%d0%bd%d0%b0%d1%83%d0%ba%d0%b0%20%d0%be%20%d1%81%d1%82%d1%80%d1%83%d0%ba%d1%82%d1%83%d1%80%d0%b5%20%d0%b8%20%d1%84%d1%83%d0%bd%d0%ba%d1%86%d0%b8%d1%8f%d1%85%20%d0%bd%d0%b5%d1%80%d0%b2%d0%bd%d0%be%d0%b9%20%d1%81%d0%b8%d1%81%d1%82%d0%b5%d0%bc%d1%8b — с русского на все языки
Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский
Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский
Неврология общая — Клиника Мельниковой Е. А.
Нейрофармакология — пункт фармакологии и неврологии исследует воздействие лечебных препаратов на нервную систему. Интерес в местной диагностике недугов головного мозга имеют технологии, разрабатываемые надлежащими разделами медицинской неврологии, которые представлены первостепенными ориентациями деятельность нашего центра:
Неврология детская — наука о структуре и функциях нервной системы, исследующая закономерности созревания нервной системы, способы ее изучения, а кроме того неврологические болезни у детей;
Неврология когнитивная — предмет, исследующая более трудные, высочайшие кортикальные функции головного мозга, нужные с целью реализации процесса рационального познания общества.
К подобным функциям принадлежат оценка данных, её исследование и переработка, сохранение сведения и предоставление сведении;
Неврология афазиология — дисциплина, исследующая этиологию, патологию, тяжелые проявления, отличительную диагностику, технологии излечения и профилактику расстройств речи, которая проявляется в потере возможности использовать слова как средство выражения мысли в силу поражения некоторых полос коры головного мозга;
Эпилептология — междисциплинарный предмет, объединяющий всевозможные нюансы неврологии, педиатрии, психиатрии, нейрохирургии, нейрофизиологии, нейрорадиологии, клинической фармакологии, нейропсихологии и социальной медицины;
Нейроофтальмология — рубрика невропатологии и офтальмологии, исследующая связи поражений основной нервной системы и разных звеньев визуального анализатора;
Нейроиммунология — предмет, темой исследования которого являются взаимоотношения нервной, эндокринной и иммунной функций мозга;
Нейропсихология — исследует взаимосвязь психических процессов, происходящих в разных отделах головного мозга;
Нейрореабилитация — работа, проводимая с целью восстановить функции человека после перенесенного заболевания нервной системы и опорно-двигательного аппарата. Она включает также полное восстановление физического, психического и социального статуса неврологических больных и исключение инвалидности. Если инвалидность наступает, то больному оказывается нейрореабилитация в целях развития физической, психической, профессиональной, социальной и экономической полноценности.
В клинике Мельниковой Е.А работают высококвалифицированные специалисты и разработаны различные авторские схемы лечения неврологических нарушений, доказавшие свою эффективность временем. К нам Вы можете обратиться за квалифицированной медицинской помощью и составить грамотный план лечения.
Записывайтесь на консультацию к неврологу, либо на полноценный курс лечения.
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА КАФЕДРЫ С первых дней существования кафедры научно-исследовательская работа являлась неотъемлемым звеном в становлении и развитии её кадрового потенциала. Наука на кафедре всегда играла важнейшую роль и в адаптации современных педагогических идей и образовательных технологий к новым условиям учебного, воспитательного и тренировочного процессов. История кафедры помнит всех ярких учёных и практиков сферы физической культуры, работающих в разные годы в ЧелГУ и внёсших свой вклад в становление и развитие теории и методики физического воспитания, спортивной тренировки, адаптивной физической культуры и оздоровительных технологий. С момента
основания и по настоящее время кафедра тесно сотрудничает с ведущими
научно-образовательными центрами и научными школами отечественной и мировой спортивной
науки. Одним из первых научных руководителей на кафедре был корифей спортивной
педагогики, один из самых известных в мире советских и российских учёных в области теории и методики
физического воспитания, физической культуры и спорта, – Заслуженный деятель науки России (1984),
Почетный доктор Германской высшей школы физической культуры (1985), доктор
педагогических наук (1965), профессор (1967) Лев Павлович Матвеев, г. Москва, 1999 год Заслуженный деятель науки России (1984), Почетный доктор Германской высшей школы физической культуры (1985), доктор педагогических наук (1965), профессор (1967), заведующий кафедрой теоретико-методических основ физкультуры и спорта Российской государственной академии физической культуры Исследуя различные аспекты управления спортивным совершенствованием
спортсменов-игровиков, Л.П.Матвеев со своим учеником, вторым заведующим
кафедрой физического воспитания и спорта ЧелГУ Ахмедзяновым Михаилом Галимзяновичем (14.04.1940-11.02.2008 гг.), на базе нашего университета
и Государственного центрального ордена Ленина института
физической культуры (г. Москва), провели серьёзный цикл научно-педагогических
исследований, по результатам которых в 1979 году М.Г.Ахмедзяновым была защищена
диссертация на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальности
13.00.04 – теория и
методика физического воспитания и спортивной тренировки (включая методику
лечебной физкультуры) на тему: Ахмедзянов Михаил Галимзянович (14.04.1940-11.02.2008 гг.) Кандидат педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой физического воспитания и спорта ЧелГУ с 1988 по 2002 годы В результате научных исследований М.Г.Ахмедзянова объективно было доказано, что: 1) использование на тренировках хоккеистов неспецифических нагрузок аэробной направленности в соревновательном периоде подготовки позволяет избежать снижения тренированности спортсменов 15-16 лет, защищает от «перетренировки», создает условия для применения хоть и напряженных, но высокоинтенсивных нагрузок; 2) результативность соревновательных технико-тактических действий определяется и достигается созданием на тренировочных занятиях условий, адекватных характеру и уровню физической и психической напряженности соревнований; 3) соревновательный период (по длительности) должен состоять из ряда мезоциклов, в структуре которых отдельные микроциклы могут носить «поддерживающий», «развивающий», «модельно-соревновательный» и «разгрузочный» характер. Не менее яркий след в развитии науки на кафедре оставил заведующий кафедрой с 2002 по 2008 годы, Заслуженный работник физической культуры России, судья Олимпийской категории по дзюдо, обладатель 5 дана по дзюдо, к.п.н., доцент,
Перевозников Александр Сергеевич, к.п.н., доцент Заведующий кафедрой с 2002 по 2008 годы, Заслуженный работник физической культуры России, судья Олимпийской категории по дзюдо, обладатель 5–ого дана по дзюдо
1) разработана программа начальной подготовки юных дзюдоистов с оздоровительной направленностью. В отличие от ныне действующих программ ее содержание усилено за счет дополнительного включения средств и методов лечебной физической культуры, введения направленных корригирующих упражнений, обеспечивающих оздоровительный эффект тренировки. Для интеграции упражнений общеразвивающей и лечебной физической культуры усовершенствованы разделы программы, объединенные элементами композиционного планирования, механизм действия которого заключается в постоянном сопоставлении достигнутых фактических величин с заданными возрастными нормами здоровья детей. Доказана возможность и эффективность использования композиционного планирования в программно-методическом обеспечении начальной подготовки юных дзюдоистов. 2) предложена методика начальной подготовки в борьбе дзюдо, основанная на использовании, наряду с общеразвивающими упражнениями, средств лечебной физической культуры для коррекции индивидуальных нарушений осанки, опорно-двигательного аппарата, повышения уровня морфофункциональных показателей и физической подготовленности занимающихся. Применение заранее заданных и подобранных средств позволяет с помощью педагогических воздействий корректировать исходные индивидуальные данные до заданных норм показателей здоровья детей. На кафедре в разные годы работали люди, сделавшие не только существенный вклад в науку, но и определившие ход и традиции научной мысли в ЧелГУ на долгие годы вперёд. К таким учёным относится Почетный работник высшего профессионального образования, действительный член академии МАЭН, член-корреспондент РАЕН, д.б.н., профессор Попова (Алфёрова) Татьяна Владимировна (р. 24.03.1941 г.). Татьяна Владимировна закончила Челябинский государственный медицинский институт по специальности «лечебное дело» (1965). В 1974 г. защитила диссертацию на соискание учёной степени кандидата медицинских наук по специальности 14.00.17 – нормальная физиология по теме «Онтогенетические особенности развития процессов утомления и восстановления работоспособности человека после дозированной мышечной деятельности» (Челябинск, 1974 год). В 1990 г. Т.В.Попова защитила диссертацию на соискание учёной степени доктора биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология человека и животных по теме «Возрастные особенности адаптации сердечно-сосудистой системы к локальной мышечной деятельности» (Челябинск, 1990 год). В настоящее время Татьяна Владимировна работает профессором на кафедре «Организация и технология питания» в ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ), где руководит аспирантурой и докторантурой, развивая научное направление в области исследования возрастных особенностей психофизиологической адаптации человека.
Почетный работник высшего профессионального образования, действительный член академии МАЭН, член-корреспондент РАЕН, награждена нагрудным знаком «За милосердие и благотворительность» Министерства образования и науки РФ Плодотворно занимаясь научным исследованием прикладных проблем психофизиологии безопасности, изучая вопросы возрастных особенностей адаптации человека, Т.В.Попова стала автором свыше 250 научных работ и публикаций. Среди них: монографий – 5, учебных пособия с грифом Минобрнауки России – 1, других учебных пособий – 15, патентов России – 4, свидетельств на компьютерные программы – 2. Сегодня Попова Татьяна Владимировна автор целого ряда авторских курсов и научно-образовательных программ:
Татьяна Владимировна очень авторитетный и активный научный и общественный деятель. Она председатель правления городской общественной организации «Волонтеры хосписа»; член редколлегии издающегося в г.С-Петербурге и известного в России и мире научного периодического журнала «Вестник психофизиологии»; член диссертационного совета Д 212.295.03 в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»; член координационного совета женщин при администрации г. Челябинска; Лауреат регионального звания «Человек года – 2000 г.» в номинации «Научная деятельность»; награждена грамотой губернатора Челябинской области. Весомый вклад в развитие науки на кафедре внёс профессор кафедры, к.п.н., доцент Рыбаков Владимир Витальевич (р. 13.11.1951 г.). Владимир Витальевич работал на кафедре с 2002 по 2013 годы. В 1974 году он с отличием окончил Челябинский филиал Омского государственного института физической культуры. В 1980 году окончил аспирантуру Ленинградского государственного научно-исследовательского института физической культуры. В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.04 – теория и методика физического воспитания и спортивной тренировки (включая методику лечебной физкультуры) на тему «Методика воспитания специальной выносливости при различных вариантах сочетания тренировочных нагрузок в днях микроцикла» под научным руководством к.п.н., доцента Евгения Александровича Грозина (Ленинград, 1983 год), В.В.Рыбаков впервые показал, что проблему воспитания локальной выносливости можно рассматривать как минимум с двух взаимосвязанных сторон: а) с развития силовых способностей основных мышечных групп и б) с развития способности к длительному поддержанию высоких или оптимальных усилий из чего, собственно по мнения В.В.Рыбакова и должен складывается спортивный результат на тех дистанциях, на которых существенное значение имеет такое физическое качество, как выносливость. Таким образом, к стратегии воспитания локальной выносливости в циклических видах спорта (ЦВС) В.В.Рыбаков отнёс применение тех средств и методов, которые направлены на улучшение: 1) силовых возможностей основных мышечных групп спортсменов в различных вариантах их проявлений, а именно: а) максимальной силы в статическом или динамическом режимах; б) взрывной силы и других проявлений скоростно-силовых возможностей; в) силовой выносливости в динамических циклических упражнениях, сходных по биомеханическим параметрам с соревновательной локомоцией. 2) выносливости мышц, проявляемой в основной соревновательной локомоции при различной интенсивности работы (от спринта до умеренной мощности). Такое понимание позволило В.В.Рыбакову выйти на психолого-педагогическое решение задач: 1) определения рационального соотношения объемов средств силовой направленности с другими средствами подготовки, в частности – аэробными; 2) выявления оптимального распределения средств силовой направленности в рамках одного занятия и микроцикла, как основных единиц и составляющих многолетней подготовки спортсменов; 3) сопряжения решения задач технической и специальной силовой подготовки. Диссертационные исследования В.В.Рыбакова достоверно показали, что максимальная сила наиболее эффективно улучшается при использовании изометрического, концентрического, эксцентрического режимов работы мышц, метода электростимуляции, применяемых по методу повторных максимальных усилий. Величина нагрузки (ВН) – 85–130 % от МПС, количество повторений (КП) в подходе 1–5, число подходов (ЧП) – 3–10, интервал отдыха (ИО) между подходами – 3–5 минут. В.В.Рыбаков также доказал и то, что если в тренировке стоит задача увеличения не только мышечной силы, но и мышечной массы (гипертрофии мышечных волокон (МВ)), то мышечные нагрузки должны дополняться повторным и/или повторно-серийным упражнениями. Эти упражнения наибольшей эффективности достигают при уменьшении ВН до 70–85 %, ИО между подходами до 30–120 секунд и увеличении КП до 8–12, ИО между сериями – 5–10 минут. Дальнейшие исследования В.В.Рыбакова и его учеников раскрыли интегративно-научный характер сделанных им 1983 году выводов. Так в работах 90-х годов прошлого столетия В.В.Рыбаков в соавторстве показал, что перечисленные им в диссертации методы должны способствовать повышению частоты разрядов α-мтоонейронов, совершенствовать способность к синхронизации работы отдельных двигательных единиц (ДЕ) мышцы и произвольной мобилизации большего их числа, способствовать гипертрофии мышечных волокон и совершенствовать координацию в работе мышц синергистов и антагонистов. В совместных работах с д.п.н., профессором Леонидом Михайловичем Куликовым, и общими с ним учениками, В.В.Рыбаков доказали, что основным методическим требованием к совершенствованию силовой выносливости применительно к коротким дистанциям в ЦВС является увеличение мощности рабочего усилия в каждом цикле движений за счет такого подбора временных и амплитудных характеристик, при которых достигается наибольшая мощность работы сократительного аппарата мышц. Это требование реализуется примерно при 40 % от максимальной скорости ненагруженного сокращения мышцы, поэтому в таких ЦВС как велосипедный, легкоатлетический спринт, плавание — скорость сокращения мышц при выполнении специальных упражнений ниже соревновательной, а в гребле – выше.
Профессор кафедры физического воспитания и спорта, работал с 2003 по 2013 годы, награждён нагрудным знаком «Отличник физической культуры и спорта» В годы первого десятилетия XXI века проблема воспитания выносливости отчетливо поставлена в новом ракурсе работ В.В.Рыбакова и его учеников. Раскрыта актуальность и своевременно поднята проблема педагогической ёмкости в решении проблем моделирования интенсификации современных нагрузок в спорте, проведен анализ медико-биологических аспектов понимания самого термина «тренированности», связанной с ростом и развитием мышц на основе современного понимания биологических закономерностей функционирования нервно-мышечного аппарата и разной стратегии адаптации организма спортсменов к физическим нагрузкам. Так, в настоящее время профессором В.В.Рыбаковым и его учениками предпринимаются попытки обобщить имеющиеся данные и представить их в виде некоторой системы взглядов, касающихся: — меняющейся значимости (благодаря фармакологии) мышечных компонентов для выносливости в циклических видах спорта; — оптимального места тренировки локальной выносливости в системе подготовки спортсменов; — открытия новых лимитирующих факторов работоспособности в циклических видах спорта; — поиска инновационных средств и методов, определяющих скорость и качество развития специальной выносливости. Сегодня стаж работы В.В.Рыбакова в высших учебных заведениях – более 40 лет, он автор свыше 250 научных работ и публикаций, из них 17 монографий и 24 пособий. Одними из наиболее востребованных монографий В.В.Рыбакова с соавторами можно назвать работы: «Интеллектуальный вектор развития спортивной культуры» (Челябинск, 2001 г.), «Управление спортивной подготовкой: теоретико-методологические основания» (Челябинск, 2003 г.), «Двигательная активность и здоровье подрастающего поколения» (Челябинск, 2009 г.), «Спортивная подготовка: состояние, проблемы, направления модернизации» (Челябинск, 2012 г.). Владимир Витальевич активно работает по двум очень важным для образования и спорта научным направлениям: «Развитие и модернизация оздоровительного потенциала двигательной активности человека» и «Инновационное обновление содержания и методов подготовки спортсменов высокого класса и спортивного резерва России». Оба направления научной деятельности В.В.Рыбакова неоднократно поддерживались внутривузовскими и внешними грантами. По материалам этих исследований вузом систематически издавались пособия и монографии. Результаты научных работ В.В.Рыбакова с соавторами легли в основу практических рекомендаций по формированию навыков здорового образа жизни студентов «Если хочешь быть здоров (Введение в здоровый образ жизни)» (Челябинск, 2008 г.) и «Физическая культура в системе образования студентов» (Челябинск, 2012 г.). С 2010 по 2013 годы на кафедре работала к.б.н., доцент кафедры Стадник Ольга Степановна (р. 12.06.1968 г.). В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология на тему «Функциональные изменения в организме детей при адаптации к обучению в начальной школе» под научным руководством д.б.н., профессора Татьяны Владимировны Поповой (Челябинск, 2006 год), О.С.Стадник впервые определила особенности адаптационных изменений функций сердца и нейродинамики у школьников 1-3-х классов, разного пола и успеваемости по образовательной программе Л.В. Занкова и программе «Школа – 2100». Так, у детей, обучающихся по программе Л.В. Занкова, адаптационные изменения выражаются в высоких значениях амплитуды моды и индекса напряжения в структуре сердечного ритма. Для детей, обучающихся по программе Л.В. Занкова также характерны: медленноволновая активность в спектре кардиоинтервалов, реакция «напряжения адаптации» на локальную мышечную нагрузку, наличие дельта-ритма на электроэнцефалограмме, высокая подвижность и утомляемость нервных процессов относительно, чем у группы учащихся, обучающихся по программе «Школа – 2100». Таким образом, О.С. Стадник: 1) изучила динамику функционального состояния сердечно-сосудистой и центральной нервной системы у школьников 7-10 лет в процессе обучения по разным образовательным программам; 2) описала особенности адаптационных реакций сердца обследуемых на локальную мышечную нагрузку статического характера; 3) выявила специфику психофизических функций у школьников 1-3-х классов с трудностями обучения. В результате исследований О.С. Стадник было установлено, что при обучении по программе Л.В. Занкова наибольших успехов достигли дети с выраженной активностью симпатического отдела нервной системы. По образовательной программе «Школа – 2100» — дети с умеренной активностью симпатического отдела нервной системы показывали схожие успешные результаты, что и респонденты, обучающиеся по программе Л.В. Занкова. В обеих группах наблюдения были выявлены и схожие по динамике сезонные изменения адаптационных реакций на локальную нагрузку, свидетельствующие об общем характере нарастания утомления у детей в весенний период. Дальнейшие научные работы О.С. Стадник показали, что: 1) адаптационные изменения в организме школьников первых трёх лет обучения имеют особенности не только по половому признаку, но и по признакам: успеваемости, сезонности, содержания образовательных программ. Наиболее напряжённая адаптация наблюдается у школьников, обучающихся по программе Л.В. Занкова. При этом такая напряжённость у этих детей наблюдается уже с первого года обучения. Тогда как у обучающихся по программе «Школа – 2100» напряженность начинает нарастать только на втором годе обучения и значений контрольной группы достигает лишь к концу второго года; 2) адаптационные изменения у школьников 1-3-х классов выражаются в высоких значениях амплитуды моды и индекса напряжения в структуре сердечного ритма. Для детей, обучающихся по программе Л.В. Занкова также характерны: медленноволновая активность в спектре кардиоинтервалов, реакция «напряжения адаптации» на локальную мышечную нагрузку, наличие дельта-ритма на электроэнцефалограмме, высокая подвижность и утомляемость нервных процессов относительно, чем у группы учащихся, обучающихся по программе «Школа – 2100»; 3) при обучении в классах выравнивания по обоим программам, – повышение напряжения центральных механизмов регуляции функций сердца отмечается уже в первый год обучения. Во втором и третьем классах отмечается снижение активности симпатических и увеличение парасимпатических влияний на сердце подавляющего большинства обследованных детей. Мутовкина Татьяна Геннадьевна (р. 09.01.1968 г.), к.м.н., доцент, работала на кафедре внутренним совместителем с 2007 по 2013 годы. Татьяна Геннадьевна – известный в г.Челябинске специалист по неврологии, лечебной и оздоровительной физической культуре, массажу, мануальной терапии, восстановительной медицине, адаптивной физической культуре. Широко известны научные работы Татьяны Геннадьевны и по педагогике и психологии высшей школы. Мутовкина Татьяна Геннадьевна, к.м.н., доцент, профессор Российской академии естествознания (2013)
Татьяна Геннадьевна в 1990 году окончила Челябинский государственный медицинский институт (ныне – Южно-Уральский государственный медицинский университет) по специальности «Лечебное дело». С 1993 года начала профессиональную деятельность в должности преподавателя на кафедре «Спортивная медицина и лечебная физкультура» в Челябинском государственном институте физической культуры (ныне – Уральский государственный университет физической культуры). В 1998 году защитила кандидатскую диссертацию на соискание учёной степени кандидата медицинских наук по специальностям 14.00.16. – патологическая физиология и 14.00.13. – неврология на тему «Патогенетическая роль нарушений системной гемодинамики при детском церебральном параличе» под научным руководством д.м.н., профессора Ильи Анатольевича Волчегорского и д.м.н., профессора Юрия Степановича Шамурова (Челябинск, 1998 год). В своей диссертационной работе Т.Г.Мутовкина впервые организовала и провела комплексное исследование нарушений системной гемодинамики, функций внешнего дыхания (ФВД), системы крови, психоневрологических сдвигов и признаков висцеральных расстройств при детских церебральных параличах (ДЦП). Ею установлена прямая зависимость выраженности расстройств центральной гемодинамики от положения тела ребенка с ДЦП. В ходе исследований Т.Г.Мутовкиной впервые выявлены энзимологические признаки паренхиматозного поражения печени, а также установлен факт снижения фильтрационной функции почек при ДЦП. Второй ключевой особенностью исследований Т.Г.Мутовкиной явился факт выявления и описания гематологических признаков стресса при ДЦП. Было установлено, что целенаправленное снижение психоэмоционального стресса при ДЦП способствует нормализации кровообращения, увеличению устойчивости к гипоксии и смягчению неврологической симптоматики. Впервые показаны издержки консервативного лечения, которые проявляются признаками слабовыраженного реперфузионного повреждения печени. В результате активного внедрения результатов исследования Т.Г.Мутовкиной в практику, ею была предложена и апробирована комплексная методика релаксационной телесно ориентированной мануальной терапии (РТМПТ), которая направлена на одновременное достижение анксиолитического эффекта и непосредственной релаксации скелетной мускулатуры детей с ДЦП. Организованные и проведённые исследования доказали, что: 1) ДЦП сопровождается развитием гипокинетических сдвигов центральной гемодинамики на фоне децентрализации кровотока. Выраженность нарушений системной гемодинамики зависит от положения тела и является важным фактором развития гипоксии у детей; 2) церебральный паралич характеризуется паренхиматозным поражением печени, нарушением фильтрационной функции почек, эозинопенией, нейтрофиллезом, тромбоцитопенией и развитием слабовыраженной гиперхромной анемии; 3) патогенез дисциркуляторных и гипоксических расстройств при ДЦП во многом связан с высоким уровнем психоэмоционального стресса. Целенаправленная психотерапевтическая коррекция степени психоэмоционального напряжения способствует относительной нормализации кровообращения, улучшению фильтрационной функции почек и смягчает выраженность неврологической симптоматики при ДЦП. Дальнейшие исследования Т.Г.Мутовкиной, в том числе в период работы в ЧелГУ, углубили теоретическое понимание изучаемых проблем и расширили их практическую значимость. В частности было доказано, что: 1) распространенные спастические парезы при ДЦП сопровождаются гипокинетическими сдвигами центральной гемодинамики на фоне уменьшения рефлекторной вазоконстрикции в нижних конечностях при активном ортостазе; 2) спастические расстройства дыхательной мускулатуры при ДЦП сопровождаются нарушениями внешнего дыхания, что проявляется снижением ЖЕЛ; 3) дисциркуляторные расстройства при ДЦП сопровождаются развитием стресса, снижением толерантности к гипоксии, накоплением молочной кислоты в крови, нарушением фильтрационной функции почек, а также энзимологическими признаками повреждения печени и мышц. Совокупность перечисленных сдвигов свидетельствует о развитии комбинированной (циркуляторной и респираторной) гипоксии при ДЦП; 4) ДЦП характеризуется сниженным содержанием переокисленных липидов в крови и гематологическими признаками адаптации к хронической гипоксии; 5) включение анксиолитической психотерапии в схему комплексного консервативного лечения ДЦП способствует уменьшению психологических проявлений стресса, нормализации центральной гемодинамики, ЖЕЛ, фильтрационной функции почек, нарастанию устойчивости к гипоксии и смягчению неврологической симптоматики. Много научных и научно-методических работ Татьяна Геннадьевна сделала совместно со своим отцом, одним из основателей спортивной медицины и адаптивной физической культуры на Урале, большим другом и, для многих на нашей кафедре, учителем – с Заслуженным работником физической культуры России, д.м.н., профессором Шориным Геннадием Александровичем. Память об этом удивительном человеке, блестящем руководителе, настоящем учёном и общественном деятеле бережно хранится в наших сердцах. Сегодня Т.Г.Мутовкина – автор свыше 57 научных работ и публикаций, из них: 3 монографии, 5 учебных и методических пособий. Под ее руководством были подготовлены и защищены 2 кандидатские диссертации. В настоящее время Татьяна Геннадьевна работает над докторской диссертацией по проблеме расширения двигательного потенциала детей с различными проявлениями детского церебрального паралича, ведёт активную общественную и просветительскую работу. С 2010 по 2013 годы внешним совместителем на кафедре работала Перепелюкова Елена Викторовна (р. 23.12.1966 г.), к.п.н., доцент. В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.04 – теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры на тему «Оптимизация психофизиологического состояния студенток-первокурсниц специальной медицинской группы в процессе занятий оздоровительным шейпингом» под научным руководством д.п.н., профессора Владимира Ильича Сивакова (Тюмень, 2005 год), Е.В.Перепелюкова: 1) экспериментально обосновала методику физического воспитания студенток-первокурсниц специальной медицинской группы, основанную, во-первых, на дифференциации содержания и организации учебно-воспитательного процесса в зависимости от общего состояния их здоровья, физкультурных потребностей, текущего психофизиологического состояния; во-вторых, на комплексном решении оздоровительных, образовательных, развивающих, воспитательных и коррекционных задач; в-третьих, на дозировании физических нагрузок оздоравливающей и сберегающей групп в процессе использования средств и методов оздоровительного шейпинга, дыхательной гимнастики, сюжетно-музыкальных игр, аутосуггестии, релаксации, функциональной музыки, способствующих оптимизации психофизиологического и функционального состояния, психических свойств; 2) исследовала педагогический потенциал оздоровительного шейпинга как вида двигательной деятельности, позволяющего не только строго регламентировать физические нагрузки для лиц с ослабленным здоровьем, но и создать благоприятный эмоциональный фон за счет музыки, что достоверно способствовало повышению мотивации девушек к занятиям физической культурой, оптимизации их психофизического состояния, позитивной динамике психических свойств и социальной адаптации студенток в начальный период обучения в вузе; 3) определила критерии эффективности физического воспитания студенток-первокурсниц, занимающихся в специальной медицинской группе по авторской методике, которыми являются: благоприятное психофизиологическое и эмоциональное состояние занимающихся; осознанная, значимая и действенная мотивация занятий; физкультурно-оздоровительная двигательная активность; позитивные изменения в самооценке и в динамике личностных свойствах девушек. С помощью материалов своих исследований Е.В.Перепелюкова так же установила, что фазами психофизиологического стресса у студенток-первокурсниц с ослабленным здоровьем при продолжительности ОМЦ 21 день являются предменструальная, менструальная и постменструальная фазы; при ОМЦ 28 дней — менструальная, овуляторная и постовуляторная фазы; при ОМЦ 30 и 36 дней — менструальная и овуляторная фазы; при ОМЦ 32 дня — менструальная и постменструальная фазы; у девушек с нерегулярным ОМЦ — предменструальная и овуляторная фазы. Данные факты конкретизируют как теоретические, так методические аспекты практики адаптивной и оздоровительной физической культуры положениями, раскрывающими целесообразность учета не только двигательных и физкультурных потребностей девушек-первокурсниц, но и специфику их индивидуального здоровья, что определяется не только текущим характером психофизического состояния студенток, но и различной динамикой фаз ОМЦ. Передовые научные достижения и ныне лежат в основе научно-методического обеспечения деятельности кафедры, её технического оснащения, учебной, воспитательной и организационно-методической работы. Специальные устройства, автоматические системы, приборные комплексы, великолепное компьютерное оснащение, современные спортивные сооружения, оборудование и тренажёры создают уникальную инструментально-техническую базу не только для развития, но и для модернизации всего научно-образовательного пространства деятельности кафедры. Такая деятельность кафедрой осуществляется как в стенах родного вуза, так и для сторонних организаций и учреждений. Экспорт своих научных, научно-методических, научно-образовательных, инновационных идей и авторских методик, сотрудники и преподаватели кафедры основывают на новых результатах своих исследований. Активную научную работу на кафедре осуществляет к.п.н., доцент, профессор кафедры Ярушин Сергей Алексеевич (р. 06.01.1962 г.). В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальностям: 13.00.01 – общая педагогика и 13.00.04 – теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры на тему «Факторы обеспечения спортивного мастерства квалифицированных лыжников-гонщиков» под научным руководством к.п.н., доцента Владимира Витальевича Рыбакова и с научным консультированием д.п.н., профессора Леонида Михайловича Куликова (Челябинск, 2000 год), С.А.Ярушин: 1) выявил критерии и факторы, определяющие высокие достижения в лыжных гонках; 2) установил допустимые границы тренировочных и соревновательных нагрузок, обеспечивающих максимальное развитие тотальной специфической работоспособности квалифицированных лыжников-гонщиков; 3) разработал и апробировал технологию программирования структур годичного цикла подготовки лыжников-гонщиков высокой квалификации.
