова поле, като вид „хирургически нож“, може да „нареже“ мозъка на отделни слоеве. На екрана на монитора учените наблюдават поредица от последователни „срезове“ на мозъка, без да му причиняват никаква вреда. Този метод дава възможност да се изследват например злокачествени мозъчни тумори (фиг. 5).

Има още по-висока резолюция метод на позитронна емисионна томография(ПОТУПВАНЕ). Изследването се основава на въвеждането на позитронно излъчващ краткотраен изотоп в церебралния кръвоток. Данните за разпределението на радиоактивността в мозъка се събират от компютър за определено време на сканиране и след това се реконструират в триизмерно изображение. Методът позволява да се наблюдават огнища на възбуда в мозъка, например при обмисляне на отделни думи или при произнасянето им на глас, което показва неговата висока разделителна способност. В същото време много физиологични процеси в човешкия мозък протичат много по-бързо от възможностите на томографския метод. В научните изследвания не малко значение има финансовият фактор, т.е. цена на изследването. За съжаление, томографските методи са много скъпи: едно изследване на мозъка на болен човек може да струва стотици долари.

Физиолозите също имат на разположение различни електрофизиологични методи за изследване.Освен това те са напълно безвредни за човешкия мозък и позволяват да се наблюдава хода на физиологичните процеси в диапазона от части от милисекунда (1 ms = 1/1000 s) до няколко часа. Ако томографията е продукт на научната мисъл на 20 век, то електрофизиологията има дълбоки исторически корени.

През 18 век италианският лекар Луиджи Галвани забелязал, че препарираните жабешки бутчета (сега наричаме такъв препарат нервно-мускулни) се свиват при контакт с метал. Историята ни е запазила една легенда: младата красива съпруга на Галвани се разболяла от консумация. Според медицинските предписания от онова време пациентът се нуждае от повишено хранене с бульон от жабешки бутчета. За целта грижовният съпруг приготви много от тези лапи и ги закачи на въже на балкона. Те се люшкаха от лекия вятър и от време на време докосваха медните парапети на балкона. Всеки такъв контакт водеше до свиване на лапата. Галвани направи публично достояние своето забележително откритие, наричайки го биоелектричество.Известно е и името на неговия забележителен противник и сънародник, физикът А. Волта, който представи доказателства, че ток възниква на границата на два метала (например цинк и мед), поставени в солен разтвор. Така Волта твърди, че биоелектричеството не съществува, и като физик той предоставя просто физическо доказателство. Въпреки това Галвани доказа, че жабешкият крак може да се свие без контакт с метал. Той измисли експеримент, който все още се извършва във физиологичните семинари от студенти по медицина и биолози. Опитът е следният. Ако две подготвени жабешки бутчета се поставят едно до друго, тогава коремният мускул на единия крак се срязва със скалпел и нерв от непокътнат нервно-мускулен препарат се приложи бързо към мястото на среза с пинсети, тогава стомашно-чревният мускул ще се свие в този момент . Както често се случва в научни спорове, и двамата учени се оказват прави: Волта изобретява устройство за производство на електрически ток, което първоначално се нарича волтов стълб, а в наше време се нарича галваничен елемент, но името на Волта остава в науката като наименование на единицата за електрическо напрежение - волт.

Нека пропуснем значителна част от историята и се обърнем към 19 век. По това време вече се появиха първите физически инструменти (струнни галванометри), които направиха възможно изследването на слаби електрически потенциали от биологични обекти. В Манчестър (Англия) G. Cato беше първият, който постави електроди (метални жици) върху тилната част на мозъка на кучето и записа колебанията в електрическия потенциал, когато светлината освети очите му. Такива колебания в електрическия потенциал сега се наричат предизвикани потенциалии се използва широко в изследванията на човешкия мозък. Това откритие прослави името на Катон и достигна до нашето време, но съвременниците на забележителния учен дълбоко го почитаха като кмет на Манчестър, а не като учен.