Ярушин Сергей Алексеевич, к.п.н., доцент Заведующий кафедрой физического воспитания и спорта с 2008 по 2013 годы, ныне профессор кафедры, награждён нагрудным знаком «Отличник физической культуры и спорта» Исследования тогда проводились в рамках нескольких последовательных и взаимосвязанных этапов с 1990 по 1999 годы. Такая многолетняя программа педагогических наблюдений обеспечивала преемственность в получении, обработке, интерпретации и представлении теоретического и экспериментального материала. Фото: профессор кафедры, к.п.н. Ярушин Сергей Алексеевич с главным редактором научно-теоретического журнала «Теория и практика физической культуры», д.п.н., профессором Лубышевой Людмилой Ивановной, г.Казань, июль 2013 года В ходе дальнейших своих исследований С.А.Ярушин доказал, что в основе высоких и стабильных спортивных результатов в лыжных гонках лежит комплекс постоянно действующих факторов современной спортивной подготовки, включающий: 1) учет параметров тренировочных программ с оценкой тренирующего потенциала задаваемых нагрузок по критериям величины (объема и интенсивности), направленности и вариативности («скачкообразности» и «контрастности») воздействия, специфичности, особенностям размещения в структурах тренировочного процесса; 2) рациональную последовательность (преемственность) и продолжительность выполнения нагрузок различной преимущественной направленности в структурах годичного макроцикла на основе установления закономерностей и особенностей взаимосвязи задаваемых нагрузок и вызываемых ими адаптационных реакций, обеспечивающих рациональную реализацию ТАР организма спортсменов; 3) формирование и совершенствование специфического компонента работоспособности квалифицированных лыжников-гонщиков, включающего уровень проявления и особенности взаимосвязи соревновательной результативности, ведущих двигательных качеств, морфофункциональных, биохимических, иммунологических показателей и состояния здоровья. В результате целой серии научных работ С.А.Ярушиным было выдвинуто и обосновано положение об оптимальной последовательности (преемственности) и продолжительности включения нагрузок различной преимущественной направленности в тренировке квалифицированных лыжников-гонщиков на основе оценки и реализации текущего адаптационного резерва (ТАР). На базе данного положения разработана программа годичного цикла подготовки лыжников-гонщиков. Установлены параметры задаваемых нагрузок по критериям величины, специализированности, направленности, особенностям размещения в структурах тренировочного процесса. Определена структура подготовленности лыжников-гонщиков различной квалификации с оценкой морфологических, физиологических, биохимических, иммунологических и двигательных показателей. Выявлены особенности общего и избирательного позитивного воздействия на факторы и компоненты спортивного мастерства лыжников-гонщиков высокой квалификации. Полученные С.А.Ярушиным материалы раскрывают многообразие связей между задаваемыми нагрузками, их переносимостью и особенностями морфофункциональной специализации организма лыжников-гонщиков различной квалификации. Выявление принципов общего и избирательного совершенствования составляющих спортивного мастерства квалифицированных лыжников-гонщиков позволяет определить направленность, структуру, содержание, продолжительность и последовательность выполнения в рамках годичного цикла основных структурных образований тренировочного процесса.
Фото: профессор кафедры, к.п.н. Ярушин Сергей Алексеевич с ректором Национального государственного университета физической культуры, спорта и здоровья им. П.Ф.Лесгафта (г.Санкт-Петербург), д.п.н., профессором Таймазовым Владимиром Александровичем, г.Казань, июль 2013 года По материалам научных работ и научно-методических разработок С.А.Ярушиным с соавторами установлены подходы, направления и эффективные способы оптимизации и интенсификации подготовки квалифицированных лыжников-гонщиков на основе повышения направленности воздействия задаваемых нагрузок, вариативности их включения, специализированности и рациональности размещения в различных структурах годичного макроцикла. С.А.Ярушиным разработана и реализована на практике программа подготовки в годичном макроцикле. Достигнут положительный эффект от применения в тренировочном процессе квалифицированных лыжников-гонщиков полученных в ходе исследования экспериментальных материалов, выдвинутых теоретических положений и разработанных методических рекомендаций. Материалы научных работ С.А.Ярушина и в настоящее время востребованы и активно используются в подготовке лыжников-гонщиков сборных команд областей, краев и республик Российской Федерации, они включены в учебный процесс студентов академий и университетов физической культуры, факультетов физического воспитания университетов и педагогических вузов, слушателей факультетов повышения квалификации. Иванов Валентин Дмитриевич, к.п.н., доцент Плодотворную и высокоэффективную научную работу на кафедре осуществляет к.п.н., доцент Иванов Валентин Дмитриевич (р. 30.01.1955 г.). В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук по специальностям: 13.00.01 – теория и история педагогики на тему «Внеклассная деятельность подростков как фактор формирования их экологической культуры» под научным руководством Заслуженного деятеля науки России, д.п.н., профессора Альберта Яковлевича Найна (Екатеринбург, 1992 год), В.Д. Иванов: 1) изучил состояние проблемы формирования экологической культуры подростков в теории и практике средней общеобразовательной школы; 2) разработал модель формирования экологической культуры личности школьника; 3) определил и обосновал основные педагогические средства интенсификации формирования экологической культуры учащихся. В результате этой работы В.Д. Иванов выявил необходимые условия и критерии сформированности экологической культуры подростков и составил методические рекомендации по управлению развитием экологической культуры учащихся для работников народного образования. Таким образом, было уточнено понятие «экологическая культура подростка» как процесса и результата целенаправленного формирования экологических знаний и умений, воспитания экологически ориентированного сознания и поведения школьников. Дополнены условия повышения эффективности внеклассной воспитательной работы как важного педагогического фактора в процессе формирования экологической подростков (диалектическая взаимосвязь и преемственность внеклассной воспитательной работы с учебным процессом; подготовленность учителей к данному виду работы; наличие экологических традиций в учебном заведении; социально-экологическая активность подростков; поисково-исследовательская и практическая природоохранная деятельность школьников). Определены и обоснованы педагогические средства интенсификации формирования экологической культуры учащихся: использование экологического музея, штаба охраны природы и экологического практикума как эффективных средств внеклассной воспитательной работы по формированию экологической культуры подростков. До сих пор, многие научные и научно-методические работы В.Д. Иванова направлены на совершенствование педагогического управления процессами формирования культуры подростков. В части работ, им впервые был поставлен вопрос о вскрытии психолого-педагогических резервов внеклассной воспитательной работы по повышению эффективности развития культуры подростков. К ним относятся: повышение социальной активности подростков, рост двигательной активности, осуществление преемственности между учебной и внеклассной деятельностью школьников, использование поисково-исследовательской деятельности учащихся в самообразовании и самосовершенствовании, участие детей в работе разновозрастных творческих, спортивных и эвристических объединениях. В.Д. Ивановым предложен целый ряд эффективных инструментов и средств психолого-педагогической диагностики развития основных компонентов общей и физической культуры подростков, разработан и апробирован интегративный показатель, с помощью которого скорректированы уровни и баланс сформированности общей и физической культуры учащихся общеобразовательных школ. Эта серия исследований позволила В.Д. Иванову в плотную подойти к изучению целого ряда актуальных проблем для современных теории и методики физического воспитания, спортивной тренировки, адаптивной и оздоровительной физической культуры. Социальное благополучие личности школьника сегодня многие рассматривают в структуре здоровья учащихся. Доцент В.Д. Иванов, разрабатывая концепцию витагенного (актуализированного жизненным опытом ребёнка) формирования физической культуры подростков, актуализирует антропософское учение об активности человека и роли этой активности в формировании и развитии личности школьника, где внеклассная деятельность становиться не столько формой, сколько средством самообразования и социально-культурного роста в социуме подростков. Сегодня В.Д. Иванов является автором 57 научных работ и публикаций. Среди них более 15 работ опубликовано в центральной научной печати, 1 монография и 9 пособий. Валентин Дмитриевич ведёт большую научно-общественную деятельность, он учёный секретарь ежегодной Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и адаптация человека к экстремальным условиям среды и деятельности», которая проходит на базе Челябинского государственного университета. В последние годы в работах В.Д. Иванова рассматриваются: 1) внеклассная деятельность подростков как фактор и инструмент самообразования и социально-культурного роста в социуме подростков; 2) культурное, нравственное и физическое воспитание школьников, в диалектическом взаимодействии субъективизма восприятия подростков и объективных социальных и психолого-педагогических явлений; 3) педагогические средства интенсификации процессов формирования общей и физической культуры подростков; 3) средства педагогической диагностики физического развития и сформированности общей культуры подростков в коррекции деятельности. Эффективную и интересную научную работу на кафедре осуществляет к.б.н., доцент Пястолова Нелли Борисовна (р. 03.11.1956 г.). В своей диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология на тему «Возрастные особенности адаптационных реакций сердца на локальную мышечную деятельность у дошкольников с нарушением зрения» под научным руководством д.б.н., профессора Татьяны Владимировны Поповой (Челябинск, 2001 год), Н.Б. Пястолова: 1) изучила особенности возрастного развития нейродинамических функций у детей с 4 до 10 лет с нарушениями зрения; 2) выявила и сравнила индивидуальные особенности психоэмоциональных реакций здоровых и детей с нарушениями зрения 4-10 лет; 3) разработала, апробировала и внедрила программу психофизической коррекции, направленную на создание положительного эмоционального фона у детей с нарушениями зрения дошкольного и младшего школьного возраста. Пястолова Нелли Борисовна, к.б.н., доцент
В результате своих диссертационных исследований Н.Б. Пястолова впервые определила возрастные особенности психофизиологических функций у детей дошкольного возраста с нарушениями зрения, заключающиеся в большей неравномерности возрастных изменений и более низких значениях почти всех показателей в большинстве возрастных групп по сравнению со здоровыми сверстниками. Обнаружено, что показатели хронометрии у мальчиков и у девочек большинства возрастных групп, за исключением 8-ми летнего возраста отличались от показателей здоровых детей. Н.Б. Пястоловой выявлены 3 типа эмоционального реагирования для обследованных детей дошкольного и младшего школьного возраста с нарушениями зрения: нормальное (адекватное), пониженное (гипореактивное) и повышенное (гиперреактивное). Ею также было выявлено, что у детей с гипореактивностью наблюдается низкая подвижность нервных процессов, сочетающаяся с низкой утомляемостью, при гиперреактивности — высокие показатели подвижности и утомляемости. Установлено, что у детей дошкольного возраста с нарушением зрения, а также у гипореактивных преобладают отрицательные эмоции, что эффект оздоровительной программы для детей с нарушениями зрения выше на ранних возрастных этапах (5-6 лет). Дальнейшие исследования Н.Б. Пястоловой по теме своей диссертационной работе показали, что результаты проведённого исследования позволяют дополнить раздел возрастной физиологии данными о влиянии сенсорных нарушений в раннем детстве на характер психофизиологических функций. В последующих диссертационному исследованию Н.Б. Пястоловой работах было установлено, что раннее использование коррекционных методов позволяет ускорить физическое и функциональное развитие детей с нарушениями зрения. Полученные ею данные об особенностях возрастного развития нейродинамических и психоэмоциональных функций у детей составили научную основу разработки программы психофизической коррекции для детей с нарушениями зрения. В целом ряде работ Н.Б. Пястоловой было показано, что у таких детей занятия по коррекционно-оздоровительной программе с акцентом на создание положительного эмоционального фона приводят к ускорению развития функций центральной нервной системы и возникновению положительного эмоционального настроя, способствуют социальной адаптации. За последние годы в исследованиях Н.Б. Пястоловой было убедительно доказано, что: 1) особенности возрастного развития нейродинамических функций у детей с нарушениями зрения заключаются в большей неравномерности возрастных изменений и более низких значениях исследуемых показателей в большинстве возрастных групп, по сравнению со здоровыми сверстниками; 2) в группе обследованных детей дошкольного и младшего школьного возраста выявляются 3 типа эмоционального реагирования: нормальное (адекватное), пониженное (гипореактивное) и повышенное (гиперреактивное). По показателям нейродинамики, у гипореактивных детей преобладают процессы торможения, у гиперреактивных — возбуждения. У детей дошкольного возраста с нарушением зрения, а также у гипореактивных в рисуночных тестах преобладают отрицательные эмоции. 3) психофизическая коррекция, направленная на создание положительного эмоционального фона, вызывает улучшение эмоционального реагирования и повышение функций нервной системы у детей с нарушением зрения дошкольного и младшего школьного возраста. Электронный адрес размещения журнала на сайте elibrary http://elibrary.ru/title_about.asp?id=61045 Журнал входит в РИНЦ, в перечень ВАКПериодическое, рецензируемое научное издание кафедры —
научный журнал (сайт журнала — http://vestnik-fvis.jimdo.com/)
Цель научного журнала Повышение качества освещения основных результатов диссертационных работ и создание условий выполнения требований Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки России, предъявляемых к научным публикациям соискателей ученых степеней кандидатов и докторов педагогических наук по номенклатуре специальностей научных работников: 13.00.01; 13.00.04; 13.00.08. Задачи научного журнала 1. Освещать новые научные результаты, имеющие существенное значение в различных областях фундаментальной и прикладной науки по педагогике и психологии в разделе физическая культура, спорт, туризм и двигательная рекреация. 2. Обеспечивать международные и межрегиональные научно-координирующих функций в грамотном, качественном и своевременном освещении основных результатов научных работ авторов журнала. 3. Создавать среду открытости и доступности широкого освещения результатов научных работ аспирантов, претендующих на защиту диссертаций и получение ученых степеней по научным специальностям диссертационных советов в различных областях педагогики и психологии связанные с физической культурой, спортом, туризмом и двигательной рекреацией. 4. Формировать постоянный устойчивый интерес у научной и научно-педагогической общественности, а также у молодых и начинающих ученых к журналу, его растущую востребованность в профессиональных кругах педагогов, психологов различных регионов России, ближнего и дальнего зарубежья.
Периодичность выходов номеров журнала 4 раза в год. Подробнее информация о журнале на сайте: http://vestnik-fvis.jimdo.com/ |
VI. Биологические науки / КонсультантПлюс
VI. Биологические науки
42. Биология развития и при исследовании основных закономерностей и механизмов онтогенеза получение
эволюция живых систем новых данных о молекулярных, генетических, клеточных и тканевых особенностях
индивидуального развития (дифференцировки, формообразования и роста) животных и
растений. Выявление механизмов пролиферации, дифференцировки и
трансдифференцировки в тканях животных, анализ особенностей межклеточных
взаимодействий и индукционных процессов, который позволит доказать ведущую роль
микроокружения клеток в регуляции их дифференцировки. Получение новых данных
о формировании важнейших систем и органов (нервной, эндокринной, иммунной,
кроветворной и мышечной) с позиций современной молекулярной и клеточной
биологии, изучение механизмов направленной дифференцировки стволовых клеток,
выделенных из разных тканей и органов взрослых животных, вызванной влиянием
индукторов различной природы. Изучение воздействия факторов среды (космического
полета, биологически активных соединений, мутагенов, температуры) на процессы
развития. Проведение исследования клонирования животных, основанного на методах
андрогенеза и партеногенеза, а также использование трансгенных животных для
решения проблем биологии развития. Результаты этих исследований позволят
сформулировать современную концепцию механизмов онтогенеза животных,
основанную на взаимодействии молекулярно-генетического, клеточного и тканевого
уровней организации. Разработка теории репродукции растений, базирующейся на
изучении морфогенеза репродуктивных структур, проведение анализа нового типа
вегетативного размножения — эмбриоидогении, обоснование выделения двух главных
форм эмбриоидогении: репродуктивной и вегетативной. Проведение исследования
явления полиэмбрионии с позиций стволовых клеток растений, завершение
разработки оригинальной концепции явления апогаметии. Проведение анализа
живорождения у растений и животных, которое рассматривается как «эмбрионизация»
онтогенеза. Разработка моделей становления и эволюции биосферы, включая
самые ранние этапы ее развития. Проведение моделирования перехода
от мира РНК к «миру клеточной жизни» и становлению эвкариот, а затем и
многоклеточных организмов. Выявление скоростей морфологических преобразований и
особенности морфогенеза и эволюции животных и растений на различных этапах
развития биосферы. Сопоставление и согласование полученных на ископаемом
материале данных по эволюционной морфологии с результатами исследований
различных направлений биологии развития и сравнительной морфологии, полученными
на современных организмах. Разработка теоретических и методологических основ
эпигенетической концепции эволюции на основе представлений о целостности
организмов в онто- и филогенезе. Разработка проблем становления
морфофункциональной организации высоких таксонов на основе выяснения генезиса,
темпов и механизмов структурных перестроек на разных уровнях. Разработка
концепции эволюции регуляторных механизмов морфогенеза. В перспективе —
выявление принципиально новых типов организации ископаемых организмов, крайне
важных с точки зрения эволюционной значимости, но не дошедших до современности
43. Экология организмов и выявление на многочисленных модельных объектах основных типов адаптивных
сообществ стратегий видов организмов и их сообществ в естественных и антропогенных условиях,
в том числе при воздействии пессимальных и экстремальных факторов разного
генезиса. Эти исследования включают анализ механизмов адаптационного морфогенеза
позвоночных и беспозвоночных животных в связи с их динамикой и устойчивостью к
антропогенным воздействиям, оценку возможностей адаптации растений на
биохимическом, субклеточном, клеточном и организменном уровнях, анализ
экологических механизмов микроэволюционных преобразований в популяциях
растений и животных. Выявление закономерностей возникновения адаптаций в
условиях длительного радиационного воздействия, установление механизмов
отдаленных последствий хронического низкоинтенсивного электромагнитного
излучения на биоту и человека и их отличий от воздействия высоких доз излучения.
Разработка балансовых моделей миграции и накопления техногенных радионуклидов в
бассейнах крупных рек Урала и Западной Сибири для долгосрочного прогнозирования
возможного загрязнения природной среды. Проведение для основных природных зон
Северной Евразии оценки скоростей депонирования и миграции естественных и
техногенных радионуклидов в наземных и водных экосистемах. Предложение новых
методов идентификации и диагностики источников поступления в окружающую среду
радионуклидов на основе анализа их изотопных отношений, разработка концепции и
методологии мониторинга наземных и водных экосистем, находящихся в сфере
предприятий ядерного топливного цикла. Осуществление прогнозного моделирования
изменения наземных экосистем разных типов при различных сценариях глобального
потепления. Построение сверхдлинных (до 10 тыс. лет) непрерывных древесных
кольцевых технологий для территории Северной Евразии. В результате появится
возможность реконструкции климата прошлых историко-геологических эпох. На базе
сравнительного анализа древних форм синэкологической организации и их
современных аналогов проведение реконструкции изменений структуры биоценозов в
фанерозое, в том числе в периоды биоценотических кризисов. Разработка общей
концепции гомеостаза механизмов регуляции и оптимизации структуры сообществ в
зависимости от климатических факторов и антропогенных воздействий с последующим
развитием принципов и методов экологической инженерии, включая
восстановительные технологии, выявление роли симбиотических, паразитарных и
коадаптивных комплексов, их значение для профилактики и лечения природно-
очаговых инфекций и инвазий. Создание системы управления биопродукционным
процессом в экосистемах разных типов в условиях антропогенного воздействия.
Создание моделей функционально-ценотической организации сообществ почв,
взаимосвязей макро- и микроорганизмов и их роли в трансформации органического
вещества и почвенном плодородии. Разработка систем мониторинга лесных и
лесоболотных систем, определение основных показателей их ресурсного потенциала и
биосферных функций, в том числе в балансе углерода в зависимости от широтно-
зональных градиентов среды и глобальных климатических изменений. Создание карт
почв, растительности, животного мира на зональном, региональном и федеральном
уровнях. Разработка методологии обеспечения биологической безопасности человека в
искусственной среде обитания, методов контроля микробного статуса человека и
технологии микробиологической защиты среды обитания гермобъектов различного
назначения. Изучение на различных системных уровнях особенности формирования
функциональных перестроек у 2 — 3 поколений уроженцев Крайнего Севера и выявление
негативных последствий совокупного влияния на здоровье человека экстремальных
факторов среды в зависимости от выраженности сезонных флюктуаций клинических и
геогелиофизических показателей с учетом половозрастных и этнических характеристик
организма и длительности проживания на Севере. В результате будет предложена
система управления здоровьем северян в зависимости от региона их проживания,
основанная на прогнозной оценке изменения адаптационного потенциала человека в
процессе его онтогенеза
44. Биологическое разнообразие на основе проведенных ревизий и таксономических исследований подготовка новых
монографий, определителей и каталогов таких, как «Аннотированный каталог морских
рыбообразных и рыб России», «Атлас морских рыб Камчатки», «Рыбы Белого моря»,
«Аннотированный список рыб Каспийского моря», «Ранние тестудиноидные черепахи
Азии: морфология, систематика и филогения», отдельные тома «Ископаемых
позвоночных России и сопредельных стран», «Змеи Кавказа», «Полевой определитель
ликодов и близких к ним видов (Zoarcidae: Lycodes, Lycodopsis, Petroschmidtia)
дальневосточных морей России», очередные тома «Каталога фондовых коллекций
Зоологического института РАН» и «Кадастр птиц Ленинградской области», монография
серии «Фауна России и сопредельных стран» — «Млекопитающие. Семейство
Медвежьи», очередные тома «Биоты российских вод Японского моря» и
«Иллюстрированные ключи для определения беспозвоночных российских морей
Арктики», отдельные тома «Фауны России» по большой группе таксонов разного ранга
беспозвоночных, «Декоративные многолетние растения Главного ботанического сада
РАН: 60 лет интродукции», «Итоги интродукции сирени», 2-й том «Флоры Нижнего
Поволжья», 3-й том «Конспекта флоры Кавказа», «Конспект флоры Восточной Европы»,
2-й и 3-й тома «Определителя грибов России», 1-й том «Флора лишайников России»,
«Микобиота Белорусско-Валдайского поозерья», «Макромицеты луговых сообществ
заповедников России», «Растения Центральной Азии» (2 тома), «Catalogue of
basidiomycete strains of the LE BIN Culture Collection», «Растительность Северо-
Запада России» и др. Подготовленные каталоги позволят провести оценку ресурсов и
оперативно оценивать их состояние и прогнозировать их изменение. Расширение базы
биологических ресурсов за счет введения в практику хозяйственного использования
новых видов организмов, содержащих биологически активные вещества, перспективные для
применения в фармацевтической промышленности. Разработка новых технологий
расширенного воспроизводства молоди и маточного стада ценных видов промысловых
рыб в полуискусственных условиях, создание промышленных зоомикробных культур
для переработки органических отходов сельского, муниципального хозяйства,
промышленных отраслей, работающих на природном органическом сырье,
культивирование микробных комплексов интестинальных симбиотических
микроорганизмов в качестве кормовых добавок для использования в птицеводстве и
животноводстве (пробиотики, целлюлозолитики), разработка методов биологической
очистки активного ила в водоемах и почвы, загрязненной нефтью и продуктами ее
переработки. Разработка на основе данных молекулярно-генетического анализа и
классической морфологии методов диагностики паразитов животных и растений,
создание баз данных наиболее опасных видов паразитов растений, рыб и охотничье-
промысловых животных на территории России. Для защиты растений от
паразитических нематод на основе стероидных гликозидов культуры клеток Dioscorea
deltoidea проведение производственной проверки эффективности созданного препарата
дельтостим, а также производственных испытаний водорастворимого биопродукта
хитозана и его производных в качестве элиситора нематодоустойчивости
сельскохозяйственных растений. По материалам исследований издание монографий
«Церкариозы в урбанизированных экосистемах», «Нематоды — паразиты и патогены
беспозвоночных», «Паразитические фитонематоды России», «Динамика сообщества
цестод перелетных птиц» и «Определитель моногеней пресноводных рыб Палеарктики
и Амура». Составление базы данных по миграциям птиц, установление путей переноса
птичьего гриппа. Дальнейшая разработка методологии и методов оценки
биоразнообразия лесных экосистем — анализ и продолжение разработки типологии
бореальных лесов. Обобщение разработанных методологических подходов и методов
выявления общих закономерностей изменения биоразнообразия и средообразующей
роли биоты в ходе сукцессий в бассейнах малых рек в книге «Методы исследований
лесных биогеоценозов малых рек». Передача методов мониторинга с развитыми и
внедренными новыми параметрами заинтересованным ведомствам. На основе новых
данных по пространственно-типологическому разнообразию болотных экосистем и
заболоченных местообитаний создание геоинформационной системы «Болотные
экосистемы России» с оценкой их углерододепонирующей способности. Завершение
создания баз данных по чужеродным видам растений и животных, вселившимся на
территорию России, разработка генетических методов тестирования краевых популяций
и определения границ материнского и новоприобретенного ареалов. Определение
темпов распространения и степени адаптации и воздействия на аборигенные виды
чужеродных растений, установление уровня гибридизационных процессов и доли
гибридов во флоре разных водохранилищ бассейнов европейских рек России.
Результаты исследований экологии насекомых — потенциальных агентов
биологического контроля инвазионных видов растений, биологического разнообразия
энтомофагов плодовых садов, популяции амброзиевого листоеда будут использованы
для разработки методов борьбы с вредителями. Издание по проблеме чужеродных
видов обобщающих монографий «Ондатра: причина и следствия биологической
инвазии», «Экология океанического обрастания в пелагиали», «Инвазийные
млекопитающие России», «Чужеродные виды и их воздействие на экосистемы Черного
и Каспийского морей», «Чужеродные виды в Голарктике», «Биологические инвазии
чужеродных видов» и «Черноморско-каспийская тюлька: история инвазии».
Исследования видового и экосистемного биоразнообразия в районах интенсивного
освоения человеком (Сочи, Сахалин, Байкал, Селенга), что позволит выявить влияние
антропогенной деятельности на состояние живой природы этих регионов. Разработка на
основе изучения биологии редких видов животных и растений, технологий их
реинтродукции и сохранения как в естественной среде, так и в искусственных условиях.
Оценка биологического разнообразия и характеристика симбиотических
взаимодействий микроорганизмов в природных биоценозах. Разработка технологии
микробиологического мониторинга водных экосистем. Выявление
микробиологического потенциала ледникового щита Центральной Антарктиды и озера
Восток. Исследование влияния микробных комплексов контактных зон на
самоочищение пресноводных и морских экосистем. Выявление биогеографических
закономерностей и ландшафтной специфики пространственного варьирования физико-
химических свойств и биологической активности почв. Разработка теоретических основ
изучения и сохранения биоразнообразия и ресурсопользования — вопросов
микроэволюции, видообразования, соотношения видового и внутривидового
разнообразия, разнообразия сообществ и экосистем
45. Общая генетика разработка математических моделей для прогнозирования генетических процессов в
природных и антропогенных популяциях, выявление генов, контролирующих
хозяйственно-ценные признаки животных, растений и микроорганизмов. Проведение
молекулярно-генетического картирования геномов растений и животных, разработка
компьютерных моделей генетических процессов, определяющих эволюцию видов и
внутривидовых групп. Расшифровка геномов ряда важнейших сельскохозяйственных
растений, разработка эффективных и экологически безопасных методов применения
физиологически активных веществ нового поколения в технологиях регуляции роста
растений, повышения их устойчивости к фитопатогенам, повышения урожайности и
сохранности сельскохозяйственной продукции. Выявление популяционно-генетической
структуры региональных и этнических групп населения России по признакам,
используемым для геномной регистрации. Решение задач идентификации
генотипических и средовых факторов риска для широко распространенных заболеваний
человека и животных, оценка уровня генетического полиморфизма в общих группах
населения Российской Федерации и изолированных популяционных группах,
определение значений отдельных генов, их полиморфизма и вариаций их экспрессии в
проявлении индивидуальных генотипов. Разработка методологии оценки риска
генетических нарушений и прогнозирования отдаленных генетических последствий
радиационных и техногенных катастроф на основе данных эколого-генетического
мониторинга состояния популяций модельных видов млекопитающих и растений.
Выявление механизмов выживаемости и жизнеспособности популяций растений с
естественным и интродуцированным генетическим грузом. Осуществление
генетической паспортизации отечественных пород (лошадь, крупный рогатый скот, як,
искусственно разводимые популяции пушных зверей) на основе генетического
мониторинга, создание информационной базы данных по локальным породам России
и подготовка рекомендаций по сохранению меж- и внутрипородного разнообразия
доместицированных животных. На основе сравнительного анализа отечественных и
монгольских пород лошадей (монгольская, якутская, бурятская и калмыцкая лошадь) и
крупного рогатого скота (монгольский, якутский, калмыцкий и бурятский скот),
популяции домашнего яка (монгольская, бурятская и алтайская популяции) подготовка
монографии по домашним копытным России и Монголии. Оформление результатов,
представляющих практический интерес, в виде патентов. Анализ популяционно-
генетической структуры региональных и этнических групп в населении России по
признакам, используемым для геномной регистрации. Реконструкция эволюционной
истории народов России. Разработка системы генетической паспортизации для
характеристики и поддержания ценных пород животных и сортов хозяйственно важных
растений, а также видов-эндемиков России. Анализ тератогенных и мутагенных
эффектов химического и радиационного загрязнения окружающей среды. Выявление
генов, контролирующих хозяйственно-ценные признаки животных, растений и
микроорганизмов, и их использование в селекции и биотехнологии. Характеристика
форм сельскохозяйственных животных и растений, устойчивых к патогенам,
вредителям и неблагоприятным условиям внешней среды. Анализ механизмов
возникновения, распространения и фиксации генетической изменчивости у морских
беспозвоночных и рыб. Разработка компьютерных моделей генетических процессов,
определяющих эволюцию видов и внутривидовых групп, установление связи этих
процессов с глобальными геологическими и климатическими изменениями, а также с
антропогенными и иными воздействиями. Анализ структуры и разнообразия
генофондов коренного и пришлого населения Северной Азии по данным об
изменчивости высокополиморфных генетических систем. Создание базы данных по
изменчивости митохондриальных генофондов народов Центральной и Восточной Азии.
Анализ молекулярно-генетической дифференциации некоторых таксонов позвоночных
животных (рыбы, млекопитающие) Сибири и Дальнего Востока. Установление роли
факторов эволюции в формировании генетической изменчивости в природных
популяциях человека, животных и растений. Создание генетических коллекций и баз
данных. Разработка новых генетико-статистических методов анализа сложных
признаков человека, растений и животных. Изучение наследования признаков,
связанных с адаптивностью растений и животных к экстремальным условиям
окружающей среды, закономерностей кариотипической макро- и микроэволюции.
Молекулярно-генетическое картирование геномов растений и животных. Исследование
молекулярно-генетических механизмов гормональной регуляции репродуктивной
функции животных. Физиологическая генетика сложных функций, гормональных
регуляций, доместикации и поведения. Изучение молекулярно-генетических основ
регуляции иммунного ответа и закономерностей эволюции иммунной системы.
Создание методов реконструкции геномов растений на основе хромосомной
инженерии. Раскрытие генетических механизмов, контролирующих системы
размножения растений. Выявление роли эпигенетических механизмов в формировании
фенотипических характеристик растений. Определение закономерностей изменчивости
геномов органелл в процессе формообразования на основе отдаленной гибридизации
растений. Исследование закономерностей структурно-функциональной реорганизации
геномов растений в процессе эволюции и селекции. Разработка новых способов
ускоренного и целенаправленного создания генотипов мягкой пшеницы,
характеризующихся адаптивными и хозяйственно-ценными признаками.
В комплексном исследовании выявление методами учета хромосомных аберраций и
летальных случаев с доминантным наследованием мутагенного действия экзогенных
факторов среды (ионов тяжелых металлов, их координационных соединений и
лекарственных препаратов (омепразол, де-нол и др.)) на генотип клетки, а также
эндогенной интоксикации, вызванной Helicobacter pylori. Проведенные исследования
позволят выявить закономерности мутагенного и комутагенного действия и активность
инфекта в культуре лимфоцитов детей, инфицированных Helicobacter pylori
46. Структура и функции идентификация и выделение из биологических объектов новых эндогенных
биомолекул и надмолекулярных биорегуляторов, установление структуры и механизма действия. Разработка
комплексов высокоэффективных методов оценки их функционального потенциала. Существенное
расширение знаний о природе и функционировании низкомолекулярных
биорегуляторов, в первую очередь вторичных мессенджеров. Расшифровка
пространственных структур значительного числа белков и сложных
макромолекулярных комплексов. Анализ структурно-динамических свойств белков
(а также конформаций белков и пептидов), полибелковых комплексов и комплексов
белков с различными низко- и высокомолекулярными веществами. Установление
механизмов взаимодействий белок-белок, белок-нуклеиновая кислота и других
биополимеров. Выявление особенностей структуры нуклеиновых кислот, играющих
ключевую роль в функциях клеточных органелл и временных функциональных
комплексах клетки. Выяснение взаимосвязи структура — биологическая активность для
полисахаридов морских организмов. Идентификация и расшифровка механизмов
действия ферментов, в том числе ферментов матричного биосинтеза, репарации и
рекомбинации ДНК. Выяснение механизмов взаимодействия биологически активных
соединений с мембранными и внутриклеточными мишенями. Молекулярный дизайн и
синтез новых модуляторов клеточной активности с заранее заданными свойствами.
Оптимизация методов генерации структур биологически активных препаратов на
основе компьютерного моделирования для фундаментальных исследований и
применения в биотехнологии
47. Молекулярная генетика, выяснение закономерностей организации регуляторных районов генов человека,
механизмы реализации позвоночных и беспозвоночных животных, значимых для их транскрипции. Выявление
генетической информации, взаимодействий генов, имеющих значение для реализации фенотипических признаков
биоинженерия организмов, роль вариабельности первичной структуры ДНК в модификации фенотипа.
Установление физико-химических свойств наночастиц биогенной и абиогенной
природы, значимых для создания новых материалов для биомедицины. Выявление и
характеризация эпигенетических механизмов реализации генетических процессов.
Установление структуры хроматина в интерфазном ядре и метафазных хромосомах.
Выяснение роли модификаций гистонов и других белков хроматина в контроле
транскрипции. Выявление основных цис-регуляторных элементов ДНК,
контролирующих функционирование генома, и установление природы
взаимодействующих с ними белков и их роли в регуляции транскрипции. Расшифровка
механизмов регуляции на уровне генов и их транскриптов с участием малых
интерферирующих РНК. Установление механизмов регуляции трансляции малыми РНК
и продуктами экспрессии генов. Выяснение регуляторных механизмов
координированного функционирования генов, приводящего к проявлению
определенных признаков. Установление роли альтернативного сплайсинга в
формировании изоферментного разнообразия белков. Раскрытие механизмов белкового
синтеза у эукариот (в том числе человека) на базе полностью реконструированных
систем in vitro. Выяснение строения mРНК — связывающего центра рибосом человека.
Осуществление бесклеточного синтеза ряда полипептидов и белков в интересах
медицины и сельского хозяйства. Разработка алгоритмов предсказания структуры
комплексов ферментов с аналогами субстратов и ингибиторами в целях направленной
регуляции активности ферментов. Конструирование ферментов методами белковой
инженерии для фундаментальных исследований и применения в биотехнологии.
Создание синтетических катализаторов, имитирующих действие природных ферментов.
Получение и широкое использование каталитических антител в органическом синтезе и
медицине. Разработка на основе полученных экспериментальных данных концепции,
которая позволит представить последовательность молекулярных событий гибели
нейронов при нейродегенеративных заболеваниях и предложить общую тактику и
конкретные стратегии, позволяющие подойти к разработке принципиально новых
подходов к коррекции и предупреждению нейродегенеративных заболеваний.
Получение данных об экспрессии и функции белков, участвующих в реализации гибели
зрелых нейронов в культурах трансформированных и первичных нейронов грызунов и
человека при моделировании нейрональной гибели в результате активации клеточного
цикла. Выявление факторов, вовлеченных в нейродегенерацию на ранних этапах гибели
нейронов, в культурах. Выявление новых генов, определяющих функциональную
организацию и управление работой центральных генераторов моторного паттерна (на
модели дрозофилы). Изучение на мутационных моделях дрозофилы ключевых геном-
зависимых механизмов развития нейродегенеративных расстройств, молекулярных
механизмов обучения и памяти. Выявление методами функциональной нейрогеномики
новых аспектов развития патологических состояний нервной системы на модели
дрозофилы, которое создаст теоретические предпосылки для разработки методов
генотерапии ряда нервно-психических патологий у человека
48. Молекулярные механизмы разработка новых методов изучения органелл и ультраструктуры клеток разного уровня
клеточной дифференцировки, организации. Расшифровка молекулярных механизмов межклеточных взаимодействий.
иммунитета и онкогенеза Установление физиологических механизмов регуляции активности катион-проводящих
каналов в плазматической мембране эукариотических клеток, путей активации и
инактивации катионных каналов, роли кортикального цитоскелета и липидного
окружения. Направленная модуляция функциональной активности клеточных
рецепторов и ионных каналов. Расшифровка молекулярных механизмов вкуса, электро-
и магниторецепции, а также принципов кодирования и обработки сенсорной
информации. Использование стволовых клеток растений как модельной системы для
изучения механизмов клеточной дифференцировки. Выявление возможной роли белков
теплового шока в формировании противоопухолевого и противовирусного иммунитета.
Расшифровка механизмов эндокринной и цитокиновой регуляции процессов
иммуногенеза. Оценка механизмов иммунохимического гомеостаза в реализации
адаптации к когнитивным стрессорным воздействиям. Выявление механизмов
иммунологической регуляции физиологических функций в норме и при патологических
процессах. Выявление молекулярно-генетических механизмов канцерогеза. Создание
новых генетических методов прогноза и диагностики предраковых и раковых
заболеваний. Разработка методов активации клеточного противоракового иммунитета.
Установление строения комплексов внеклеточных нуклеиновых кислот и их связь с
опухолевыми заболеваниями. Выявление клеточных и молекулярных механизмов
гравичувствительности клеток и роли клеточных эффектов в интегративном ответе
организма на воздействие микрогравитации. В сериях экспериментов с модельными
нарушениями тканевого роста оценка противоопухолевой активности биоорганического
препарата «Скваакан» и его сочетаний с общепринятыми противоопухолевыми
препаратами (цитостатиками и антибиотиками). Создание новых препаратов и
технологий их использования, регулирующих и повышающих противоопухолевую
резистентность клеток и тканей. Поиск доказательства снижения рецепторной
активности клеток к медиаторам воспаления, катехоламинам и провоспалительным
цитокинам. Выявление дисбаланса уровней пролиферации и апоптоза
иммунокомпетентных клеток и установление причины его появления. Решение вопроса
о физиологической роли в организме раково-эмбрионального антигена и аутоантител,
которое даст возможность обосновать использование уровня содержания указанных
параметров в качестве маркеров прогноза преждевременного старения
49. Клеточная биология, выяснение роли ядра и цитоплазмы при дифференцировке путем применения
теоретические основы клеточных технологии реконструкции клеток типа цитопласт-, кариопласт- и цитопласт-клетка.
технологий Оценка роли «хромосомных» территорий в ядре и внутриядерного цитоскелета в
регуляции экспрессии генов. Выяснение роли стрессорных белков и редокс-регуляции в
функционировании органелл растительной клетки. Создание новых технологий
репрограммирования через реконструированные клетки. Установление рецепторов и
механизмов клеточной сигнализации, определяющих миграцию, хоуминг и
дифференцировку стволовых клеток. Разработка подходов к широкому использованию
клеток зародыша и взрослого организма человека в медицине для прямой подсадки
необходимых клеток (клеточная терапия) и для создания искусственных
органоспецифичных клеток. Разработка методов выделения, очистки и
дифференцировки стволовых клеток, а также их культивирования в синтетических
средах. Получение генетически модифицированных клеток. Получение стабильных
линий стволовых клеток человека, способных к тканеспецифической дифференцировке.
Создание банков данных стволовых клеток. Определение факторов, приводящих к
нестабильности генома эмбриональных стволовых клеток человека и их производных in
vitro и влияющих на изменение туморогенности in vitro и дифференциальный
потенциал клеток. Разработка основ технологий получения терапевтических препаратов
стволовых клеток для лечения тяжелых заболеваний и повреждений организма
(поражения печени, дегенерация зрительного нерва, травмы головного и спинного
мозга и др.). Разработка экспериментальных способов компенсации эндокринных и
иммунологических нарушений. Разработка методов тканевой инженерии на основе
культур клеток и биосовместимых материалов (конструирование аналогов ткани и
органов). Разработка новых методов преодоления гистонесовместимости. Разработка
клеточных технологий для биоинженерии применительно к задачам обеспечения
космических полетов. Разработка методики получения неотторгающихся аутопротезов
отдельных органов и тканей путем выращивания на вшитой под кожу основе.
Получение новых данных о молекулярных механизмах гравичувствительности,
изменениях дифференцировочного потенциала и закономерностях пластичности клеток
и тканей в условиях реальной и моделируемой гравитации. Разработка новых методов в
области космической биотехнологии и клеточной биологии, новых подходов к
использованию клеточных технологий для оптимизации восстановительных процессов.
Формулирование молекулярно-биологических принципов коррекции процессов
физиологической и патологической перестройки клеточных структур при
экстремальных воздействиях. В результате определения свойств аутологичных клеток
костного мозга как материала при клеточной нейротрансплантации обнаружение в них
наличия большого количества различных фракций стволовых и прогениторных клеток
взрослого человека, что объясняет возможность их нейробластоидной
дифференцировки. В результате изучения влияния ликвора как гуморального
компонента внеклеточного матрикса определение возможности исследования
направленной трансдетерминации стволовых клеток в культуре. При исследовании
влияния различных физических факторов (электростимуляции, лазерные, магнитные
воздействия) разработка нового оптимального подхода к реабилитации
неврологических больных
50. Биофизика, радиобиология, реконструирование молекулярно-генетических систем, контролирующих сложные
математические модели в признаки организмов, и изучение закономерностей их структурно-функциональной
биологии, биоинформатика организации и эволюции, разработка программы для картирования генов и
детализирование физических и генетических карт модельных и хозяйственно полезных
млекопитающих. Построение минимальных теоретических и экспериментальных
моделей биосферных процессов. Установление детальных механизмов преобразования
энергии АТФ в механическую работу. Выяснение механизмов регуляции сокращения
различных типов мышц. Разработка методов защиты сократительного аппарата и
цитоскелета от неблагоприятных воздействий. Выявление рецепторов и расшифровка
молекулярных механизмов положительного и отрицательного хемотаксиса клеток
животных и человека. Расшифровка механизмов генерации силы и ее регуляции в
скелетных, сердечных и гладких мышцах в норме и при патологии. Расшифровка
механизмов регуляции энергетического метаболизма в мышце. Разработка новых
подходов к метаболической коррекции миопатий. Разработка новых подходов к
стимуляции адаптационной и регенерационной способности мышц и к коррекции
мышечных патологий. Расшифровка структуры, механики и молекулярной
организации цитоскелета немышечных клеток и его связи с регуляторными системами.
Познание механизмов и регуляции направленного движения клеток, играющих
определяющую роль в процессах заживления ран, иммунного ответа в очагах
воспаления и метастазирования опухолей. Выявление цитоскелетных аспектов
интегративной деятельности нейронов, управляющих движением, для разработки
метода скрининга медикаментозных препаратов в профилактике, коррекции и лечении
болезней движения. Расшифровка механизмов, ответственных за отклик биологических
систем на электромагнитные и акустические поля. Выявление роли систем
внутриклеточной сигнализации и белков теплового шока. Выяснение механизмов
сочетанного действия радиации и низкоинтенсивного электромагнитного излучения на
отдельные органы и на поведенческие реакции организмов. Установление механизмов
формирования отдаленных последствий хронического низкоинтенсивного облучения
объектов биоты и человека и их отличий от высокодозового облучения. Разработка
быстрых тестов, а также аппаратурного оснащения для оценки состояния организма
пациентов, подвергавшихся радиотерапии. Выявление механизмов адаптации,
устойчивости и факторов, определяющих возможности выживания микроорганизмов в
условиях воздействия экстремальных факторов окружающей среды по температуре,
солености, щелочности (кислотности), концентрации тяжелых металлов и
радионуклидов. Выявление закономерностей возникновения адаптаций в природных
популяциях растений и животных, обитающих в условиях длительных радиационных
нагрузок. Выявление новых природных антиоксидантов, средств, предотвращающих
патологические последствия окислительного стресса на организм млекопитающих при
воздействии факторов внешней среды. Идентификация источников радиоактивного
загрязнения различного генезиса. Оценка запасов радионуклидов в основных
компонентах наземных и водных экосистем. Разработка концепции и методологии
мониторинга наземных и водных экосистем, находящихся в сфере предприятий
ядерного топливного цикла. Разработка балансовых моделей миграции и накопления
техногенных радионуклидов в бассейнах крупных рек Урала и Западной Сибири для
долгосрочных прогнозов глобальных, региональных и локальных уровней загрязнения
природной среды. Оценка скоростей депонирования и миграции естественных и
техногенных радионуклидов в наземных и водных экосистемах в условиях основных
природных зон Северной Евразии. Разработка методов диагностики источников
поступления в окружающую среду радионуклидов на основе анализа их изотопных
отношений. Анализ закономерностей возникновения адаптаций в природных
популяциях растений и животных к обитанию в условиях длительных радиационных
нагрузок. Характеристика влияния химических соединений, в том числе ксенобиотиков,
нарушающих эндокринную регуляцию физиологических функций морских
беспозвоночных и рыб. Разработка радиоизотопных и ферментативных методов для
изучения способности морской среды к самоочищению. Выявление физиологических
реакций и механизмов индивидуальной устойчивости к воздействию экстремальных
климатогеографических, техногенных и социальных факторов внешней среды.