В Русия подобни изследвания са извършени от И. М. Сеченов: той е първият, който регистрира биоелектрични трептения от продълговатия мозък на жаба. Друг наш сънародник, професорът в Казанския университет И. Правдич-Немински, изследва биоелектричните трептения на мозъка на кучето в различни състояния на животното - в покой и при възбуда. Всъщност това са първите електроенцефалограми. Но изследванията, проведени в началото на 20 век от шведския изследовател Г. Бергер, получиха световно признание. Използвайки много по-модерни инструменти, той записва биоелектричните потенциали на човешкия мозък, които сега се наричат електроенцефалограма.В тези изследвания за първи път е регистриран основният ритъм на биотоковете на човешкия мозък - синусоидални трептения с честота 8–12 Hz, наречени алфа ритъм.Това може да се счита за началото на съвременната ера на изследване на физиологията на човешкия мозък (фиг. 6).

Съвременните методи на клинична и експериментална електроенцефалография постигнаха значителен напредък благодарение на използването на компютри. Обикновено няколко десетки чашкови електроди се прилагат върху повърхността на скалпа по време на клиничен преглед на пациент. След това тези електроди се свързват към многоканален усилвател. Съвременните усилватели са много чувствителни и правят възможно записването на електрически трептения от мозъка с амплитуда само няколко микроволта (1 µV = 1/1000000 V). След това доста мощен компютър обработва ЕЕГ за всеки канал. Психофизиологът или лекарят, в зависимост от това дали се изследва мозъкът на здрав човек или пациент, се интересува от много ЕЕГ характеристики, които отразяват определени аспекти на мозъчната активност, например ЕЕГ ритми (алфа, бета, тета и др.) , характеризиращ нивото на мозъчната активност. Пример е използването на този метод в анестезиологията. В момента във всички хирургични клиники в света по време на операции под анестезия, наред с електрокардиограма се записва и ЕЕГ, чиито ритми могат много точно да посочат дълбочината на анестезия и да следят мозъчната дейност. По-долу ще се сблъскаме с използването на метода ЕЕГ в други случаи.

Невробиологичен подход към изследването на човешката нервна система

В теоретичните изследвания на физиологията на човешкия мозък изследването на централната нервна система на животните играе огромна роля. Тази област на знанието се нарича невробиология.Факт е, че съвременният човешки мозък е продукт на дългата еволюция на живота на Земята. По пътя на тази еволюция, която на Земята е започнала преди около 3-4 милиарда години и продължава в наше време, Природата е преминала през много варианти за структурата на централната нервна система и нейните елементи. Например, невроните, техните процеси и процесите, протичащи в невроните, остават непроменени както при примитивните животни (например членестоноги, риби, земноводни, влечуги и др.), И при хората. Това означава, че природата се е спряла на успешен пример за своето създаване и не го е променила в продължение на стотици милиони години. Това се случи с много мозъчни структури. Изключение правят мозъчните полукълба. Те са уникални за човешкия мозък. Следователно един невролог, който има на разположение огромен брой обекти за изследване, винаги може да изучава този или онзи въпрос на физиологията на човешкия мозък, като използва по-прости, по-евтини и по-достъпни обекти. Такива обекти могат да бъдат безгръбначни животни. На фиг. Фигура 7 схематично показва един от класическите обекти на съвременната неврофизиология - главоногите калмари и нервните влакна (така наречения гигантски аксон), върху които са извършени класически изследвания върху физиологията на възбудимите мембрани.

През последните години за тези цели все повече се използват интравитални участъци от мозъка на новородени плъхове и морски свинчета и дори култура от нервна тъкан, отгледана в лаборатория. Какви въпроси може да реши невробиологията с помощта на нейните методи? На първо място, изучаването на механизмите на функциониране на отделните нервни клетки и техните процеси. Например, главоногите (калмари, сепия) имат много дебели, гигантски аксони (500–1000 µm в диаметър), през които възбуждането се предава от цефаличния ганглий към мускулите на мантията (виж фиг. 7). В това съоръжение се изучават молекулярните механизми на възбуждане. Много мекотели имат много големи неврони в нервните ганглии, които заместват мозъка - до 1000 микрона в диаметър. Тези неврони са любими обекти за изследване на функционирането на йонни канали, чието отваряне и затваряне се контролира от химикали. Редица проблеми на прехвърлянето на възбуждане от един неврон към друг се изучават в нервно-мускулния възел - синапс(synapse на гръцки означава контакт); Тези синапси са стотици пъти по-големи от подобни синапси в мозъка на бозайниците. Тук протичат много сложни и не напълно разбрани процеси. Например, нервен импулс в синапса води до освобождаване на химическо вещество, чието действие предава възбуждане на друг неврон. Изследването на тези процеси и тяхното разбиране е в основата на цялата съвременна индустрия за производство на лекарства и други лекарства. Списъкът от въпроси, които съвременната невронаука може да разреши, е безкраен. Ще разгледаме някои примери по-долу.