Выявление функциональных резервов и их использование в поддержании гомеостаза
организма человека и животных при воздействии измененных факторов внешней среды.
Медико-биологическое обоснование разработки новых перспективных средств и
методов жизнеобеспечения и управления адаптационными реакциями человека в
экстремальных условиях. Построение моделей процессов на молекулярном и клеточном
уровнях, описывающих метаболические превращения и процессы переноса вещества и
энергии, взаимодействие которых играет регуляторную роль в функциональной
активности клетки. Анализ свойств нелинейных волн в математических моделях с
кросс-диффузией, описывающих процессы самоорганизации в биологических системах.
Теоретические и экспериментальные исследования свойств таксисных волн на примере
бактериальных популяционных волн. Выявление механизмов и последствий инвазии
динамических режимов (стационарного, периодических и хаотических колебаний
биомассы) в водных (морских и озерных) сообществах. Выявление нелинейных
динамических процессов в функционирующем сердце. Разработка методов
моделирования, позволяющих визуализировать процессы на уровне взаимодействия
отдельных биомакромолекул с учетом сложной архитектуры субклеточных систем.
Разработка мультимедийных моделей и информационных систем для разных типов
живых систем (субклеточные системы, клетки, организмы, группы организмов),
представляющих информацию о структурах и процессах в данной системе, дающих
возможность работать с компьютерными моделями процессов в режиме онлайн.
Разработка нового поколения алгоритмов и программ для высокоэффективной
комплексной конвеерной автоматической функциональной аннотации геномов,
транскриптомов, протеомов, метаболомов микроорганизмов, растений, животных и
человека. Моделирование метаболизма микроорганизмов, предсказание эффектов
мутаций, предсказание свойств генно-инженерных штаммов. Анализ и компьютерное
моделирование регуляторных систем и количественное описание процессов регуляции
экспрессии генов на языке математических моделей. Построение трехмерной структуры
белков по последовательности аминокислот. Создание компьютерных моделей
динамики генных сетей, контролирующих молекулярно-биологические, молекулярно-
генетические, биохимические и физиологические системы и процессы у
микроорганизмов, растений, животных и человека. Разработка новых генетико-
статистических методов анализа комплексных признаков человека, животных и
растений. Создание компьютерных моделей про- и эукариотической клетки,
объединяющих математические модели основных клеточных процессов. Разработка
информационных систем нового поколения для регистрации и анализа
физиологических данных. Разработка и внедрение новых математических моделей
физиологических процессов и систем. Разработка обучающихся нейронных сетей и
изучение эффективности нейросетевых моделей управления многосуставными
движениями человека. Математическое моделирование механической и электрической
функций миокарда и их взаимосвязей. Моделирование неоднородной сердечной ткани.
Создание новой математической модели и программного обеспечения процессов
нелинейного вязкоупругого поведения пассивного миокарда. Определение в возрастном
аспекте структурных особенностей математических моделей кардиоритма у детей и
подростков коренных и аборигенных жителей Крайнего Севера для оценки
адаптационного потенциала лиц, проживающих в экстремальных
природных условиях. Выявление закономерностей формирования дозы облучения
космонавта, а также модели репарационных процессов в организме на различных —
от клеточного до системного — уровнях организации. Разработка многокомпонентной
модели радиационного риска, норм и правил обеспечения радиационной безопасности
экипажа в сверхдлительных космических полетах. На основе математической модели
самообучающихся нейронных сетей выявление новых экспериментальных подходов к
исследованию памяти и обучения. Изучение принципов организации физиологических
систем, определяющих взаимодействие сенсорных и когнитивных процессов,
выявление закономерностей ряда патологических состояний (сенсорные и когнитивные
дисфункции). Разработка рекомендаций и новых информационных систем для
диагностики, мониторинга и реабилитации физиологических функций,
ориентированных на клиническое внедрение. Создание и исследование математических
моделей ряда физиологических процессов и систем в норме и патологии. Предложение
специализированных информационных систем, реализующих анализ медицинских и
биологических изображений, баз предметных данных и управление физиологическими
экспериментами
51. Биотехнология создание средств направленного воздействия на РНК вирусов и онкогенов,
синтетических катализаторов, расщепляющих РНК. Создание комплекса имплантатов
для реконструктивной хирургии. На трансгенных растениях табака, моркови и томатов
изучение механизмов и уровней экспрессии чужеродных генов. Получение продуцентов
белков медицинского назначения и съедобных вакцин против гепатита, ВИЧ и других
вирусных инфекций. Создание лекарств нового поколения на основе мишень-
направленного отбора ингибиторов АТФ-синтазы для использования в терапии
множественной лекарственной устойчивости бактериальных инфекций и
злокачественных опухолей. Разработка единой технологической платформы для
получения прижизненных 3-мерных флуоресцентных изображений, отображающих
локализацию опухолей, колоний бактерий, вирусов в мелких лабораторных животных.
Создание суперчувствительных и экспрессных систем биодетекции физиологически
активных соединений. Разработка и производство оборудования на основе белковых и
ДНК микро- и наночипов для мультипараметрического анализа микрообъемов проб.
Разработка лабораторного макета установки для многоканального анализа ионных
токов в биологических мембранах в роботизированном комплексе для скрининга новых
лекарственных препаратов. Создание нового спектрального подхода к исследованию
структурных и динамических свойств биомолекул на основе регистрации ИК-эмиссии,
индуцированной электромагнитным излучением. Создание инфракрасных
термовизионных методов контроля состояния сосудов в норме и при патологии.
Усовершенствование приборов на основе полимеразной цепной реакции для работы в
полевых условиях, автоматизация методов молекулярно-генетического маркирования,
адаптация методологии «бар-код жизни» для различных таксономических групп
организмов, стрип-тесты для оперативного выявления отдельных целевых белков, ДНК-
чипы для широкого спектра геномов и отдельных целевых групп генов, наборы для
дифференциального дисплея различных физиологических процессов. Разработка
единого аппаратурно-программного комплекса диагностики и неинвазивной коррекции
дизадаптаций и функциональных нарушений организма на основе спектрально-
волновой оценки деятельности головного мозга и кардиоритма человека. Создание
новых высокопроизводительных синтезаторов нуклеиновых кислот и робототехники
для манипуляций с ДНК. Создание микрофлюидных устройств для изучения и
регистрации молекулярно-генетических систем и процессов на уровне отдельных
клеток. Выявление молекулярно-генетических и физиологических механизмов действия
фитогормонов и ростовых веществ, определяющих защитные механизмы
сельскохозяйственных культур. Разработка генетики количественных признаков,
определяющих адаптацию организмов к неблагоприятным условиям среды. Выяснение
молекулярно-генетических механизмов взаимодействий патогенных, симбиотических и
ассоциативных микроорганизмов с растениями как основы для развития эффективных
современных биотехнологий. Разработка и использование методов фитобиотехнологии
для создания новых форм растений с улучшенными параметрами роста и
продуктивности. Создание растений — биопродуцентов. Разработка эффективных
экологически безопасных методов применения физиологически активных веществ
нового поколения в технологиях регуляции роста растений, повышения их
устойчивости к фитопатогенам, повышения урожайности и сохранности
сельскохозяйственной продукции. Выделение новых микроорганизмов, в том числе
экстремофилов, нанобактерий и так называемых некультивируемых микроорганизмов и
разработка методов их культивирования. Изучение микробиологических и
биогеохимических процессов циклов углерода и серы в экстремальных и умеренных
экосистемах, в том числе антропогенных. Выявление новых видов грибов —
потенциальных продуцентов биологически активных веществ. Разработка
биотехнологических методов получения новых лекарственных препаратов и пищевых
волокон на основе грибов и микроорганизмов. Идентификация новых
микроорганизмов, метаболизирующих органическое вещество и соединения железа,
тяжелых металлов, радионуклидов, серы и азота в экстремальных и умеренных
техногенных и природных экосистемах, в том числе подземных. Разработка
фундаментальных основ новых микробных биотехнологий, переработки руд цветных и
благородных металлов, повышения нефтеотдачи пластов, снижения содержания метана
в угольных шахтах, очистки и ремедиации природных и техногенных экосистем от
нефтяных и других загрязнений. Разработка на основе микроорганизмов новых
промышленных биокатализаторов с измененными свойствами для использования в
пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности и сельском хозяйстве.
Разработка методик санации антропогенно измененных природных объектов с
помощью микроорганизмов. Формулирование закономерностей трофической адаптации
естественных микробных ассоциаций к различным субстратам, содержащим
растительную клетчатку. Разработка технологий утилизации отходов растительного
происхождения и тканевых отходов
52. Физиология нервной и получение новых данных о закономерностях молекулярно-генетической детерминации
висцеральных систем, сложных функций организма и поведения. На основе изучения физиологических
клиническая физиология систем, ответственных за устойчивость к стрессу, водно-солевой гомеостаз,
репродукцию и поведение, установление функций генов, кодируемых ими белков, а
также регуляторных связей между ними, важных для адаптации организма и его
жизнеобеспечения в экстремальных условиях. Получение новых данных о механизмах
функционирования двигательной, вестибулярной и висцеральных систем в норме и в
измененной гравитационной среде. Разработка новых методов и средств диагностики,
профилактики и коррекции нарушений в основных физиологических системах
организма с целью использования в космических полетах, клинической практике и
спортивной медицине. Получение новых результатов по изучению механизмов
физиологического действия инертных газов (аргона, ксенона, криптона и др.) на
организм при нормальном и повышенном давлении. Разработка методик медицинского
обеспечения глубоководных водолазных спусков, а также методик использования
инертных газов в лечебной практике. Получение новых данных о клеточных и
молекулярных механизмах нейрональной пластичности, реализации и управления
различными формами поведения и памяти. Выявление новых нейроспецифических
генов и определение физиологической роли этих генов и продуктов их экспрессии в
функционировании нервной системы на поведенческом, системном, клеточном и
молекулярном уровнях. Определение новых механизмов функционирования сенсорных
и двигательных систем, в том числе описание принципов выделения признаков и
опознания зрительных образов. Разработка протоколов созданных с применением
нанотехнологий молекулярных маркеров физиологической активности нервных клеток
на субклеточном уровне. Получение новых данных о механизмах реализации сознания,
а также когнитивных функций мозга и участии физиологических механизмов
вербального мышления в работе мозга в норме и при патологии. Предложение нового
алгоритма оценки электрических явлений в мозге для создания интерфейса между
мозгом и физическим объектом. Создание программы, обеспечивающей возможность
управления физическими объектами по параметрам активности головного мозга
человека. Получение детальных сведений о различиях в структуре и функции каналов
глутаматных рецепторов, которые будут использованы для создания избирательных
блокаторов этих каналов, как будущих лекарственных веществ, терапевтическая
способность которых будет исследована на моделях патологических состояний.
Проведение ингибиторного анализа взаимодействия холинэстераз различных животных
(позвоночных, насекомых, моллюсков) с 70 фосфорорганическими соединениями для
уточнения представлений о строении активных центров холинэстераз. Получение
новых данных о механизмах действия гормонов инсулинового суперсемейства,
нейрогипофизарной системы, гормонов ретроцеребрального комплекса и
нейромедиаторов у беспозвоночных, позвоночных животных и человека в норме и при
патологических функциональных нарушениях (сахарный диабет, нейродегенерация).
Получение новых сведений об иммунологических механизмах взаимодействия паразита
и хозяина. Использование мультидисциплинарного подхода и новейших методов —
пептидной стратегии, методов иммунологии и этологического контроля, а также
моделирования диабета человека на беспозвоночных животных (моллюски, насекомые)
в рамках новых направлений — эволюционной биомедицины и
психонейроэндокринологии. Получение новых фундаментальных данных о
молекулярно-клеточных, генетических, онтогенетических и нейрогуморальных
механизмах формирования адаптивных (приобретение новых навыков, повышение
устойчивости мозга к неблагоприятным факторам) и патологических (развитие
нейродегенеративных заболеваний, аффективных и когнитивных расстройств и др.)
состояний мозга. Исследование роли ряда гормональных, нейромедиаторных и
внутриклеточных компонентов сигнальной трансдукции в этих процессах, что должно
способствовать разработке новых способов повышения адаптивных возможностей и
защиты мозга от неблагоприятных факторов. Выявление механизмов модуляции
синаптической передачи в метасимпатической нейронной сети, расшифровка ответов
сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и гормональных систем на
адекватные и неадекватные стимулы внешней и внутренней среды. Расшифровка
механизмов обнаружения и опознания сигналов окружающей среды зрительной,
слуховой и вестибулярной системами человека и животных. Установление областей
мозга, участвующих в распознавании зрительных образов, и нейронных механизмов
описания градиента яркости зрительных стимулов. Выявление механизмов локализации
источника звука и разработка параметров акустического интерфейса. Определение
межсенсорной интеграции в реализации вестибулярной функции, установление
локализации шагательных центров спинного мозга с целью восстановления утраченной
двигательной функции человека. При изучении топографической организации базисных
механизмов и основных принципов функционирования мозга человека в обеспечении
конкретных психических функций получение новых данных о мозговом обеспечении
различных психических функций, в том числе о нейрофизиологических свойствах
детектора ошибок и о роли этого феномена в процессах творчества и в развитии
психических заболеваний, о нейрофизиологических основах дефицита внимания и
путях его коррекции, а также о нейрофизиологических механизмах памяти и эмоций.
Разработка основы теории функциональных компонент вызванных потенциалов мозга
человека. При разработке проблемы формирования сознания определение
нейрофизиологических механизмов, обеспечивающих возникновение и развитие
измененных состояний сознания как одной из распространенных адаптивных стратегий
человека. Получение топографических данных (картирование) о роли различных
структур мозга в развитии и поддержании обсессивно-компульсивных расстройств и на
этой основе создание новых и усовершенствование существующих методов их лечения.
Разработка новых способов диагностики и лечения различных видов опухолей
головного мозга, а также новых подходов к лечению ряда других тяжелых заболеваний
мозга. Создание новых радиохимических препаратов для их диагностики, развитие
общей теории стереотаксиса и создание новых аппаратов
53. Эволюционная, экологическая получение новых данных о механизмах адаптации живых систем различного уровня
физиология, системы организации к моделируемым условиям пилотируемого полета на Марс. Разработка
жизнеобеспечения и защиты научно-методических основ медико-биологического обеспечения экспедиции.
человека Формулирование исходных требований к концепции полета и системам обеспечения
жизнедеятельности экипажа, а также баз данных по результатам исследований.
Получение новых данных о механизмах адаптации физиологических систем организма
к экологической и социальной среде. Разработка технологий оценки функциональных
резервов и физической работоспособности человека и прогнозирования риска развития
соматических заболеваний. Предложение типовых паспортов соматического здоровья и
оздоровительно-профилактических программ для различных групп населения.
Формирование баз данных по результатам массовых обследований различных групп
населения. Получение новых экспериментальных данных об отражении
функционального состояния человека-оператора в физиологических показателях и речи,
на основе которых будут разработаны новые подходы к оценке внимания и
утомляемости в процессе деятельности. Получение данных об эволюционных
закономерностях формирования механизмов, обеспечивающих взаимодействие
организма с окружающей средой и регуляцию основных функций. Получение данных о
механизмах функционирования нервных и эндокринных клеток, о механизмах внутри-
и межсистемного взаимодействия, о закономерностях регуляции функций,
обеспечивающих внутри- и межсистемное взаимодействие и взаимодействие организма
с внешней средой, а также о закономерностях формирования этих механизмов в онто- и
филогенезе. Формирование на основании полученных данных теоретических
основ целенаправленной коррекции патологических состояний и нарушений
взаимодействия организма со средой обитания. Характеристика локальных популяций
по концентрации мутаций ядерной и митохондриальной ДНК, ассоциированных с
генетической патологией. Получение на экспериментальных генетических моделях
новых данных по генетической детерминации заболеваний сердечно-сосудистой
системы и по генетико-физиологическим механизмам их формирования. Исследование
функций физиологических систем у представителей различных классов позвоночных и
человека, что позволит выяснить разнообразие способов и молекулярных механизмов
обеспечения стабильности физико-химических констант внутренней среды. Эти
результаты будут иметь значение для клиники экстремальных состояний, решения
актуальных проблем адаптации человека к разнообразным условиям внешней среды.
На основании фундаментальных молекулярно-клеточных и нейроэндокринных
исследований предложение новой технологии повышения резистентности мозга к
стрессовым воздействиям, индуцирующим аффективные расстройства и
нейродегенеративные заболевания. Получение новых данных о принципах и
механизмах формирования компенсаторно-приспособительных возможностей
основных регуляторных систем головного мозга и организма к повседневным
стрессогенным факторам среды обитания у детей и взрослых со сниженным уровнем
здоровья. Получение новых данных о вкладе защитных механизмов центральной
нервной системы в запуск адаптационного ресурса у долгожителей крупного
современного мегаполиса. Изучение психофизиологических механизмов
корригирующего воздействия слабых по интенсивности электрических воздействий на
когнитивные и двигательные функции у больных хроническими заболеваниями
центральной нервной системы. Осуществление практических рекомендаций по
применению здоровьесберегающих методов коррекции дефицита макроэлементов и
йода в питьевой воде посредством ее кондиционирования. Разработка неинвазивных
методов оценки степени утомляемости дыхательных мышц с целью диагностики
функционального состояния респираторной мускулатуры человека. Апробация нового
способа восстановления жизнедеятельности организма экспериментальных животных
при глубоком охлаждении в воде и на воздухе
Мозговая деятельность и Человеческий мозг, Области деятельности мозга
Какова функция мозга?
Можно сказать, что функцией мозга как части Центральной Нервной Системы (ЦНС) является регулирование большинства функций тела и разума. Речь идёт как о жизненно важных функциях, таких как дыхание или сердечные ритмы, так и о базовых, как, например, сон, чувство голода или сексуальный инстинкт, а также о высших функциях, которые активируются, когда мы думаем, вспоминаем или говорим.
В самых древних областях мозга анализируются самые базовые жизненные функции. Эти области расположены в ромбовидном мозге (продолговатый мозг, варолиев мост, мозжечок) и средний мозг . В свою очередь, высшие функции мозга, такие, как рассуждение, внимание управляются полушариями и лобными долями коры головного мозга. Корректная стимуляция может помочь улучшить состояние различных когнитивных способностей (Финисгэрра и др., 2019)
Что такое когнитивные функции?
Когнитивные функции являются умственными процессами, которые позволяют нам принимать, отбирать, накапливать, перерабатывать, создавать и восстанавливать информацию. Это помогает нам понимать окружающий нас мир и общаться с ним.
В течение всего дня мы постоянно используем функции нашего мозга. Вам хочется приготовить отличный завтрак? Хотите прочитать книгу? Водите автомобиль? Ведёте увлекательный разговор с друзьями? Для осуществления всех наших действий необходимы миллионы связей и сложных умственных вычислений для того, чтобы мы могли быть в контакте с окружающим нас миром.
Какие функции являются когнитивными?
Очень часто, когда мы говорим о высших когнитивных функциях, мы имеем в виду когнитивные навыки, необходимые для того, чтобы понимать окружающий нас мир и взимодействовать с ним. Несмотря на то, что иногда мы изучаем их по отдельности, мы должны иметь в виду, что когнитивные функции связаны между собой и иногда пересекаются. Рассмотрим основные из них:
ВНИМАНИЕ: Внимание — это очень сложный умственный процесс, охватывающий множество других процессов, которому трудно дать короткое определение или отнести к какой-то определённой анатомической структуре. Другими словами, внимание — это когнитивная способность, с помощью которой мы выбираем среди внешних (запахи, звуки, образы) и внутренних (мысли, эмоции) стимулов те, которые нам полезны и необходимы для реализации умственной или двигательной активности. Это совокупность различающихся по сложности процессов, которые позволяют нам правильно выполнять другие когнитивные функции. Согласно иерархической модели Солберга и Матиера (Sohlberg & Mateer, 1987; Sohlberg & Mateer, 1989), существуют различные виды внимания в зависимости от степени сложности:
ФОКУСИРОВАННОЕ ВНИМАНИЕ: состояние готовности, бдительность. Способность ответить на стимул.
ПОСТОЯННОЕ ИЛИ НЕОСЛАБНОЕ ВНИМАНИЕ: способность поддерживать внимание в течение не менее трёх минут. Обычно мы называем это концентрацией или сосредоточенностью. Например, мы очень сосредоточены при чтении книги.
ВЫБОРОЧНОЕ ИЛИ СЕЛЕКТИВНОЕ ВНИМАНИЕ: способность удерживать внимание на задаче, не отвлекаясь на факторы окружающей среды, например, шум. Селективное внимание позволяет нам читать книгу под звуки музыки или шум стиральной машины.
ЧЕРЕДУЮЩЕЕСЯ ВНИМАНИЕ: умственная способность быстро переключать внимание с одной задачи на другую. Например, если при чтении мы слышим песню, которая нам нравится, возможно, мы прекратим читать и начнём петь или слушать эту песню, после чего быстро сможем вернуться к чтению книги.
РАЗДЕЛЁННОЕ ВНИМАНИЕ: способность выполнять несколько задач в одно и то же время, т.е. заниматься двумя делами одновременно. Например, когда мы беседуем с другом в баре и одновременно пишем в whatsapp, или когда готовим и при этом разговариваем по телефону (смотрим телевизор, слушаем музыку и т.д.)
Одной единственной анатомической структуры, отвечающей за внимание, не существует, поскольку в эти процессы вовлечён ряд систем. Согласно модели Познера и Петерсена (Познер и Петерсен, 1990), различают три системы внимания:
Ретикулярная система или система активности центральной нервной системы: базовый уровень или состояние сознания, при котором оптимизируется обработка сенсорных стимулов, поступающих в кору головного мозга. Состоит из ретикулярной системы, таламуса, лимбической системы, базальных ганглий и фронтальной коры.
Задняя система внимания: система, которая определяет направленность и местонахождение стимулов, главным образом, визуальных. Участвует в восприятии, визуально-пространственном внимании, обработке новой информации… Основными структурами, связанными с данной системой, являются задняя теменная кора, боковая подушка зрительного бугра, гиппокамп и передняя часть поясной извилины.
Передняя система внимания: позволяет направить внимание на действие. Регулирует и контролирует области, с помощью которых выполняются сложные когнитивные задачи. Состоит из передней части поясной извилины, дорсолатеральной префронтальной коры, орбитофронтальной коры, неостриатума, дополнительной моторной коры и вентральной тегментальной области.
ПАМЯТЬ: память представляет собой очень сложный процесс, позволяющий кодировать, хранить и восстановливать информацию. Для всего этого необходимо, чтобы система внимания работала корректно. Без внимания невозможно кодировать, хранить и восстанавливать информацию. Память можно классифицировать по двум критериям:
1- ВРЕМЕННОЙ КРИТЕРИЙ:
Кратковременная память:
— Немедленная память
— Оперативная или рабочая память: пассивная краткосрочная система хранения информации. Например, когда мы запоминаем номер телефона до того момента, как запишем его на бумаге.
Долгосрочная память
2 -ПО ЗАДЕЙСТВОВАННЫМ ОБЛАСТЯМ МОЗГА:
Декларативная (эксплицитная) память: воспоминания, которые можно пробудить осознанно.
— Эпизодическая — это автобиографическая память, благодаря которой мы можем вспоминать наше прошлое. Например, куда вы ездили в отпуск в прошлом году, когда закончили учёбу, когда поженились или вышли замуж.
— Семантическая: этот вид памяти относится к тому, что мы выучили, а также к общим знаниям об окружающем нас мире. Какой город является столицей Франции? Что такое квадратный корень?
В данный вид памяти вовлечены структуры медиальной височной доли и промежуточного мозга.
Недекларативная или имплицитная память: относится к непроизвольным воспоминаниям, а также к некоторым способностям или навыкам, таким, как, например, езда на велосипеде или катание на коньках. В данной ситуации вовлечены такие области мозга, как неокортекс, стриарная кора, миндалина (при эмоциях) и мозжечок, рефлекторные пути.
Кроме прочего, необходимо иметь ввиду, что, например, зоны хранения информации расположены в височных долях, однако более стратегические составляющие больше связаны с лобными долями.
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ: являются самыми сложными когнитивными функциями. Несмотря на существование различных определений исполнительной функции, почти все они сводятся к контролю когнитивности и регулированию мышления и поведения при помощи различных взаимосвязанных процессов. Речь идет о совокупности таких сложных способностей как направление внимания, планирование, программирование, регулирование и проверка преднамеренного поведения. Находятся в префронтальной коре мозга. М. Лезак группирует эти функции следущим образом:
1- Постановка целей:
— Самосознание
— Форма восприятия нашей связи с окружающим миром
2 -Планирование этапов и стратегий для достижения целей:
— Способность абстрагироваться
— Когнитивная гибкость, т.е. способность к альтернативному мышлению
— Способность оценить различные варианты поведения и выбрать один из них
3- Способности, связанные с исполнением действия:
— Способность упорядоченно и комплексно начинать, поддерживать и чередовать действия
4- Способности эффективно выполнять действия или следовать линии поведения:
— Контроль времени
— Использование обратной связи
— Саморегулирование поведения
Мы используем их ежедневно в повседневной жизни, например, планируя отпуск. Сколько у нас будет времени, что мы успеем сделать за это время? Какой маршрут нас интересует больше всего? На каком транспорте мы будем перемещаться с одного места на другое? Когда мы готовим, мы также используем наши исполнительные навыки для того, чтобы достичь цели: от выбора продуктов и посуды до необходимости одновременно следить за несколькими кастрюлями или сковородками, подсчитывать время приготовления, следовать рецепту… Например, если мы хотим приготовить картофельный омлет, сначала нам нужно разбить яйца, почистить и нарезать картошку.
РЕЧЬ: речь — это символическая система коммуникации людей посредством языков. Речь важна не только для нашего общения с другими людьми, но и для структурирования мышления. В обработке речи участвуют различные области головного мозга, взамодействующие между собой посредством различных функциональных систем, главным образом, в левом полушарии. Речь идёт прежде всего о двух корковых областях, главным образом, левого полушария, отвечающих за выражение и принятие речи.
1- ОБЛАСТЬ ВЫРАЖЕНИЯ РЕЧИ: включает в себя различные области коры головного мозга:
— Префронтальная область: вовлечена в мотивационные процессы в языке. Это там, где начинается коммуникация — как вербальная, так и письменная (связанная с исполнительными функциями).
— Центр Брока: расположен в левой лобной доле, связан с воспроизведением и обработкой разговорной речи.
— Первичная моторная кора: инициирует фонаторные движения, необходимые для произношения слов и выполнения движений при письме.
2- ОБЛАСТЬ ПРИНЯТИЯ РЕЧИ: в неё входят:
— Затылочная доля: позволяет идентифицировать лингвистические изображения.
— Теменная доля: ответственна за объединение зрительных и слуховых стимулов.
— Левая височная доля: отвечает за процессы синтеза звуков речи, а также их понимания. Она находится: в области Хешла (первичная звуковая область; принимает звуки для того, чтобы кодировать их в мультимодальной области) и Область Вернике (связана с пониманием речи; наделяет смыслом воспринимаемые звуки).
Для правильного функционирования речи необходимы не только кортикальные области, но и их взаимосвязь с подкорковыми структурами, такими, как верхний продольный пучок (связывает Центр Брока с Областью Вернике), таламус (важен для регулирования речи, поскольку связывает области понимания и выражения речи), коленчатое ядро и ядро зрительного бугра, базальные ганглии и мозжечок (отвечают за беглость, ритм и тон речи), и т.д.
ФУНКЦИИ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ И ЗРИТЕЛЬНО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ФУНКЦИИ: к ним относят те функции, которые позволяют нам распознавать и различать стимулы. Они помогают нам трактовать, объяснять и связывать то, что мы видим, со знакомыми нам категориями и, таким образом, запоминать. Корректная работа данных функций позволяет нам, например, узнавать лица родных и друзей, или отличать расчёску от ключей или шляпы.
Зрительно-пространственные функции используются для анализа, понимания и управления пространством, в котором мы живём (двух- или трёхмерным). Они охватывают такие процессы, как ментальная навигация, восприятие расстояния и глубины, визуально-пространственное построение, ментальная ротация. Такие задачи, как чтение карты или ориентирование в городе, а также, например, оценка на каком расстоянии находится проезжающий автомобиль в случае, если мы решаем перейти дорогу на красный свет, или оценка того, как пройти, не задевая предметы на нашем пути.
В то время, как при речи доминирует левое полушарие, при восприятии — правое. Пространственный анализ, распознавание лиц, карт или предметов, обработка музыки, проприоцептивные чувства, мимика, жесты лица и моторные действия, не требующие вербального контроля, регулируются главным образом затылочными и теменными долями правого полушария и их связями с другими областями головного мозга.
Зачем мы пользуемся функциями мозга?
В течение всего дня мы используем наш мозг для выполнения тысяч физических заданий, для осуществления которых необходимы миллионы сложных умственных расчётов в различных областях мозга. Ниже мы продемонстрируем вам некоторые примеры того, как в повседневной жизни вы используете ваши когнитивные способности в сочетании с функциями мозга:
- Является ли приготовление пищи хорошим упражнением для мозга? Когда вы готовите, вам нужно следить за несколькими кастрюлями и сковородками одновременно, при этом вы ещё думаете о гостях и вспоминаете рецепт блюда.
- Какие функции мозга должны активироваться для успешного руководства совещанием? Руководство рабочим совещанием или семейным советом — сложная задача, при которой необходимо, чтобы ваш мозг активировал определённые нейронные сети и функции, связанные с вниманием, концентрацией, способностью внимательно слушать, скоростью ответа и т.д.
- Запуск воздушного змея? Большинство людей считает, что расслабление — это естесственный процесс, однако без основных когнитивных способностей расслабиться было бы невозможно.
- Вождение автомобиля? Даже если вы прекрасный водитель, для того, чтобы добраться до пункта назначения, нужны навыки, концентрация и широкая гамма когнитивных способностей
- Встретиться с другом? Жизнь была бы очень скучной и одинокой, если бы у нас не было когнитивных способностей, позволяющих нам знакомиться и общаться с людьми, которые нас окружают.
Referencias: Finisguerra, A. Borgatti, R., Urgesi, C. (2019). Non-invasive Brain Stimulation for the Rehabilitation of Children and Adolescents With Neurodevelopmental Disorders: A systematic Review. Front Psychol. vol. 10 (135). • Posner, M. I. y Petersen, S. E. (1990). The attention system of the human brain. Annual Review of Neuroscience, 13, 25-42. • Sohlberg, M. M. y Mateer, C. A. (1987). Effectiveness of an attention-training program. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 9 (2), 117-130. •Sohlberg, M. M. y Mateer, C.A. (1989) Introduction to Cognitive Rehabilitation. New York: Guilford.
они смогли объяснить то, что сотни лет было загадкой для науки: Здоровье: Наука и техника: Lenta.ru
Ученым удалось доказать, что восприятие жгучести перца сходно с реакцией на прикосновение к плите
Еще в 1950-х годах несколько исследований показали, что, если приложить красный перец к губам или рту человека, то голова начинает потеть. За это отвечает содержащееся в растении активное соединение капсаицин. Выяснилось, что оно влияет на сенсорные нервные клетки, вызывая ионные потоки. В конце 1990-х выяснить, какой рецептор активирует капсаицин, решился родившийся в семье еврейских эмигрантов из России и живший на Брайтон-Бич физиолог Дэвид Джулиус, к тому времени уже работавший в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Вместе с постдоком Майклом Катериной он создал библиотеку комплементарных ДНК из спинальных ганглиев грызунов, которые содержали активируемые капсаицином сенсорные нейроны. В нечувствительных к соединению нейронах проделали отверстия в мембранах. Как результат, ученым удалось выделить ДНК-клон, который мог создавать реакцию на капсаицин. Он кодировал мембранный белок, принадлежавший к суперсемейству каналов с транзиторным рецепторным потенциалом (TRP). Эти белки способны пропускать положительно заряженные частицы — с зарядом которых перемещался и сигнал.
По своим свойствам рецептор напоминал каналы в сенсорных нейронах. Он экспрессировался в нейронах спинального ганглия, отвечающих за болевые ощущения, а активировался теплом — это приводило к притоку ионов кальция сквозь канал внутрь клетки, как и в сенсорных нейронах. Порог активации у рецептора оказался примерно таким же, как и порог для боли от высокой температуры — около 40 градусов Цельсия. Более поздние исследования подтвердили, что TPRV1 играет ключевую роль в реакции на «горячесть» у человека.
По структуре каналы TRP оказались похожими на натриевые и калиевые каналы, отвечающие за разность потенциалов — двое «ворот», открывающихся под действием температуры. Вскоре были открыты и другие «родственные» рецепторы — TRPM3 и TRPA1, а также TRPM2, который отвечает за приятное ощущение от тепла. Совместно с другим лауреатом премии этого года — эмигрировавшим в США ливанцем армянского происхождения Ардемом Патапутяном в экспериментах с ментолом обнаружили TRPM8 — аналог TPRV1 для холода.
|
Введение Физиология — наука о механизмах и процессах жизнедеятельности здорового человека. Понятие об организме, составных его элементах. Уровни структурно-функциональной организации человеческого организма. Связь физиологии с другими науками. Физиология как научная основа медицины. Этапы развития физиологии. Период отдельных открытий (принципиальная роль работ У.Гарвея, Р.Декарта). Становление и развитие физиологии в XIX-XX вв. (И.Мюллер, К.Бернар, К.Людвиг, Э.Дюбуа-Реймон, Г.Гельмгольц, Ч.Шеррингтон, У.Кеннон, Ф.В.Овсянников, И.М.Сеченов, Н.А.Миславский, И.П.Павлов, Н.Е.Введенский, А.А.Ухтомский, А.Ф.Самойлов, Л.А.Орбели, П.К.Анохин, В.В.Парин, В.Н.Черниговский, Л.С.Штерн и др.). Вклад отечественных физиологов в развитие физиологической науки (И.А.Ветохин, И.А.Булыгин, Г.С.Юньев, Н.И. Гращенков, Г.А.Фещенко, А.С.Дмитриев). Особенности современного периода развития физиологии. Развитие аналитического и интегративного направления. Физиология человека и научно-технический прогресс. Использование достижений техники в физиологии — телеметрия, вычислительная техника, физиологическая кибернетика. Системный подход к изучению процессов жизнедеятельности организма. 1. Общая физиология Основные понятия физиологии Понятие о физиологических функциях и процессах. Основные функции клеток организма (обмен веществ и энергии, дыхание, раздражимость [возбудимость], проводимость, подвижность, сократимость, транспорт веществ, воспроизведение). Основные функции нервной, мышечной, эпителиальной и соединительной тканей. Основные функции органов. Понятие о системном принципе организации функций. Понятие о единстве организма и среды его существования. Физиология возбудимых тканей Понятие о раздражимости и возбудимости как основе реагирования ткани (клетки) на раздражение. Возбуждение и формы его проявления. Классификация раздражителей. Характеристики раздражителей, имеющие значение для возникновения возбуждения. Показатели (параметры) возбудимости (порог силы, порог времени, минимальный градиент раздражения). Понятие о реобазе и хронаксии. Соотношение между силой раздражителя и временем его действия на возбудимую ткань, имеющее значение для возникновения возбуждения. Кривая “сила — длительность”. Понятие о лабильности (Н.Е.Введенский). Законы реагирования возбудимых тканей на действие раздражителей (закон силы, длительности, “Все или ничего”, градиента раздражения и др.). Реакция возбудимых тканей на действие постоянного электрического тока (полярный закон). Современные представления об особенностях строения мембран возбудимых клеток, обеспечивающих их функции. Ионные каналы, ионные насосы и механизмы их действия, мембраносвязанные рецепторы. Ионные градиенты и их роль в возникновении электрических потенциалов клеток. Мебранный потенциал покоя, его происхождение, механизм поддержания потенциала покоя (селективная проницаемость мембраны клетки, работа K- Na насоса и др.). Биопотенциалы как носители информации в живых организмах. Современные представления о механизмах и фазах развития потенциала действия. Сравнительная характеристика локального ответа и потенциала действия. Изменения возбудимости в процессе возбуждения. Рефрактерность, ее причины и значение. Нейрон. Функциональная классификация нейронов. Физиологические свойства нервных клеток и функции структурных элементов нейрона (сома, аксон, дендриты). Морфологические и биофизические особенности нейронов, обеспечивающие их специфические функции (восприятие, интеграция, передача информации). Особенности возникновения и распространения возбуждения в нейроне. Рецептор. Понятие о рецепторах, воспринимающих действие раздражителей внешней и внутренней среды организма. Роль, классификация, основные свойства (высокая чувствительность к действию адекватного раздражителя, фоновая импульсация, адаптация и др.). Механизмы преобразования энергии раздражителя в нервную активность в первично- и вторичночувствующих рецепторах. Понятие о принципах аналогового и дискретного кодирования в рецепторах. Рецептивное поле и рефлексогенная зона. Понятие о мембраносвязанных рецепторах, воспринимающих действие биологически активных веществ (плазматическая мембрана и мембрана ядра клетки). Нервное волокно. Физиологическая роль структурных элементов нервного волокна. Механизм и законы проведения возбуждения по нервному волокну. Аксональный транспорт веществ, его значение. Факторы роста. Характеристика нервных волокон типа А, В, С. Синапс. Строение и классификация синапсов, их физиологическая роль. Современные представления о механизмах передачи возбуждения в синапсах. Медиаторы, их классификация, синтез, секреция, переход в синаптическую щель, взаимодействие с рецепторами постсинаптической мембраны. Постсинаптические потенциалы. Общие свойства синапсов ( на примере мионеврального синапса). Мышцы. Скелетные мышцы. Физические и физиологические свойства скелетных мышц. Виды и режимы сокращения. Одиночное сокращение и его фазы. Суммация сокращений, тетанус. Зависимость амплитуды сокращения от частоты раздражения. Оптимум и пессимум (Н.Е.Введенский). Тонус мышц. Сила и работа мышц. Закон средних нагрузок. Типы мышечных волокон. Двигательные единицы и их особенности в разных мышцах. Изменения в мышце, наступающие после ее денервации. Физиологическое обоснование применения методов, задерживающих развитие атрофии мышц и способствующих восстановлению их функций (электростимуляция, массаж и др.). Механизм сокращения и расслабления одиночного мышечного волокна и мышцы (теории скольжения нитей и вкручивания). Электромиография. Обеспечение метаболизма мышцы, как органа, в условиях относительного покоя и при различных уровнях физической нагрузки (кровоток, потребление кислорода и питательных веществ, энергозатраты). Гладкие мышцы. Физиологические свойства и особенности гладких мышц в сравнении со скелетными мышцами. Передача возбуждения с нервного волокна на гладкую мышцу. Виды медиаторов. Рецепторы гладкомышечных волокон ( альфа- и бета-адренорецепторы, М-холинорецепторы и др.). Роль ионов кальция в осуществлении функций гладких мышц. Понятие о природе тонуса гладких мышц и его коррекции. Общая физиология нервной системы. Функции нервной системы и ее роль в обеспечении жизнедеятельности целостного организма и его взаимоотношений с внешней средой. Методы исследования нервной системы. Нейрон Объединение нейронов в нервные цепи. Виды и функции этих объединений. Основные принципы распространения возбуждения в нервных цепях (дивергенция, конвергенция, реверберация и др.). Детерминированность и изменчивость нейронных цепей. Понятие о проводящих путях и их функциях. Другие структуры и клетки нервной системы. Роль нейроглии. Особенности строения и функций синапсов ЦНС в сравнении с периферическими синапсами. Нейромедиаторы. Нервные центры. Физиологическое понятие нервного центра. Функции нервных центров, их свойства (пространственная и временная суммация, трансформация ритма возбуждений, тонус, пластичность, утомление нервных центров). Афферентные и эфферентные нервные пути, их разновидности и функции. Рефлекторный принцип функционирования нервной системы (Р.Декарт, Г.Прохазка, И.М.Сеченов, И.П.Павлов, П.К.Анохин). Рефлекс — приспособительная ответная реакция организма на действие раздражителей. Виды рефлексов. Понятие о рефлекторной дуге. Обратная связь и ее значение. Многоуровневая организация рефлекса. Субстрат, механизм и формы проявления возбуждения на нейроне, в нервном центре. Торможение в нервной системе (И.М.Сеченов, Ф.Гольц). Современные представления о механизмах центрального торможения (Дж.Экклс, Реншоу). Типы тормозных процессов: первичное (постсинаптическое, пресинаптическое), вторичное (пессимальное, торможение после возбуждения). Взаимодействие процессов возбуждения и торможения — основа координационной деятельности центральной нервной системы. Основные принципы координации: принцип сопряженного (реципрокного) торможения, принцип общего конечного пути (Ч.Шеррингтон), принцип доминанты (А.А.Ухтомский), принцип обратной афферентации (П.К.Анохин). Взаимодействие различных рефлексов (аллиированные, антагонистические, цепные рефлексы). Вегетативная нервная система. Роль вегетативной нервной системы (ВНС) в обеспечении жизнедеятельности целостного организма. Функции ВНС. Сравнительная характеристика общего плана строения и физиологических свойств ВНС и соматической нервной системы (афферентные, центральные, эфферентные отделы). Сравнительная характеристика строения и физиологических свойств симпатического и парасимпатического отделов ВНС. Понятие о метасимпатической нервной системе. Вегетативные ганглии, их функции (передаточная, рефлекторная, интегративная). Преганглионарные и постганглионарные нервные волокна, их морфологические и функциональные различия. Проведение возбуждения в преганглионарных и периферических синапсах (медиаторы, виды рецепторов пре- и постсинаптических мембран). Понятие о принципах коррекции вегетативных функций посредством воздействия на медиаторно-рецепторные механизмы. Общая характеристика влияния симпатического и парасимпатического отделов ВНС на эффекторные органы, сенсорные функции. Синергизм и относительный антагонизм их влияний. Вегетативные рефлексы. Вегетативные центры, их тонус. Взаимодействие соматической и ВНС в регуляции функций организма. Адаптационно-трофическая функция ВНС. Участие ВНС в интеграции функций при формировании целостных поведенческих актов. Вегетативное обеспечение соматических функций. Эндокринная система Значение эндокринной системы для жизнедеятельности организма. Современные представления о функциях эндокринной системы (железы внутренней секреции, диффузные элементы), ауто- и паракриния. Общая характеристика и классификация гормонов. Механизмы действия гормонов, представления о рецепторах гормонов и системе вторичных посредников. Регуляция секреции гормонов. Связи желез внутренней секреции и нервной системы. Участие эндокринной системы в регуляции гомеостаза. Методики изучения функций желез внутренней секреции. Гипофиз, его функции, морфологические и функциональные связи с гипоталамусом. Гормоны гипофиза и гипоталамуса, их роль в регуляции деятельности эндокринных и неэндокринных органов. Взаимодействие нервных и гуморальных механизмов регуляции функций на гипоталамическом уровне. Наиболее частые проявления нарушений эндокринной функции гипофиза и гипоталамуса. Эпифиз, его эндокринные функции. Щитовидная железа. Тиреоидные гормоны, механизмы их действия и вызываемые ими эффекты. Участие тиреоидных гормонов в процессах адаптации. Регуляция секреции гормонов. Характерные проявления избыточного или недостаточного выделения гормонов Кальцитонин, его роль в регуляции обмена кальция и фосфора. Околощитовидные железы. Гормоны. Регуляция гомеостаза кальция и фосфора в организме. Роль кальцитонина, паратгормона и витамина Д в этом процессе. Надпочечники. Гормоны коркового и мозгового вещества надпочечников. Механизмы действия гормонов и вызываемые ими эффекты. Регуляция секреции гормонов. Характерные проявления избыточной или недостаточной секреции гормонов. Регуляция функций надпочечников. Половые железы. Половые гормоны. Механизмы действия гормонов и вызываемые ими эффекты. Механизмы регуляции секреции гормонов. Характерные проявления избыточного или недостаточного выделения гормонов. Возрастные особенности эндокринной функции половых желез. Эндокринная функция плаценты. Поджелудочная железа, ее эндокринная функция. Гормоны и их роль в регуляции углеводного, жирового и белкового обмена. Механизмы действия гормонов. Регуляция секреции гормонов. Понятие о состояниях гипо- и гипергликемии и их причинах. Вилочковая железа. Понятие об AРUD- системе кишечника. Эндокринная функция сердца. Эндокринная функция печени. Эндокринная функция почек. Гормональные механизмы поддержания водно-электролитного баланса в организме (антидиуретический гормон, ренин-ангиотензин-альдостероновая система, предсердный натрийуретический фактор, простагландины). Участие желез внутренней секреции в приспособительной деятельности организма. Общий адаптационный синдром, cтресс. Понятие регуляции функций. Механизмы регуляции функций организма. Уровни регуляции: клеточный, тканевой, органный, организменный. Типы регуляции (по возмущению и по отклонению). Принципы надежности регуляции. Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций (местная гуморальная и эндокринная регуляция). Взаимодействие нервных и гуморальных механизмов регуляции, их сравнительная характеристика. Системный принцип регуляции функций. Понятие системы (И.П.Павлов). Функциональная система (П.К.Анохин), принцип саморегуляции. Понятие о гомеостазе. Механизмы регуляции гомеостаза. Возрастные особенности формирования и регуляции физиологических функций. Системогенез. II. Частная физиология Жидкие среды организма (кровь, лимфа, межклеточная жидкость, внутриклеточная жидкость, ликвор и др.), их объемное распределение в организме. Понятие о внутренней среде организма. Гомеостаз. Кровь. Понятие о системе крови (Г.Ф.Ланг). Состав, количество, свойства, основные функции крови. Основные физиологические константы крови, характеризующие гомеостаз. Электролитный состав плазмы крови. Осмотическое давление крови и его регуляция, роль в обмене воды и электролитов между кровью и тканями. Понятие о состоянии гипер- и дегидратации тканей. Белки плазмы крови, их классификация и значение. Онкотическое давление плазмы и его роль. Реологические свойства крови. Кислотно-основное состояние крови. Физико-химические и физиологические механизмы, обеспечивающие постоянство pH крови. Понятие об ацидозе и алкалозе, механизмы их возникновения. Эритроциты. Особенности строения и свойств, обеспечивающие выполнение ими функций. Количество эритроцитов в крови, методики подсчета. Гемоглобин, его функции. Особенности строения и свойств, обеспечивающие выполнение его функций. Виды гемоглобина, количество, методы определения. Цветовой показатель и его расчет. Гемолиз и его виды. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) и факторы, влияющие на нее. Лейкоциты, их виды, количество, методы подсчета. Особенности строения и свойств, обеспечивающие выполнение ими функций. Понятие о лейкоцитозе и лейкопении. Лейкоцитарная формула: зернистые и незернистые лейкоциты, их разновидности, количество, функции, продолжительность жизни. Понятие о Т- и В- лимфоцитах. Кровяные пластинки (тромбоциты), их количество, строение, функции, продолжительность жизни. Система гемостаза. Первичный (сосудисто-тромбоцитарный) и вторичный (коагуляционный) гемостаз и его значение. Ферментативная теория гемостаза А.А.Шмидта. Современные представления об основных факторах, участвующих в свертывании крови (тканевые, плазменные, тромбоцитарные, эритроцитарные, лейкоцитарные). Фазы свертывания крови. Фибринолиз. Роль сосудистой стенки в регуляции свертывания крови и фибринолизе. Группы крови. Системы АВО, НLА, Rh. Основные принципы подбора донорской крови. Факторы риска для реципиента. Правила переливания крови. Кровезамещающие растворы, требования, предъявляемые к ним, их классификация по виду выполняемой ими функции в организме. Основные показатели общего анализа крови. Физиологическая оценка результатов исследования. Понятие о возрастных нормах. Диагностическое значение общего анализа крови. Гемопоэз. Нервные и гуморальные механизмы регуляции гемопоэза. Лимфа, ее количество, состав, физико-химические свойства, функции. Ликвор, количество и образование ликвора, ликвородинамика. Физико-химические свойства, функции ликвора. Значение исследования ликвора для диагностики. Другие жидкие среды организма (интерстициальная, внутриклеточная и др.), их состав, физико-химические свойства и физиологическая роль. Физиология кровообращения. Роль и место системы кровообращения в организме как системы, обслуживающей метаболические процессы. Структурно-функциональная характеристика системы кровообращения. Сердце. Кровоснабжение миокарда. Кровоток в коронарных сосудах в систолу и диастолу. Потребление кислорода и питательных веществ сердцем в условиях относительного покоя и при физической нагрузке. Строение, физиологические свойства и функции проводящей системы сердца. Современное представление о субстрате, природе и градиенте автоматии. Взаимодействие проводящей системы сердца с типичными кардиомиоцитами. Ход распространения возбуждения в сердце. Электромеханическое сопряжение. Роль ионов кальция. Строение, физиологические свойства и функции сократительного миокарда. Законы сокращения сердца. Функции предсердий, желудочков и клапанов сердца. Направление потоков крови. Связь большого и малого кругов кровообращения. Последовательность фаз и периодов сердечного цикла. Положение клапанов, изменение давления и объемов крови в полостях сердца в различные фазы кардиоцикла. Сравнительная характеристика насосной функции правого и левого желудочков. Систолический и минутный объемы крови в условиях относительного покоя и при физической нагрузке. Методы их определения. Фракция выброса, сердечный индекс. Работа сердца. Резервы сердечной деятельности и коронарного кровотока, их реализация при физической нагрузке. Электрические проявления сердечной деятельности. Электрокардиография (ЭКГ). Формирование различных компонентов ЭКГ. Общий план анализа и критерии нормы ЭКГ, ее диагностическое значение. Экстрасистолы: предсердная, желудочковая. Звуковые проявления сердечной деятельности. Тоны сердца, их происхождение. Аускультация и фонокардиография (ФКГ), их диагностическое значение. Механические проявления сердечной деятельности. Верхушечный толчок, артериальный и венозный пульс. Сфигмография (СГ), флебография (ФГ) и их диагностическое значение. Ультразвуковая кардиография. Инвазивные методики исследования сердечной деятельности. Поликардиография. Сопоставление во времени периодов и фаз сердечного цикла, электрических (ЭКГ), звуковых (ФКГ) и механических проявлений сердечной деятельности. Регуляция сердечной деятельности (миогенная, нервно-рефлекторная, гуморальная). Возрастные изменения сердечной деятельности. Гемодинамика. Морфологическая и функциональная классификация кровеносных сосудов. Основные законы гемодинамики. Понятие о системном, органном и местном кровотоке. Факторы, обусловливающие движение крови по сосудам. Объемная и линейная скорости кровотока в различных отделах сосудистого русла, факторы их определяющие. Периферическое сопротивление кровотоку, его значение. Кровяное давление, его виды: артериальное (систолическое, диастолическое, пульсовое, среднее), венозное. Роль кровяного давления; факторы, определяющие его величину. Давление крови в различных участках сосудистого русла. Артериальное давление при различных функциональных состояниях организма. Понятие о «нормальных величинах» АД, возрастные изменения АД. Методики измерения кровяного давления. Артериальный пульс, его происхождение и характеристика. Скорость распространения пульсовой волны, методики исследования и регистрации. Ток крови в венозных сосудах, венозный возврат крови. Давление крови в венах. Центральное венозное давление. Венозный пульс, методики исследования и регистрации. Микроциркуляция. Структурно-функциональная характеристика основных компонентов микроциркуляторного русла. Понятие о тканевом функциональном элементе(А.М.