За записване на биоелектричната активност на невроните и техните процеси се използват специални техники, които се наричат микроелектродна технология. Микроелектродната технология, в зависимост от целите на изследването, има много характеристики. Обикновено се използват два вида микроелектроди: метални и стъклени. Металните микроелектроди често се изработват от волфрамова тел с диаметър 0,3–1 mm. На първия етап се изрязват заготовки с дължина 10–20 cm (това се определя от дълбочината, до която микроелектродът ще бъде потопен в мозъка на изследваното животно). Единият край на детайла се заточва с помощта на електролитен метод до диаметър 1–10 микрона. След щателно измиване на повърхността в специални разтвори, тя се покрива с лак за електроизолация. Самият връх на електрода остава неизолиран (понякога през такъв микроелектрод се пропуска слаб токов импулс, за да се разруши допълнително изолацията на самия връх).

За да се регистрира активността на единични неврони, микроелектродът се фиксира в специален манипулатор, който позволява преместването му в мозъка на животното с висока точност (фиг. 8). В зависимост от целите на изследването, манипулаторът може да бъде монтиран върху черепа на животното или отделно. В първия случай това са много миниатюрни устройства, които се наричат микроманипулатори. Характерът на записаната биоелектрична активност се определя от диаметъра на върха на микроелектрода. Например, с диаметър на върха на микроелектрода не повече от 5 µm, е възможно да се запишат потенциали на действие на единични неврони (в тези случаи върхът на микроелектрода трябва да се доближава до изследвания неврон на разстояние от около 100 µm). Когато диаметърът на върха на микроелектрода е повече от 10 μm, едновременно се записва активността на десетки, а понякога и стотици неврони (умножена активност).

Друг често срещан тип микроелектрод е направен от стъклени капиляри (тръби). За тази цел се използват капиляри с диаметър 1–3 mm. След това на специално устройство, така наречената микроелектродна ковачница, се извършва следната операция: капилярът в средната част се нагрява до температурата на топене на стъкло и се разбива. В зависимост от параметрите на тази процедура (температура на нагряване, размер на нагревателната зона, скорост и сила на разкъсване и др.) се получават микропипети с диаметър на върха до части от микрометъра. На следващия етап микропипетата се напълва с разтвор на сол (например 2M KS1) и се получава микроелектрод. Върхът на такъв микроелектрод може да бъде вкаран вътре в неврон (в тялото или дори в неговите израстъци), без значително да уврежда мембраната му и запазва жизнената му активност. Примери за вътреклетъчен запис на невронна активност са дадени в глава. 2.

Друга област на изследване на човешкия мозък възниква по време на Втората световна война - това невропсихология.Един от основателите на този подход е професорът от Московския университет Александър Романович Лурия. Методът е комбинация от техники за психологическо изследване с физиологично изследване на човек с увреден мозък. Резултатите, получени в такива изследвания, ще бъдат цитирани многократно по-долу.

Методите за изследване на човешкия мозък не се ограничават до описаните по-горе. Във въведението авторът по-скоро се стреми да покаже съвременните възможности за изследване на мозъка на здрав и болен човек, отколкото да опише всички съвременни методи на изследване. Тези методи не са възникнали от нищото – някои от тях имат вековна история, други са станали възможни едва в епохата на съвременните компютри. Докато чете книгата, читателят ще се сблъска с други изследователски методи, чиято същност ще бъде обяснена в хода на описанието.

Въпроси

1. Защо един психолог трябва да познава физиологията на човешкия мозък?

2. Какви са съвременните методи за изследване на физиологията на мозъка?

3. Какво е основанието за изследване на нервната система на животните?

Литература

Ярошевски М. Г.История на психологията. М.: Мисъл, 1985.

Шепърд Г.Невробиология. М.: Мир, 1987. Т. 1, 2.

Лурия А. Р.Етапи от изминатия път (научна автобиография). М.: Издателство Моск. Университет, 1982 г.