Чернух). Капиллярный кровоток и его особенности. Пре- и посткапиллярное сопротивление, кровяное давление в капиллярах разных органов. Транскапиллярный обмен жидкости и различных веществ между кровью и тканями и его механизмы. Факторы, влияющие на процессы микроциркуляции и транскапиллярного обмена (показатели гемодинамики, свойства крови, состояние сосудистой стенки, лимфоотток, свойства межклеточной жидкости). Органное кровообращение. Кровообращение в мозге, миокарде, легких и других органах, его регуляция. Понятие о методах изучения органного кровообращения. Регуляция кровообращения как системы обслуживания обменных процессов организма. Регулируемые параметры системы кровобращения: сердечная деятельность, тонус сосудов, объем циркулирующей крови, ее состав и свойства. Приспособление сердечной деятельности к потребностям организма. Сосудистый тонус, его природа. Регуляция сосудистого тонуса как основной механизм поддержания давления крови в системном кровотоке и местного кровотока. Рефлекторная регуляция тонуса сосудов. Сосудодвигательный центр и его эфферентные влияния. Афферентные влияния на сосудодвигательный центр. Гуморальная регуляция тонуса сосудов (гормоны, биогенные амины, кининовая система, простагландины, оксид азота, эндотелины, метаболиты). Функциональная система, обеспечивающая регуляцию системного артериального давления (срочные, промежуточные по времени и долговременные механизмы). Физиологические предпосылки нарушения уровня артериального давления и теоретические основы коррекции этих нарушений. Возрастные особенности гемодинамики. Рекомендации по здоровому образу жизни для сохранения функций сердечно-сосудистой системы и увеличения ее резервов. Факторы риска. Лимфатическая система, ее строение и функции. Лимфообразование и механизмы его регуляции. Факторы, обеспечивающие лимфоотток и механизмы его регуляции. Физиология дыхания. Роль и место системы дыхания в организме, как системы, обслуживающей метаболические процессы. Клеточное дыхание. Основные этапы дыхания (внешнее дыхание, система транспорта газов кровью, газообмен). Внешнее дыхание. Физиология дыхательных путей. Регуляция их просвета. Значение мерцательного эпителия. Дыхательный цикл. Вентиляция легких, ее неравномерность в разных отделах. Эластические свойства грудной клетки. Сурфактант. Давление в плевральной полости, его роль и изменение при дыхании. Механизм вдоха и выдоха. Работа дыхательных мышц. Взаимосвязь между легочным кровотоком, вентиляцией и гравитацией. Показатели внешнего дыхания (жизненная емкость легких, минутный объем дыхания, потоковые характеристики внешнего дыхания, кривая “поток — объем”), и их изменения при обструктивных и рестриктивных нарушениях. Спирометрия, спирография, пневмотахометрия. Газообмен в легких. Состав атмосферного, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и напряжение их в крови. Относительное постоянство состава альвеолярного воздуха. Диффузионная способность легких. Факторы, влияющие на процессы диффузии кислорода и углекислого газа между альвеолярным воздухом и кровью. Транспорт газов кровью. Соединение гемоглобина с газами. Факторы, влияющие на сродство гемоглобина к кислороду и углекислому газу. Внутриэритроцитарная система кислородсвязующих свойств крови. Кислородная емкость крови. Газообмен между кровью и тканями. Коэффициент утилизации кислорода тканями в покое и при физической нагрузке. Регуляция дыхания, как средство удовлетворения потребностей клеточного дыхания и поддержания газовых констант крови (pО2 , pСО2, pН). Регулируемые показатели внешнего дыхания — частота, глубина дыхания. Дыхательный центр, его отделы. Механизмы, обеспечивающие дыхательную периодику. Рецепторы дыхательных путей, легких и дыхательных мышц. Рефлекторные реакции на их растяжение. Рефлексы Геринга-Брейера. Рецепторы рН, СО2 и О2 в организме и их роль. Взаимосвязь между газообменом и кислотно-щелочным равновесием. Функциональная система поддержания относительного постоянства напряжения газов во внутренней среде организма. Изменения показателей внешнего дыхания при изменении pН и газового состава крови. Соотношение между вентиляцией альвеол и кровотоком в малом кругу кровообращения, механизмы, обеспечивающие его постоянство в условиях изменения газового состава и pН крови. Внешнее дыхание при мышечной работе, повышенном и пониженном давлении воздуха. Дыхание и фонация. Первый вдох новорожденного. Гипоксия и ее признаки. Теоретические основы различных видов искусственного дыхания. Функциональные резервы организма в осуществлении газообмена. Физиология пищеварения. Роль и место системы пищеварения в организме как системы, обслуживающей обменные процессы. Общая характеристика функциональной системы питания, роль и место в ней процессов пищеварения. Пищевые мотивации. Физиологические механизмы голода и насыщения. Аппетит. Представление И.П.Павлова о пищевом центре. Типы пищеварения в зависимости от особенностей гидролиза и его локализации. Экспериментальные и клинические методы исследования функций желудочно-кишечного тракта. Значение работ И.П.Павлова в развитии представлений о функциях и механизмах регуляции секреторной функции пищеварительных желез. Пищеварительные и непищеварительные функции желудочно-кишечного тракта. Пищеварение в полости рта. Механическая и химическая обработка пищи. Слюноотделение, жевание, глотание. Механизмы их регуляции. Количество, состав и свойства слюны. Роль слюны в пищеварении. Пищеварение в желудке. Состав и свойства желудочного сока. Роль соляной кислоты и слизи желудочного сока. Фазы и механизмы регуляции секреции желудочных желез натощак и после приема пищи. Моторная и эвакуаторная функции желудка натощак и после приема пищи, их регуляция. Пищеварение в двенадцатиперстной кишке. Роль поджелудочной железы в пищеварении. Состав и свойства сока поджелудочной железы. Механизмы регуляции секреции сока поджелудочной железы натощак и после приема пищи. Роль печени в пищеварении. Желчеобразование и желчевыделение. Состав и свойства желчи, ее участие в процессах пищеварения. Механизмы регуляции желчеобразования и желчевыделения натощак и после приема пищи. Пищеварение в тощей и подвздошной кишке. Состав и свойства кишечного сока. Механизмы регуляции кишечной секреции. Полостной и мембранный гидролиз питательных веществ. Моторная функция тонких кишок и ее регуляция. Пищеварение в толстом кишечнике. Значение для организма микрофлоры толстого кишечника. Моторная деятельность толстого кишечника. Дефекация. Всасывание продуктов гидролиза жиров, белков и углеводов в различных отделах пищеварительного тракта, его механизмы. Сопряжение гидролиза и всасывания (пищеварительно-транспортный конвейер). Регуляция всасывания. Возрастные особенности пищеварения. Нервные, гуморальные и местные механизмы регуляции пищеварительных функций и их соотношение в различных отделах желудочно-кишечного тракта. Значение кровотока в желудочно-кишечном тракте для его жизнедеятельности и осуществления функций. Обмен веществ и энергии . Питание Определение понятия обмен веществ и энергии. Обмен веществ между организмом и внешней средой как основное условие жизни. Характеристика процессов анаболизма и катаболизма, их взаимосвязь, соотношение этих процессов в различных условиях жизнедеятельности. Пластическая роль обмена веществ. Незаменимые для организма вещества. Общие представления об обмене жиров углеводов и белков. Азотистое равновесие. Положительный и отрицательный баланс азота. Энергетическая роль обмена веществ. Источники энергии. Энергетический баланс организма. Методы определения энергозатрат организма (прямая и непрямая калориметрия). Калорическая ценность различных питательных веществ. Калорический эквивалент кислорода. Дыхательный коэффициент. Основной обмен, величина и факторы его определяющие. Энергозатраты организма в условиях основного обмена. Значение исследования основного обмена. Энергозатраты организма при различных видах трудовой деятельности ( в соответствии со степенью тяжести физического труда). Специфически-динамическое (термогенное) действие пищи. Использование данных об энергозатратах организма и потребностях организма в пластических веществах для составления пищевых рационов. Принципы рационального питания. Баланс прихода и расхода энергии. Понятие о норме массы тела. Избыточная (ожирение) и недостаточная массы тела. Избыточное потребление углеводов и жиров как факторы риска для развития заболеваний. Процессы депонирования и использования депонированных питательных веществ (депо гликогена в печени и мышцах, депо жиров). Общие принципы регуляции обмена веществ в организме человека. Интеграция обменных процессов. Терморегуляция. Роль и место терморегуляции как системы, обеспечивающей оптимальные условия для протекания обменных процессов. Значение постоянства температуры внутренней среды организма для нормального протекания процессов жизнедеятельности. Понятие о гомойтермии, пойкилотермии и гетеротермии. Температура тела человека и ее суточные колебания. Температура различных участков кожных покровов и внутренних органов. Термометрия. Физическая и химическая терморегуляция. Источники теплопродукции в организме. Регуляция процессов теплопродукции. Теплоотдача организма. Физические процессы, обеспечивающие теплоотдачу. Физиологические механизмы регуляции процессов теплоотдачи. Нервные и гуморальные механизмы терморегуляции. Роль периферических и центральных рецепторов в процессах терморегуляции. Функциональная система, обеспечивающая поддержание постоянства температуры внутренней среды организма. Возрастные особенности терморегуляции. Эндо- и экзопирогены. Гипертермия и лихорадка. Защитная роль лихорадки. Гипотермия. Физиология выделения. Роль и место выделения как системы, обслуживающей обменные процессы. Органы выделения (почки, кожа, легкие, пищеварительный тракт). Их участие в поддержании гомеостаза организма. Почка. Выделительные и невыделительные функции почки. Нефрон как структурно-функциональная единица почки. Кровообращение в почке, особенности его регуляции. Основные процессы мочеобразования (клубочковая фильтрация, канальцевые реабсорбция и секреция). Механизмы клубочковой фильтрации, состав первичной мочи. Реабсорбция в канальцах и собирательных трубочках. Особенности и механизмы реабсорбции различных веществ. Поворотно-противоточная система. Секреторные процессы в канальцах. Процессы синтеза в почке. Конечная моча и ее состав. Значение количественного и качественного анализа мочи для оценки функций организма. Нейрогуморальная регуляция мочеобразования (процессов фильтрации, реабсорбции, секреции). Регулируемые параметры (почечная гемодинамика; объемная скорость фильтрации; реабсорбция воды, глюкозы, Na, К, Ca, Р, Н, НСО3, мочевины и др.). Роль почек в поддержании кислотно-основного состояния, осмотического давления, ионного состава крови, объема крови, в регуляции системного кровотока, гемопоэза, водно-электролитного баланса. Адаптивные изменения функции почек при различных условиях внешней среды (стресс, тепло, холод, работа, водная нагрузка и депривация). Функция и регуляция мочевыводящей системы (частота, объем мочевыделения, ночной и дневной диурез). Регуляция мочевыделения. Клинико-физиологические методы исследования функции почек. Последствия удаления почки. Искусственная почка. Диализ крови. Физиологические основы пересадки почки. Возрастные изменения мочеобразования и мочевыделения. Частная физиология ЦНС. Понятие о центральной и периферической нервной системе. Мозг как орган. Особенности метаболизма мозга и его обеспечение системой мозгового кровообращения. Продолжительность жизни нейронов мозга в условиях гипоксии, аноксии, гипотермии, гипертермии. Возможности восстановления функций мозга. Время реанимации. Понятие о структуре и функции гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Особенности барьерной функции ГЭБ в различных отделах мозга и при различных состояниях организма. Роль ликвора в жизнедеятельности мозга. Показатели, характеризующие состав, свойства ликвора и ликвородинамику в норме. Функции мозга: сенсорная, моторная, вегетативная, интегративная. Взаимодействие между различными уровнями ЦНС в процессе регуляции функций. Многоуровневая система регуляции мышечного тонуса, позы, непроизвольных и произвольных двигательных реакций. Представление об интегративной деятельности ЦНС, основанное на современных данных о балансе нейромедиаторных систем мозга, о гормональном балансе и влиянии системы пептидных гормонов на формирование целенаправленного поведения. Методы исследования функций ЦНС. Спинной мозг. Структурно-функциональная организация. Рефлекторная деятельность спинного мозга. Сенсорные функции спинного мозга. Восприятие и переработка сигналов от рецепторов кожи, проприо- и интерорецепторов. Моторные функции. Спинальные механизмы регуляции мышечного тонуса, позы и движений. Афферентные и эфферентные проводящие пути спинного мозга. Вегетативные функции. Спинальные механизмы регуляции вегетативных функций (регуляция сосудистого тонуса, работы внутренних органов, деятельности потовых желез и др.). Интегративные функции. Распределение тонуса мышц, организация сложных движений. Спинальные механизмы интеграции соматических и вегетативных функций. Клинически важные спинальные рефлексы у человека (соматические и вегетативные). Ствол мозга. Продолговатый мозг. Структурно-функциональная организация. Сенсорные функции продолговатого мозга. Восприятие и переработка сигналов от рецепторов кожи, проприо- и интерорецепторов, от вкусовых, слуховых рецепторов и рецепторов вестибулярного аппарата. Моторные функции. Регуляция мышечного тонуса, позы и движений. Афферентные и эфферентные проводящие пути. Вегетативные функции. Бульбарные механизмы регуляции сосудистого тонуса. Сосудодвигательный центр. Рефлекторная регуляции сердечной деятельности . Дыхательный центр. Регуляция функций пищеварительной системы и других внутренних органов. Интегративные функции. Распределение тонуса мышц, поддержание позы, организация сложных движений. Интеграция вегетативных функций. Интеграция вегетативных и соматических функций. Защитные рефлексы. Средний мозг и мост. Структурно-функциональная организация. Сенсорные функции. Восприятие и переработка сигналов от рецепторов кожи, проприорецепторов. Переработка зрительной и слуховой информации. Проводящие сенсорные пути. Моторные функции. Регуляция мышечного тонуса, позы и движений. Глазодвигательные функции. Вегетативные функции. Проводящие пути вегетативной нервной системы. Зрачковые и другие рефлексы. Интегративные функции. Организация ориентировочных, зрительных и слуховых рефлексов, “старт-рефлексов”, реакции настораживания. Организация сложных движений, интеграция вегетативных и соматических функций (жевание, глотание и др.), регуляция дыхания. Мозжечок. Структурно-функциональная организация. Сенсорные функции. Восприятие и переработка информации от рецепторов кожи, проприрецепторов, рецепторов вестибулярного аппарата, зрительной и слуховой систем и из коры больших полушарий. Моторные функции. Распределение мышечного тонуса, организация позы, участие в осуществлении целенаправленных медленных и быстрых баллистических движений, коррекция моторных программ. Вегетативные функции. Участие мозжечка в регуляции функций сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем. Интегративные функции. Интеграция сенсорных и моторных функций. Ретикулярная формация ствола мозга. Структурно-функциональная организация. Нисходящие и восходящие влияния ретикулярной формации на деятельность ЦНС. Участие ретикулярной формации в поддержании и перераспределении мышечного тонуса, в регуляции вегетативных функций. Участие ретикулярной формации в интегративной деятельности ЦНС. Таламус. Структурно-функциональная организация. Основные сенсорные и двигательные проводящие пути. Функциональная характеристика ядер таламуса. Участие таламуса в формировании болевых ощущений и в осуществлении высших интегративных функций мозга. Гипоталамус. Структурно-функциональная организация. Сенсорные пути. Связи гипоталамуса с корой больших полушарий и другими отделами головного мозга. Нейросекреторные клетки. Собственно сенсорные нейроны гипоталамуса (термо-, осмочувствительные и др.). Полисенсорные нейроны. Эндокринные функции (гормоны гипоталамуса и рилизинг-факторы). Вегетативные функции. Основные вегетативные центры. Инегративные функции. Интеграция нейроэндокринных функций, интеграция соматических и вегетативных функций, участие в осуществлении высших интегративных функций мозга. Лимбическая система. Структурно-функциональная организация. Ее роль в формировании мотиваций, эмоций, организации памяти. Участие лимбических структур в интегративной деятельности ЦНС. Базальные ядра. Структурно-функциональная организация. Интегрирующая функция базальных ядер в организации и осуществлении сложных движений. Роль дофаминовых и ацетилхолиновых медиаторных систем. Кора больших полушарий головного мозга. Структурно-функциональная организация. Модули (колонки) как примеры структурно-функциональных единиц. Роль коры больших полушарий в формировании системной деятельности организма. Современные представления о локализации функций в коре. Пластичность коры. Структурно-функциональные основы многоуровневой системы регуляции мышечного тонуса, позы и движений. Специфическая роль различных элементов, пластичность и надежность системы. Собственные механизмы спинного мозга, обеспечивающие регуляцию тонуса мышц. Спинной мозг как общий конечный путь для супраспинальных отделов ЦНС в механизмах регуляции тонуса мышц, позы и движений. Изменение структуры и функций мышц при гиподинамии, бездействии, денервации. Наиболее характерные изменения тонуса мышц и движений при нарушении функции спинного мозга, ствола мозга, мозжечка, базальных ганглиев, коры больших полушарий головного мозга. Теоретические основы коррекции нарушений тонуса, трофики мышц и движений. Значение электродиагностики и электростимуляции в профилактике атрофии мышц и восстановлении их функций при нарушении иннервации, гиподинамии и других состояниях. Физиология сенсорных систем. Понятие об органах чувств, анализаторах, сенсорных системах. Учение И.П.Павлова об анализаторах. Общие принципы строения сенсорных систем, роль в поддержании функционального состояния организма, классификация. Механизмы восприятия действия раздражителей внешней и внутренней среды организма рецепторами. Кодирование, декодирование, передача, обработка информации в проводящих путях и центральных отделах сенсорных систем. Роль сенсорных систем в развитии мозга и познании мира. Зрительная система. Строение, функции. Особенности строения и свойств глаза, обеспечивающие функцию зрения. Строение и функциональное значение сетчатой оболочки глаза. Фотохимические процессы в рецепторах сетчатки при действии света. Функции пигментных, горизонтальных, биполярных и ганглиозных клеток сетчатки. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах зрительной системы. Теории цветоощущения. Основные формы нарушения цветового восприятия. Поле зрения. Острота зрения. Рефракция и аккомодация. Основы коррекции нарушения рефракции. Адаптация, уровни адаптации. Центральные и периферические механизмы координации зрительной и глазодвигательной функций. Возрастные особенности зрения. Слуховая система. Особенности строения и свойств звуковоспринимающего и звукопроводящего аппаратов, обеспечивающие функцию слуха. Механизмы восприятия и анализа звуков. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах слуховой системы. Адаптация. Защитные рефлексы. Бинауральный слух. Возрастные особенности слуха. Основы коррекции нарушений слуха. Вестибулярная система. Особенности строения и свойств рецепторного отдела, обеспечивающие восприятие и оценку положение тела в пространстве в статике и при перемещении. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах вестибулярной системы. Реакции организма на раздражение вестибулярного аппарата. Возможности их коррекции. Обонятельная система. Рецепция запахов. Проводящие пути и центральные отделы обонятельной системы. Восприятие и классификация запахов. Реакции организма на раздражение обонятельной системы. Защитные рефлексы. Вкусовая система. Вкусовая рецепция. Проводящие пути и центральные отделы вкусовой системы. Восприятие вкуса. Классификация вкусовых ощущений. Реакции организма на вкусовые раздражения. Соматовисцеральная сенсорная система. Кожная чувствительность. Механорецепция. Виды рецепторов. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах. Терморецепция. Роль кожи, внутренних органов, сосудов и центральной нервной системы в терморецепции. Передача и обработка информации в проводящих путях и центральных отделах. Реакции организма на действие тепла и холода. Ноцицепция. Рецепция болевых раздражений. Особенности строения и свойств проводящих путей и центральных отделов. Центральные механизмы боли. Антиноцицептивные системы. Нейрохимия антиноцицепции. Понятие о принципах обезболивания. Проекционные и отраженные боли. Проприоцептивная чувствительность. Рецепторные механизмы. Особенности строения проводящих путей и центральных отделов. Роль в восприятии и оценке положения тела в пространстве, в формировании мышечного тонуса, позы и движений. Интероцептивная чувствительность. Рецепторные механизмы. Виды интероцептивной чувствительности. Реакции организма на раздражение интероцепторов. Роль интероцеции в поддержании гомеостаза. III. Интегративная деятельность мозга Интегративные функции мозга, обеспечивающие целостность организма (интеграция соматических, вегетативных, эндокринных функций). Уровни интеграции. Интегративные функции мозга, обеспечивающие взаимодействие организма с внешней средой и приспособление организма к изменяющимся условиям существования ( поведенческие и психические функции). Врожденные формы поведения (безусловные рефлексы и инстинкты), их значение для приспособительной деятельности организма. Понятие о высшей нервной деятельности (И.П.Павлов). Приобретенные формы поведения. Значение научения и нейронной памяти в их формировании. Виды научения. Условный рефлекс как форма приспособления животных и человека к изменяющимся условиям существования. Правила и физиологические механизмы образования условных рефлексов. Классификация условных рефлексов. Торможение в высшей нервной деятельности. Виды торможения. Современное представление о механизмах торможения. Типы высшей нервной деятельности животных и человека (И.П.Павлов), их классификация, характеристика, методики определения. Учение И.П.Павлова о первой и второй сигнальных системах. Парность в деятельности коры больших полушарий, функциональная асимметрия полушарий головного мозга человека и ее роль в реализации психических функций (речь, мышление и др.). Функции ассоциативной коры больших полушарий. Функции коры лобных долей. Понятие о физиологических основах психических функций человека (внимание, восприятие, память, мотивации, эмоции, мышление, сознание, речь). Значение функционального состояния центральной нервной системы для осуществления психических функций. Внимание и его физиологические механизмы. Роль внимания в процессах запоминания и обучения. Память, ее виды и механизмы. Роль различных отделов мозга в запоминании, хранении и воспроизведении информации. Резервы и способы улучшения памяти. Состояния сна и бодрствования. Современные представления о роли и механизмах сна. Соматические, вегетативные и эндокринные функции во время сна. Эмоции, их нейрофизиологические механизмы. Роль эмоциональных состояний. Поведенческие, вегетативные и эндокринные проявления эмоций. Эмоциональное напряжение как фактор риска для здоровья. Мышление и речь, их нейрофизиологические механизмы. Развитие абстрактного мышления у человека. Функциональная асимметрия коры больших полушарий, связанная с развитием речи у человека. Целенаправленное поведение, его системные механизмы (на примере пищедобывательного поведения). Архитектура целостного поведенческого акта с позиции теории функциональных систем (П.К.Анохин). Мотивация и доминанта, их нейрофизиологические механизмы и роль в целенаправленном поведении. Сознание. Понятие о физиологических основах сознания и их нейрофизиологических механизмах. Медицинские критерии оценки сознания человека. Возрастные особенности высших психических функций. IV. Прикладная физиология Физиологические основы трудовой деятельности. Предмет физиологии труда. Виды работы в зависимости от затрат энергии и характера нагрузки(физическая, умственная). Затраты энергии во время работы и ее восстановление. Усталость, утомление и восстановление при физической и нервно-психической работе. Изменения физиологических функций при физических нагрузках динамического и статического характера (эндокринные функции, обмен веществ и энергии в мышцах и в организме в целом, деятельность сердечно-сосудистой системы, дыхание, потребления кислорода организмом, показатели крови, температура тела и др.). Изменения физиологических функций при умственном труде. Физиологические механизмы формирования трудовых навыков. Понятие о работоспобности. Пределы работоспособности, основные факторы их определяющие (количество энергии в мышцах и др.). Тесты работоспособности (максимальное потребление кислорода, PWC и др.). Биоритмология. Понятие о биологических ритмах человека. Классификация и характеристика биологических ритмов по типу взаимодействия организма и среды, по частоте осцилляций. Основные характеристики биоритмов. Физиологические механизмы ритмогенеза. Организация эндогенных биологических часов. Синхронизация эндогенных ритмов с ритмами внешней среды. Ведущая роль в этих процессах ритмов активности нервной и эндокринной систем. Сезонные ритмы физиологических функций организма. Состояние десинхроноза и его влияние на физиологические функции (обмен веществ, температура тела, кровообращение, пищеварение, физическая и умственная работоспособность, эмоциональное состояние и др.). Адаптация человека к условиям внешней среды. Понятие адаптации, акклиматизации, акклимации, резистентности организма. Общие принципы и механизмы адаптации. Пассивный и активный пути приспособления организма к внешним факторам. Затраты энергии как показатель процесса адаптации. Понятие о стрессе как общем адаптационном синдроме. Характеристика процессов адаптации. Срочная и долговременная адаптация, ее механизмы. Роль нервной и эндокринной систем. Роль поведенческих реакций. Структурный след и «вегетативная память». Норма адаптивной рекции, дизадаптация, цена адаптации. Генотипическая и фенотипическая адаптация. Сложные и перекрестные адаптации. Обратимость процессов адаптации. Репродуктивная функция и половое поведение человека. Физиология полового развития. Признаки принадлежности к полу (первичные, вторичные). Стадии полового развития, их характеристика. Динамика возрастных изменений половых функций. Половые органы (внутренние и наружные, их строение и функции). Физиология полового акта. Половое влечение. Оплодотворение. Беременность. Функциональные изменения органов и систем организма женщины во время беременности. Роды. Совокупность факторов, обусловливающих начало и протекание родов. Лактация, механизмы ее регуляции. Функциональные особенности органов и систем в зависимости от пола, полового развития и угасания половых функций. Физиологические основы здорового образа жизни. Валеология — наука о закономерностях проявления, механизмах и способах поддержания и укрепления здоровья людей. Физическое, психическое и социальное здоровье. Возрастные и индивидуальные нормы здоровья. Диагностика здоровья. Физиологические основы здоровья. Значение двигательной активности, рационального питания, режима труда и отдыха для сохранения здоровья. Литературы
|
Основная структура и функции нервной системы
Цели обучения
- Определить анатомические и функциональные отделы нервной системы
- Связать функциональные и структурные различия между структурами серого и белого вещества нервной системы со структурой нейронов
- Список основных функций нервной системы
Представленная вами картина нервной системы, вероятно, включает головного мозга, , нервной ткани, содержащейся в черепе, и спинного мозга, , продолжения нервной ткани внутри позвоночного столба.Это говорит о том, что он состоит из двух органов — и вы можете даже не думать о спинном мозге как об органе, — но нервная система — очень сложная структура. Внутри мозга множество различных и отдельных областей отвечают за множество различных и отдельных функций. Это как если бы нервная система состоит из многих органов, которые все выглядят одинаково и могут быть дифференцированы только с помощью таких инструментов, как микроскоп или электрофизиология. Для сравнения легко увидеть, что желудок отличается от пищевода или печени, поэтому вы можете представить себе пищеварительную систему как совокупность определенных органов.
Центральная и периферическая нервная система
Рисунок 1. Центральная и периферическая нервная система Структуры ПНС называются ганглиями и нервами, которые можно рассматривать как отдельные структуры. Эквивалентные структуры в ЦНС не очевидны с этой общей точки зрения, и их лучше всего исследовать в подготовленной ткани под микроскопом.
Нервную систему можно разделить на две основные области: центральную и периферическую нервную систему.Центральная нервная система (ЦНС) , — это головной и спинной мозг, а — периферическая нервная система (ПНС), — все остальное (рис. 1). Мозг содержится в черепной полости черепа, а спинной мозг содержится в позвоночной полости позвоночного столба. Сказать, что ЦНС — это то, что находится внутри этих двух полостей, а периферическая нервная система — вне их, будет немного упрощением, но это один из способов начать думать об этом.На самом деле есть некоторые элементы периферической нервной системы, которые находятся в черепной или позвоночной полостях. Периферическая нервная система названа так потому, что находится на периферии, то есть за пределами головного и спинного мозга. В зависимости от различных аспектов нервной системы разделительная линия между центральным и периферическим не обязательно универсальна.
Нервная ткань, присутствующая как в ЦНС, так и в ПНС, содержит два основных типа клеток: нейроны и глиальные клетки. Глиальная клетка является одной из множества клеток, которые обеспечивают основу ткани, которая поддерживает нейроны и их деятельность.Нейрон является более функционально важным из двух с точки зрения коммуникативной функции нервной системы.
Чтобы описать функциональные подразделения нервной системы, важно понять структуру нейрона. Нейроны являются клетками и, следовательно, имеют сома, или тело клетки, но они также имеют расширения клетки; каждое расширение обычно называется процессом . Есть один важный процесс, который каждый нейрон назвал аксоном , который представляет собой волокно, соединяющее нейрон с его целью.Другой тип процесса, ответвляющегося от сомы, — это дендрит . Дендриты отвечают за получение большей части информации от других нейронов.
Рис. 2. Серое вещество и белое вещество Мозг, удаленный во время вскрытия, с удаленным частичным срезом, показывает белое вещество, окруженное серым веществом. Серое вещество составляет внешнюю кору головного мозга. (кредит: модификация работы «Suseno» / Wikimedia Commons)
Если посмотреть на нервную ткань, есть области, которые преимущественно содержат тела клеток, и области, которые в основном состоят только из аксонов.Эти две области в структурах нервной системы часто называют серым веществом, (области с множеством клеточных тел и дендритов) или белым веществом, (области с большим количеством аксонов). Рисунок 2 демонстрирует появление этих областей в головном и спинном мозге. Цвета, приписываемые этим областям, видны в «свежей» или неокрашенной нервной ткани. Серое вещество не обязательно серое. Он может быть розоватым из-за содержания крови или даже слегка желтовато-коричневым, в зависимости от того, как долго хранилась ткань.Но белое вещество белое, потому что аксоны изолированы богатым липидами веществом под названием миелин . Липиды могут выглядеть как белый («жирный») материал, очень похожий на жир на сыром куске курицы или говядины. На самом деле серому веществу может быть приписан этот цвет, потому что рядом с белым веществом оно просто более темное — следовательно, серое.
Различие между серым веществом и белым веществом чаще всего применяется к центральной нервной ткани, которая имеет большие области, которые можно увидеть невооруженным глазом.При изучении периферических структур часто используют микроскоп, и ткань окрашивают искусственными красками. Это не означает, что ткань центральной нервной системы нельзя окрасить и рассмотреть под микроскопом, но, скорее всего, неокрашенная ткань происходит из центральной нервной системы, например, из лобного среза головного мозга или поперечного сечения спинного мозга.
Независимо от внешнего вида окрашенной или неокрашенной ткани, клеточные тела нейронов или аксонов могут располагаться в дискретных анатомических структурах, которые необходимо назвать.Эти имена относятся к тому, является ли структура центральной или периферийной. Локализованная совокупность тел нейронов в ЦНС обозначается как ядро . В ПНС кластер тел нейронов называется ганглием . На рисунке 3 показано, как термин «ядро» имеет несколько разных значений в анатомии и физиологии. Это центр атома, где находятся протоны и нейтроны; это центр клетки, где находится ДНК; и это центр некоторой функции в ЦНС.Существует также потенциально сбивающее с толку использование слова ганглия (множественное число = ганглии), которое имеет историческое объяснение. В центральной нервной системе есть группа ядер, которые связаны вместе и когда-то назывались базальными ганглиями до того, как термин «ганглии» стал описанием периферической структуры. Некоторые источники называют эту группу ядер «базовыми ядрами», чтобы избежать путаницы.
Рис. 3. Что такое ядро? (a) Ядро атома содержит протоны и нейтроны.(б) Ядро клетки — это органелла, содержащая ДНК. (c) Ядро в ЦНС является локализованным функциональным центром с клеточными телами нескольких нейронов, показанных здесь обведенными красным. (кредит c: «Был пчелой» / Wikimedia Commons)
Терминология, применяемая к пучкам аксонов, также различается в зависимости от местоположения. Пучок аксонов или волокон, обнаруженных в ЦНС, называется трактом , тогда как то же самое в ПНС будет называться нервом . В отношении этих терминов следует сделать важный вывод: оба они могут использоваться для обозначения одного и того же пучка аксонов.Когда эти аксоны находятся в ПНС, термин — нерв, но если это ЦНС, термин тракт. Самый очевидный пример этого — аксоны, которые проецируются из сетчатки в мозг. Эти аксоны называются зрительным нервом, когда они покидают глаз, но когда они находятся внутри черепа, они называются зрительным трактом. Есть особое место, где меняется название, это перекрест зрительных нервов, но это все те же аксоны (рис. 4).
Рис. 4. Зрительный нерв и зрительный тракт На этом рисунке соединений глаза с мозгом показан зрительный нерв, идущий от глаза до перекреста, где структура продолжается как зрительный тракт.Те же аксоны проходят от глаза к мозгу через эти два пучка волокон, но хиазм представляет собой границу между периферическим и центральным.
Похожая ситуация вне науки может быть описана для некоторых дорог. Представьте себе дорогу под названием «Брод-стрит» в городке под названием «Энивилл». Дорога покидает Энивилл и ведет к следующему городу, который называется «Родной город». Когда дорога пересекает линию между двумя городами и входит в Родной город, ее название меняется на «Главная улица». Это идея названия аксонов сетчатки.В ПНС они называются зрительным нервом, а в ЦНС — зрительным трактом. Таблица 1 помогает прояснить, какие из этих терминов относятся к центральной или периферической нервной системе.
В 2003 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Полу К. Лаутерберу и сэру Питеру Мэнсфилду за открытия, связанные с магнитно-резонансной томографией (МРТ). Это инструмент, позволяющий увидеть структуры тела (не только нервной системы), которые зависят от магнитных полей, связанных с определенными атомными ядрами.Польза этого метода для нервной системы заключается в том, что жировая ткань и вода имеют разные оттенки — от черного до белого. Поскольку белое вещество является жирным (из миелина), а серое вещество — нет, их можно легко различить на МРТ-изображениях.
| Таблица 1. Структуры ЦНС и ПНС | ||
|---|---|---|
| CNS | ПНС | |
| Группа тел нейронных клеток (т. Е. Серое вещество) | Ядро | Ганглион |
| Связка аксонов (т.е.е., белое вещество) | тракт | Нерв |
Функциональные подразделения нервной системы
Нервную систему также можно разделить на основе ее функций, но анатомические и функциональные подразделения различны.ЦНС и ПНС участвуют в одних и тех же функциях, но эти функции могут быть отнесены к разным областям мозга (таким как кора головного мозга или гипоталамус) или к разным ганглиям на периферии. Проблема с попытками уместить функциональные различия в анатомические подразделения состоит в том, что иногда одна и та же структура может быть частью нескольких функций. Например, зрительный нерв передает сигналы от сетчатки, которые используются либо для осознанного восприятия визуальных стимулов, происходящих в коре головного мозга, либо для рефлекторных реакций гладкой мышечной ткани, которые обрабатываются через гипоталамус.
Есть два способа рассмотреть функциональное разделение нервной системы. Во-первых, основные функции нервной системы — это ощущение, интеграция и реакция. Во-вторых, контроль над телом может быть соматическим или автономным — подразделениями, которые в значительной степени определяются структурами, участвующими в реакции. Существует также область периферической нервной системы, которая называется кишечной нервной системой, которая отвечает за определенный набор функций в области вегетативного контроля, связанных с функциями желудочно-кишечного тракта.
Основные функции
Нервная система участвует в получении информации об окружающей нас среде (ощущения) и создании ответов на эту информацию (двигательные реакции). Нервную систему можно разделить на области, которые отвечают за ощущение, (сенсорные функции) и за реакцию , (двигательные функции). Но есть третья функция, которую нужно включить. Сенсорный ввод должен быть интегрирован с другими ощущениями, а также с воспоминаниями, эмоциональным состоянием или обучением (познанием).Некоторые области нервной системы называются областями интеграции , или ассоциативными областями. Процесс интеграции сочетает сенсорное восприятие и высшие когнитивные функции, такие как воспоминания, обучение и эмоции, для получения ответа.
Сенсация
Первой важной функцией нервной системы является ощущение — получение информации об окружающей среде для получения информации о том, что происходит вне тела (или, иногда, внутри тела). Сенсорные функции нервной системы регистрируют наличие отклонения от гомеостаза или конкретного события в окружающей среде, известного как стимул .
Чувства, о которых мы думаем, — это «большая пятерка»: вкус, обоняние, осязание, зрение и слух. Стимулы вкуса и запаха представляют собой химические вещества (молекулы, соединения, ионы и т. Д.), Прикосновение — это физические или механические стимулы, взаимодействующие с кожей, зрение — это световые стимулы, а слух — это восприятие звука, которое является физическим. стимул, похожий на некоторые аспекты прикосновения. На самом деле существует больше чувств, чем только они, но этот список представляет собой основные чувства. Все эти пять чувств являются органами чувств, которые получают стимулы из внешнего мира и которые воспринимаются сознательно.Дополнительные сенсорные стимулы могут исходить из внутренней среды (внутри тела), например, растяжение стенки органа или концентрация определенных ионов в крови.
Ответ
Нервная система реагирует на раздражители, воспринимаемые сенсорными структурами. Очевидным ответом было бы движение мускулов, например, снятие руки с раскаленной плиты, но этот термин используется в более широком смысле. Нервная система может вызывать сокращение всех трех типов мышечной ткани.Например, скелетные мышцы сокращаются, чтобы двигать скелет, на сердечную мышцу влияет увеличение частоты сердечных сокращений во время упражнений, а на гладкие мышцы сокращаются, когда пищеварительная система перемещает пищу по пищеварительному тракту. Ответные реакции также включают нервный контроль желез в организме, такой как производство и секреция пота эккринными и мерокринными потовыми железами, находящимися в коже, для снижения температуры тела.
Ответы можно разделить на произвольные или сознательные (сокращение скелетных мышц) и непроизвольные (сокращение гладких мышц, регуляция сердечной мышцы, активация желез).Произвольные реакции регулируются соматической нервной системой, а непроизвольные реакции — вегетативной нервной системой, которые обсуждаются в следующем разделе.
Интеграция
Стимулы, получаемые сенсорными структурами, передаются в нервную систему, где эта информация обрабатывается. Это называется интеграцией. Стимулы сравниваются или объединяются с другими стимулами, воспоминаниями о предыдущих стимулах или состоянием человека в определенное время.Это приводит к конкретному ответу, который будет сгенерирован. Если вы увидите, как бейсбольный мяч брошен на отбивающее, это не приведет к автоматическому раскачиванию отбивающего. Необходимо учитывать траекторию мяча и его скорость. Может быть, счет — три мяча и один удар, и отбивающий хочет пропустить эту подачу в надежде добраться до первой базы. Или, может быть, команда отбивающего так далеко впереди, что было бы весело просто уйти.
Контроль тела
Нервную систему можно разделить на две части в основном на основании функциональной разницы в ответах.Соматическая нервная система (СНС) отвечает за сознательное восприятие и произвольные двигательные реакции. Произвольная двигательная реакция означает сокращение скелетных мышц, но эти сокращения не всегда являются произвольными в том смысле, что вы должны хотеть их выполнять. Некоторые соматические двигательные реакции являются рефлексами и часто возникают без сознательного решения их выполнять. Если ваш друг выскакивает из-за угла и кричит «Бу!» вы будете поражены, можете закричать или отпрыгнуть назад.Вы не решили этого делать и, возможно, не хотели давать своему другу повод посмеяться над вашим счетом, но это рефлекс, связанный с сокращениями скелетных мышц. Другие двигательные реакции становятся автоматическими (другими словами, бессознательными) по мере того, как человек осваивает двигательные навыки (называемые «обучением привычкам» или «процедурной памятью»).
Вегетативная нервная система (ВНС) отвечает за непроизвольный контроль тела, обычно ради гомеостаза (регуляции внутренней среды).Сенсорный ввод для вегетативных функций может исходить от сенсорных структур, настроенных на внешние или внутренние раздражители окружающей среды. Моторный выход распространяется на гладкие и сердечные мышцы, а также на железистую ткань. Роль вегетативной системы заключается в регулировании систем органов тела, что обычно означает контроль гомеостаза. Например, потовые железы контролируются вегетативной системой. Когда вам жарко, пот помогает охладить ваше тело. Это гомеостатический механизм. Но когда вы нервничаете, вы тоже можете потеть.Это не гомеостатический, это физиологический ответ на эмоциональное состояние.
Есть еще один отдел нервной системы, который описывает функциональные реакции. кишечная нервная система (ENS) отвечает за контроль гладких мышц и железистой ткани в вашей пищеварительной системе. Это большая часть ПНС, не зависящая от ЦНС. Однако иногда допустимо рассматривать кишечную систему как часть вегетативной системы, поскольку нейронные структуры, составляющие кишечную систему, являются компонентом автономной продукции, регулирующей пищеварение.Между ними есть некоторые различия, но для наших целей здесь будет много совпадений. На рисунке 5 показаны примеры расположения этих отделов нервной системы.
Рисунок 5. Соматические, вегетативные и кишечные структуры нервной системы Соматические структуры включают спинномозговые нервы, моторные и сенсорные волокна, а также сенсорные ганглии (ганглии задних корешков и ганглии черепных нервов). Вегетативные структуры также находятся в нервах, но включают симпатические и парасимпатические ганглии.Кишечная нервная система включает нервную ткань в органах пищеварительного тракта.
Посетите этот сайт, чтобы прочитать о женщине, которая замечает, что ее дочь не может подниматься по лестнице. Это приводит к открытию наследственного состояния, поражающего головной и спинной мозг. Электромиография и МРТ показали нарушения в спинном мозге и мозжечке, которые отвечают за контроль скоординированных движений. К какому функциональному отделу нервной системы принадлежали бы эти структуры?Everyday Connection: сколько вашего мозга вы используете?
Вы когда-нибудь слышали утверждение, что люди используют только 10 процентов своего мозга? Возможно, вы видели рекламу на веб-сайте, в которой говорилось, что есть секрет раскрытия всего потенциала вашего разума — как будто 90 процентов вашего мозга бездействуют, просто ожидая, когда вы им воспользуетесь.Если вы видите такую рекламу, не нажимайте. Это неправда.
Рисунок 6. ФМРТ ФМРТ показывает активацию зрительной коры в ответ на зрительные стимулы. (Источник: «Суперборсук» / Wikimedia Commons)
Простой способ узнать, какую часть мозга использует человек, — это измерить активность мозга во время выполнения задания. Примером такого типа измерения является функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая генерирует карту наиболее активных областей и может быть сгенерирована и представлена в трех измерениях (Рисунок 6).Эта процедура отличается от стандартной техники МРТ, поскольку она измеряет изменения в ткани во времени с экспериментальным условием или событием.
В основе лежит предположение, что активная нервная ткань будет иметь больший кровоток. Если субъект выполняет визуальную задачу, можно измерить активность всего мозга. Рассмотрим этот возможный эксперимент: испытуемому предлагается посмотреть на экран с черной точкой посередине (точка фиксации). Фотография лица проецируется на экран далеко от центра.Испытуемый должен посмотреть на фотографию и расшифровать, что это такое. Испытуемый получил указание нажать кнопку, если на фотографии изображен кто-то, кого он узнает. На фотографии может быть знаменитость, поэтому объект нажимает кнопку, или это может быть случайный человек, неизвестный субъекту, чтобы объект не нажимал кнопку.
В этой задаче зрительные сенсорные области будут активными, интегрирующие области будут активными, моторные области, отвечающие за движение глаз, будут активными, а моторные области для нажатия кнопки пальцем будут активными.Эти области распределены по всему мозгу, и изображения фМРТ будут показывать активность более чем в 10 процентах головного мозга (некоторые данные свидетельствуют о том, что около 80 процентов мозга использует энергию — в зависимости от притока крови к тканям — во время хорошей работы. определены задачи аналогичные предложенной выше). Эта задача даже не включает в себя все функции, которые выполняет мозг. Нет языкового ответа, тело в основном лежит неподвижно в аппарате МРТ, и он не учитывает вегетативные функции, которые будут выполняться в фоновом режиме.
Вопросы для самопроверки
Пройдите тест ниже, чтобы проверить свое понимание базовой структуры и функции нервной системы:
Основная структура и функции нервной системы — анатомия и физиология
OpenStaxCollege
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Определить анатомические и функциональные отделы нервной системы
- Связать функциональные и структурные различия между структурами серого и белого вещества нервной системы со структурой нейронов
- Список основных функций нервной системы
Представляемая вам картина нервной системы, вероятно, включает в себя мозг, нервную ткань, находящуюся внутри черепа, и спинной мозг, расширение нервной ткани внутри позвоночного столба.Это говорит о том, что он состоит из двух органов — и вы можете даже не думать о спинном мозге как об органе, — но нервная система — очень сложная структура. Внутри мозга множество различных и отдельных областей отвечают за множество различных и отдельных функций. Это как если бы нервная система состоит из многих органов, которые все выглядят одинаково и могут быть дифференцированы только с помощью таких инструментов, как микроскоп или электрофизиология. Для сравнения легко увидеть, что желудок отличается от пищевода или печени, поэтому вы можете представить себе пищеварительную систему как совокупность определенных органов.
Нервную систему можно разделить на две основные области: центральную и периферическую нервную систему. Центральная нервная система (ЦНС) — это головной и спинной мозг, а периферическая нервная система (ПНС) — это все ([ссылка]). Мозг содержится в черепной полости черепа, а спинной мозг содержится в позвоночной полости позвоночного столба. Сказать, что ЦНС — это то, что находится внутри этих двух полостей, а периферическая нервная система — вне их, будет немного упрощением, но это один из способов начать думать об этом.На самом деле есть некоторые элементы периферической нервной системы, которые находятся в черепной или позвоночной полостях. Периферическая нервная система названа так потому, что находится на периферии, то есть за пределами головного и спинного мозга. В зависимости от различных аспектов нервной системы разделительная линия между центральным и периферическим не обязательно универсальна.
Центральная и периферическая нервная система
Структуры ПНС называются ганглиями и нервами, которые можно рассматривать как отдельные структуры.Эквивалентные структуры в ЦНС не очевидны с этой общей точки зрения, и их лучше всего исследовать в подготовленной ткани под микроскопом.
Нервная ткань, присутствующая как в ЦНС, так и в ПНС, содержит два основных типа клеток: нейроны и глиальные клетки. Глиальная клетка — одна из множества клеток, которые обеспечивают основу ткани, которая поддерживает нейроны и их деятельность. Нейрон является более функционально важным из двух с точки зрения коммуникативной функции нервной системы.Чтобы описать функциональные подразделения нервной системы, важно понимать структуру нейрона. Нейроны являются клетками и, следовательно, имеют сому или клеточное тело, но они также имеют расширения клетки; каждое расширение обычно называют процессом. Есть один важный процесс, который каждый нейрон назвал аксоном, то есть волокно, соединяющее нейрон с его целью. Другой тип отростка, ответвляющегося от сомы, — это дендрит. Дендриты отвечают за получение большей части информации от других нейронов.Что касается нервной ткани, то есть области, которые преимущественно содержат тела клеток, и области, которые в основном состоят только из аксонов. Эти две области в структурах нервной системы часто называют серым веществом (области с множеством клеточных тел и дендритов) или белым веществом (области с большим количеством аксонов). [ссылка] демонстрирует появление этих областей в головном и спинном мозге. Цвета, приписываемые этим областям, видны в «свежей» или неокрашенной нервной ткани.Серое вещество не обязательно серое. Он может быть розоватым из-за содержания крови или даже слегка желтовато-коричневым, в зависимости от того, как долго хранилась ткань. Но белое вещество белое, потому что аксоны изолированы богатым липидами веществом, называемым миелином. Липиды могут выглядеть как белый («жирный») материал, очень похожий на жир на сыром куске курицы или говядины. На самом деле серому веществу может быть приписан этот цвет, потому что рядом с белым веществом оно просто более темное — следовательно, серое.
Различие между серым веществом и белым веществом чаще всего применяется к центральной нервной ткани, которая имеет большие области, которые можно увидеть невооруженным глазом.При изучении периферических структур часто используют микроскоп, и ткань окрашивают искусственными красками. Это не означает, что ткань центральной нервной системы нельзя окрасить и рассмотреть под микроскопом, но, скорее всего, неокрашенная ткань происходит из центральной нервной системы, например, из лобного среза головного мозга или поперечного сечения спинного мозга.
Серое вещество и белое вещество
Мозг, удаленный во время вскрытия, с удаленным частичным срезом, показывает белое вещество, окруженное серым веществом.Серое вещество составляет внешнюю кору головного мозга. (кредит: модификация работы «Suseno» / Wikimedia Commons)
Независимо от внешнего вида окрашенной или неокрашенной ткани, клеточные тела нейронов или аксонов могут располагаться в дискретных анатомических структурах, которые необходимо назвать. Эти имена относятся к тому, является ли структура центральной или периферийной. Локализованное скопление тел нейронов в ЦНС называется ядром. В ПНС группа тел нейронных клеток называется ганглием.[ссылка] указывает на то, что термин «ядро» имеет несколько разных значений в анатомии и физиологии. Это центр атома, где находятся протоны и нейтроны; это центр клетки, где находится ДНК; и это центр некоторой функции в ЦНС. Существует также потенциально сбивающее с толку использование слова ганглия (множественное число = ганглии), которое имеет историческое объяснение. В центральной нервной системе есть группа ядер, которые связаны вместе и когда-то назывались базальными ганглиями до того, как термин «ганглии» стал описанием периферической структуры.Некоторые источники называют эту группу ядер «базовыми ядрами», чтобы избежать путаницы.
Что такое ядро?
(a) Ядро атома содержит протоны и нейтроны. (б) Ядро клетки — это органелла, содержащая ДНК. (c) Ядро в ЦНС является локализованным функциональным центром с клеточными телами нескольких нейронов, показанных здесь обведенными красным. (кредит c: «Был пчелой» / Wikimedia Commons)
Терминология, применяемая к пучкам аксонов, также различается в зависимости от местоположения.Связка аксонов или волокон в ЦНС называется трактом, тогда как то же самое в ПНС называется нервом. В отношении этих терминов следует сделать важный вывод: оба они могут использоваться для обозначения одного и того же пучка аксонов. Когда эти аксоны находятся в ПНС, термин — нерв, но если это ЦНС, термин тракт. Самый очевидный пример этого — аксоны, которые проецируются из сетчатки в мозг. Эти аксоны называются зрительным нервом, когда они покидают глаз, но когда они находятся внутри черепа, они называются зрительным трактом.Есть особое место, где меняется название, это перекрест зрительных нервов, но это все те же аксоны ([ссылка]). Похожая ситуация вне науки может быть описана для некоторых дорог. Представьте себе дорогу под названием «Брод-стрит» в городке под названием «Энивилл». Дорога покидает Энивилл и ведет к следующему городу, который называется «Родной город». Когда дорога пересекает линию между двумя городами и входит в Родной город, ее название меняется на «Главная улица». Это идея названия аксонов сетчатки. В ПНС они называются зрительным нервом, а в ЦНС — зрительным трактом.[ссылка] помогает уточнить, какие из этих терминов относятся к центральной или периферической нервной системе.
Зрительный нерв по сравнению с зрительным трактом
Этот рисунок соединений глаза с мозгом показывает зрительный нерв, идущий от глаза до перекреста, где структура продолжается как зрительный тракт. Те же аксоны проходят от глаза к мозгу через эти два пучка волокон, но хиазм представляет собой границу между периферическим и центральным.
В 2003 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Полу К.Лаутербур и сэр Питер Мэнсфилд за открытия, связанные с магнитно-резонансной томографией (МРТ). Это инструмент, позволяющий увидеть структуры тела (не только нервной системы), которые зависят от магнитных полей, связанных с определенными атомными ядрами. Польза этого метода для нервной системы заключается в том, что жировая ткань и вода имеют разные оттенки — от черного до белого. Поскольку белое вещество является жирным (из миелина), а серое вещество — нет, их можно легко различить на МРТ-изображениях. Посетите веб-сайт Нобелевской премии, чтобы поиграть в интерактивную игру, которая демонстрирует использование этой технологии и сравнивает ее с другими типами технологий обработки изображений.Также результаты сеанса МРТ сравниваются с изображениями, полученными с помощью рентгеновской или компьютерной томографии. Как методы визуализации, показанные в этой игре, показывают разделение белого и серого вещества по сравнению со свежеотрезанной тканью, показанной ранее?
| Структуры ЦНС и ПНС | ||
|---|---|---|
| CNS | ПНС | |
| Группа тел нейронов (т. Е. Серое вещество) |
Ядро | Ганглион |
| Связка аксонов (т.е.е., белое вещество) |
тракт | Нерв |
Нервную систему также можно разделить на основе ее функций, но анатомические и функциональные подразделения различны. ЦНС и ПНС участвуют в одних и тех же функциях, но эти функции могут быть отнесены к разным областям мозга (таким как кора головного мозга или гипоталамус) или к разным ганглиям на периферии. Проблема с попытками уместить функциональные различия в анатомические подразделения состоит в том, что иногда одна и та же структура может быть частью нескольких функций.Например, зрительный нерв передает сигналы от сетчатки, которые используются либо для осознанного восприятия визуальных стимулов, происходящих в коре головного мозга, либо для рефлекторных реакций гладкой мышечной ткани, которые обрабатываются через гипоталамус.
Есть два способа рассмотреть функциональное разделение нервной системы. Во-первых, основные функции нервной системы — это ощущение, интеграция и реакция. Во-вторых, контроль над телом может быть соматическим или автономным — подразделениями, которые в значительной степени определяются структурами, участвующими в реакции.Существует также область периферической нервной системы, которая называется кишечной нервной системой, которая отвечает за определенный набор функций в области вегетативного контроля, связанных с функциями желудочно-кишечного тракта.
Основные функции
Нервная система участвует в получении информации об окружающей нас среде (ощущения) и создании ответов на эту информацию (двигательные реакции). Нервную систему можно разделить на области, отвечающие за ощущения (сенсорные функции) и за реакцию (двигательные функции).Но есть третья функция, которую нужно включить. Сенсорный ввод должен быть интегрирован с другими ощущениями, а также с воспоминаниями, эмоциональным состоянием или обучением (познанием). Некоторые области нервной системы называются областями интеграции или ассоциации. Процесс интеграции сочетает сенсорное восприятие и высшие когнитивные функции, такие как воспоминания, обучение и эмоции, для получения ответа.
Сенсация. Первой важной функцией нервной системы является получение ощущений — получение информации об окружающей среде для получения информации о том, что происходит вне тела (или, иногда, внутри тела).Сенсорные функции нервной системы регистрируют изменение гомеостаза или конкретное событие в окружающей среде, известное как стимул. Чувства, о которых мы думаем, — это «большая пятерка»: вкус, обоняние, осязание, зрение и слух. Стимулы вкуса и запаха представляют собой химические вещества (молекулы, соединения, ионы и т. Д.), Прикосновение — это физические или механические стимулы, взаимодействующие с кожей, зрение — это световые стимулы, а слух — это восприятие звука, которое является физическим. стимул, похожий на некоторые аспекты прикосновения.На самом деле существует больше чувств, чем только они, но этот список представляет собой основные чувства. Все эти пять чувств являются органами чувств, которые получают стимулы из внешнего мира и которые воспринимаются сознательно. Дополнительные сенсорные стимулы могут исходить из внутренней среды (внутри тела), например, растяжение стенки органа или концентрация определенных ионов в крови.
Ответ. Нервная система реагирует на раздражители, воспринимаемые сенсорными структурами.Очевидным ответом было бы движение мускулов, например, снятие руки с раскаленной плиты, но этот термин используется в более широком смысле. Нервная система может вызывать сокращение всех трех типов мышечной ткани. Например, скелетные мышцы сокращаются, чтобы двигать скелет, на сердечную мышцу влияет увеличение частоты сердечных сокращений во время упражнений, а на гладкие мышцы сокращаются, когда пищеварительная система перемещает пищу по пищеварительному тракту. Ответные реакции также включают нервный контроль желез в организме, такой как производство и секреция пота эккринными и мерокринными потовыми железами, находящимися в коже, для снижения температуры тела.
Ответы можно разделить на произвольные или сознательные (сокращение скелетных мышц) и непроизвольные (сокращение гладких мышц, регуляция сердечной мышцы, активация желез). Произвольные реакции регулируются соматической нервной системой, а непроизвольные реакции — вегетативной нервной системой, которые обсуждаются в следующем разделе.
Интеграция. Стимулы, полученные сенсорными структурами, передаются в нервную систему, где эта информация обрабатывается.Это называется интеграцией. Стимулы сравниваются или объединяются с другими стимулами, воспоминаниями о предыдущих стимулах или состоянием человека в определенное время. Это приводит к конкретному ответу, который будет сгенерирован. Если вы увидите, как бейсбольный мяч брошен на отбивающее, это не приведет к автоматическому раскачиванию отбивающего. Необходимо учитывать траекторию мяча и его скорость. Может быть, счет — три мяча и один удар, и отбивающий хочет пропустить эту подачу в надежде добраться до первой базы.Или, может быть, команда отбивающего так далеко впереди, что было бы весело просто уйти.
Управление телом
Нервную систему можно разделить на две части в основном на основании функциональной разницы в ответах. Соматическая нервная система (СНС) отвечает за сознательное восприятие и произвольные двигательные реакции. Произвольная двигательная реакция означает сокращение скелетных мышц, но эти сокращения не всегда являются произвольными в том смысле, что вы должны хотеть их выполнять.Некоторые соматические двигательные реакции являются рефлексами и часто возникают без сознательного решения их выполнять. Если ваш друг выскакивает из-за угла и кричит «Бу!» вы будете поражены, можете закричать или отпрыгнуть назад. Вы не решили этого делать и, возможно, не хотели давать своему другу повод посмеяться над вашим счетом, но это рефлекс, связанный с сокращениями скелетных мышц. Другие двигательные реакции становятся автоматическими (другими словами, бессознательными) по мере того, как человек осваивает двигательные навыки (называемые «обучением привычкам» или «процедурной памятью»).
Вегетативная нервная система (ВНС) отвечает за непроизвольный контроль над телом, обычно ради гомеостаза (регуляции внутренней среды). Сенсорный ввод для вегетативных функций может исходить от сенсорных структур, настроенных на внешние или внутренние раздражители окружающей среды. Моторный выход распространяется на гладкие и сердечные мышцы, а также на железистую ткань. Роль вегетативной системы заключается в регулировании систем органов тела, что обычно означает контроль гомеостаза.Например, потовые железы контролируются вегетативной системой. Когда вам жарко, пот помогает охладить ваше тело. Это гомеостатический механизм. Но когда вы нервничаете, вы тоже можете потеть. Это не гомеостатический, это физиологический ответ на эмоциональное состояние.
Есть еще один отдел нервной системы, который описывает функциональные реакции. Кишечная нервная система (ENS) отвечает за контроль гладких мышц и железистой ткани в пищеварительной системе.Это большая часть ПНС, не зависящая от ЦНС. Однако иногда допустимо рассматривать кишечную систему как часть вегетативной системы, поскольку нейронные структуры, составляющие кишечную систему, являются компонентом автономной продукции, регулирующей пищеварение. Между ними есть некоторые различия, но для наших целей здесь будет много совпадений. См. [Ссылка], где можно найти эти отделы нервной системы.
Соматические, вегетативные и кишечные структуры нервной системы
Соматические структуры включают спинномозговые нервы, моторные и сенсорные волокна, а также сенсорные ганглии (ганглии задних корешков и ганглии черепных нервов).Вегетативные структуры также находятся в нервах, но включают симпатические и парасимпатические ганглии. Кишечная нервная система включает нервную ткань в органах пищеварительного тракта.
Посетите этот сайт, чтобы прочитать о женщине, которая замечает, что ее дочь не может подниматься по лестнице. Это приводит к открытию наследственного состояния, поражающего головной и спинной мозг. Электромиография и МРТ показали нарушения в спинном мозге и мозжечке, которые отвечают за контроль скоординированных движений.К какому функциональному отделу нервной системы принадлежали бы эти структуры?
Ежедневное подключение
Какую часть вашего мозга вы используете?
Вы когда-нибудь слышали утверждение, что люди используют только 10 процентов своего мозга? Возможно, вы видели рекламу на веб-сайте, в которой говорилось, что есть секрет раскрытия всего потенциала вашего разума — как будто 90 процентов вашего мозга бездействуют, просто ожидая, когда вы им воспользуетесь. Если вы видите такую рекламу, не нажимайте.Это неправда.
Простой способ узнать, какую часть мозга использует человек, — это измерить активность мозга во время выполнения задания. Примером такого типа измерения является функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая генерирует карту наиболее активных областей и может быть сгенерирована и представлена в трех измерениях ([ссылка]). Эта процедура отличается от стандартной техники МРТ, поскольку она измеряет изменения в ткани во времени с экспериментальным условием или событием.
фМРТ
Эта фМРТ показывает активацию зрительной коры в ответ на зрительные стимулы. (Источник: «Суперборсук» / Wikimedia Commons)
В основе лежит предположение, что активная нервная ткань будет иметь больший кровоток. Если субъект выполняет визуальную задачу, можно измерить активность всего мозга. Рассмотрим этот возможный эксперимент: испытуемому предлагается посмотреть на экран с черной точкой посередине (точка фиксации). Фотография лица проецируется на экран далеко от центра.Испытуемый должен посмотреть на фотографию и расшифровать, что это такое. Испытуемый получил указание нажать кнопку, если на фотографии изображен кто-то, кого он узнает. На фотографии может быть знаменитость, поэтому объект нажимает кнопку, или это может быть случайный человек, неизвестный субъекту, чтобы объект не нажимал кнопку.
В этой задаче зрительные сенсорные области будут активными, интегрирующие области будут активными, моторные области, отвечающие за движение глаз, будут активными, а моторные области для нажатия кнопки пальцем будут активными.Эти области распределены по всему мозгу, и изображения фМРТ будут показывать активность более чем в 10 процентах головного мозга (некоторые данные свидетельствуют о том, что около 80 процентов мозга использует энергию — в зависимости от притока крови к тканям — во время хорошей работы. определены задачи аналогичные предложенной выше). Эта задача даже не включает в себя все функции, которые выполняет мозг. Нет языкового ответа, тело в основном лежит неподвижно в аппарате МРТ, и он не учитывает вегетативные функции, которые будут выполняться в фоновом режиме.
Нервная система может быть разделена на подразделения на основе анатомии и физиологии. Анатомические отделы — это центральная и периферическая нервные системы. ЦНС — это головной и спинной мозг. ПНС — это все остальное. Функционально нервную систему можно разделить на те области, которые отвечают за ощущения, те, которые отвечают за интеграцию, и те, которые отвечают за генерацию ответов. Все эти функциональные области находятся как в центральной, так и в периферической анатомии.
Принимая во внимание анатомические области нервной системы, есть определенные названия для структур внутри каждого отдела. Локализованное скопление тел нейронных клеток называют ядром в ЦНС и ганглием в ПНС. Связка аксонов называется трактом в ЦНС и нервом в ПНС. В то время как ядра и ганглии находятся конкретно в центральных или периферических отделах, аксоны могут пересекать границу между ними. Один аксон может быть частью нерва и тракта.Название этой конкретной структуры зависит от ее местоположения.
Нервная ткань также может быть описана как серое и белое вещество на основании ее внешнего вида в неокрашенной ткани. Эти описания чаще используются в ЦНС. Серое вещество — это то место, где находятся ядра, а белое вещество — это то место, где находятся участки. В ПНС ганглии в основном представляют собой серое вещество, а нервы — белое вещество.
Нервную систему также можно разделить на основе того, как она управляет телом. Соматическая нервная система (СНС) отвечает за функции, которые приводят к движению скелетных мышц.Любые сенсорные или интегративные функции, которые приводят к движению скелетных мышц, считаются соматическими. Вегетативная нервная система (ВНС) отвечает за функции, которые влияют на сердечную или гладкомышечную ткань или заставляют железы вырабатывать свои секреты. Вегетативные функции распределены между центральными и периферическими отделами нервной системы. Ощущения, которые приводят к вегетативным функциям, могут быть теми же ощущениями, которые являются частью инициирующих соматических реакций. Соматические и вегетативные интегративные функции также могут перекрываться.
Особым отделом нервной системы является кишечная нервная система, которая отвечает за органы пищеварения. Части вегетативной нервной системы частично совпадают с кишечной нервной системой. Кишечная нервная система находится исключительно на периферии, потому что это нервная ткань в органах пищеварительной системы.
В 2003 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Полу К. Лаутерберу и сэру Питеру Мэнсфилду за открытия, связанные с магнитно-резонансной томографией (МРТ).Это инструмент, позволяющий увидеть структуры тела (не только нервной системы), которые зависят от магнитных полей, связанных с определенными атомными ядрами. Польза этого метода для нервной системы заключается в том, что жировая ткань и вода имеют разные оттенки — от черного до белого. Поскольку белое вещество является жирным (из миелина), а серое вещество — нет, их можно легко различить на МРТ-изображениях. Посетите веб-сайт Нобелевской премии, чтобы поиграть в интерактивную игру, которая демонстрирует использование этой технологии и сравнивает ее с другими типами технологий обработки изображений.Также результаты сеанса МРТ сравниваются с изображениями, полученными при рентгеновской или компьютерной томографии. Как методы визуализации, показанные в этой игре, показывают разделение белого и серого вещества по сравнению со свежеотрезанной тканью, показанной ранее?
MRI использует относительное количество воды в тканях, чтобы различать различные области, поэтому на этих изображениях можно четко увидеть серое и белое вещество в нервной системе.
Посетите этот сайт, чтобы прочитать о женщине, которая замечает, что ее дочь не может подниматься по лестнице.Это приводит к открытию наследственного состояния, поражающего головной и спинной мозг. Электромиография и МРТ показали нарушения в спинном мозге и мозжечке, которые отвечают за контроль скоординированных движений. К какому функциональному отделу нервной системы принадлежали бы эти структуры?
Они являются частью соматической нервной системы, которая отвечает за произвольные движения, такие как ходьба или подъем по лестнице.
Какая из следующих полостей содержит компонент центральной нервной системы?
- брюшная
- таз
- черепной
- грудной
Какая структура преобладает в белом веществе мозга?
- миелинизированные аксоны
- тел нейронов
- ганглиев парасимпатических нервов
- пучков дендритов кишечной нервной системы
Какая часть нейрона передает электрический сигнал клетке-мишени?
- дендритов
- сома
- корпус ячейки
- аксон
Какой термин описывает пучок аксонов в периферической нервной системе?
- ядро
- ганглий
- тракт
- нерв
Какой функциональный отдел нервной системы будет отвечать за физиологические изменения, наблюдаемые во время упражнений (например,g., учащение пульса и потоотделение)?
- соматический
- автономный
- кишечная
- центральный
Какие реакции вызывает нервная система, когда вы бежите на беговой дорожке? Включите пример каждого типа ткани, находящейся под контролем нервной системы.
Бег на беговой дорожке включает сокращение скелетных мышц ног, усиление сокращения сердечной мышцы сердца, а также производство и секрецию пота на коже для охлаждения.
Какие анатомические и функциональные отделы нервной системы участвуют в восприятии при приеме пищи?
Ощущение вкуса, связанное с едой, ощущается периферийными нервами, которые участвуют в сенсорных и соматических функциях.
Kramer, PD. Слушая прозак. 1-е изд. Нью-Йорк (NY): Penguin Books; 1993 г.
Глоссарий
- вегетативная нервная система (ВНС)
- функциональное подразделение нервной системы, отвечающее за гомеостатические рефлексы, координирующие управление сердечными и гладкими мышцами, а также железистой тканью
- аксон
- Одиночный отросток нейрона, который переносит электрический сигнал (потенциал действия) от тела клетки к клетке-мишени
- мозг
- Большой орган центральной нервной системы, состоящий из белого и серого вещества, находящийся внутри черепа и соединенный со спинным мозгом
- центральная нервная система (ЦНС)
- анатомический отдел нервной системы, расположенный в черепной и позвоночной полостях, а именно головной и спинной мозг
- дендрит
- один из многих ветвистых отростков, которые отходят от тела клетки нейрона и функционируют как контакт для входящих сигналов (синапсов) от других нейронов или сенсорных клеток
- кишечная нервная система (ENS)
- нервная ткань, связанная с пищеварительной системой, которая отвечает за нервный контроль через вегетативные связи
- ганглия
- локализованное скопление тел нейронных клеток в периферической нервной системе
- глиальная клетка
- один из различных типов клеток нервной ткани, отвечающих за поддержание ткани и в значительной степени отвечающих за поддержку нейронов
- серое вещество
- области нервной системы, содержащие клеточные тела нейронов с небольшим количеством миелинизированных аксонов или без них; на самом деле может быть более розовым или коричневым по цвету, но называется серым в отличие от белого вещества
- интеграция
- Функция нервной системы, которая сочетает в себе сенсорное восприятие и высшие когнитивные функции (воспоминания, обучение, эмоции и т. Д.) для получения ответа
- миелин
- Изолирующее вещество, богатое липидами, окружающее аксоны многих нейронов, что обеспечивает более быструю передачу электрических сигналов
- нерв
- пуповидный пучок аксонов, расположенный в периферической нервной системе, который передает сенсорный ввод и ответный сигнал в центральную нервную систему и из нее
- нейрон
- Клетка нервной ткани, которая в первую очередь отвечает за генерацию и распространение электрических сигналов в нервную систему, внутри и из нее
- ядро
- в нервной системе, локализованное скопление тел нейронных клеток, которые функционально связаны; «центр» нейронной функции
- Периферическая нервная система (ПНС)
- анатомический отдел нервной системы, который в основном находится вне черепной и позвоночной полостей, а именно все части, кроме головного и спинного мозга
- процесс
- в клетках, продолжение тела клетки; в случае нейронов это аксон и дендриты
- ответ
- Функция нервной системы, которая заставляет ткань-мишень (мышцу или железу) вызывать событие как следствие стимулов
- ощущение
- Функция нервной системы, которая получает информацию из окружающей среды и преобразует ее в электрические сигналы нервной ткани
- сома
- в нейронах, той части клетки, которая содержит ядро; тело клетки, в отличие от клеточных отростков (аксонов и дендритов)
- соматическая нервная система (СНС)
- Функциональный отдел нервной системы, связанный с сознательным восприятием, произвольными движениями и рефлексами скелетных мышц
- спинной мозг
- орган центральной нервной системы, обнаруженный в полости позвонка и связанный с периферией спинномозговыми нервами; опосредует рефлекторное поведение
- стимул
- событие во внешней или внутренней среде, которое регистрируется как активность сенсорного нейрона
- тракт
- связка аксонов в центральной нервной системе, имеющая ту же функцию и точку происхождения
- белое вещество
- области нервной системы, содержащие в основном миелинизированные аксоны, из-за чего ткань кажется белой из-за высокого содержания липидов миелина
Неврология: исследование нервной системы и ее функций
Любой человек мог бы, если бы он был так склонен,
быть скульптором своего собственного мозга.
— Сантьяго Рамон-и-Кахаль, Совет для молодого следователя (1897)
Неврология — это научное исследование нервной системы (головного и спинного мозга и периферической нервной системы) и ее функций. Вера в то, что мозг является органом, контролирующим поведение, имеет древние корни, восходящие к ранним цивилизациям, которые связывали потерю функции с повреждением частей головного и спинного мозга. Но современная эра нейробиологии началась — и продолжает развиваться — с разработки инструментов, техник и методов, используемых для более детального и сложного измерения структуры и функций нервной системы.Современную эру нейробиологии можно проследить до 1890-х годов, когда испанский патолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль использовал метод, разработанный итальянским врачом Камилло Гольджи, для окрашивания нервных тканей, чтобы визуализировать морфологию и структуру нейронов и их связей. Подробное описание нейронов и их связей Кахалем, его учениками и их последователями привело к «доктрине нейронов», согласно которой нейрон является функциональной единицей нервной системы.
Теперь мы знаем, что человеческий мозг содержит около ста миллиардов нейронов и что эти нейроны имеют около ста триллионов соединений, образующих функциональные и определяемые цепи.Эти нейронные цепи могут быть организованы в более крупные сети и анатомические структуры, которые объединяют информацию между всеми сенсорными модальностями, включая слух, зрение, осязание, дегустацию и обоняние, из всех частей нервной системы. Эти сети обрабатывают информацию, полученную из внутренней и внешней среды, и следствием обработки этой сенсорной информации является познание , концепция, которая включает обучение и память, восприятие, сон, принятие решений, эмоции и все формы более высокой обработки информации. .В ответ на простой или сложный сенсорный опыт организм реагирует или ведет себя. Поведение может быть простым, например, двигательный рефлекс в ответ на боль, или более сложным, например, играть в сквош, разгадывать кроссворд или рисовать. Однако поведение — это не просто то, что организм делает в ответ на стимул или сенсорную информацию; Чаще всего это то, что выбирает для выполнения организмом из множества доступных вариантов в ответ на сложный набор условий окружающей среды.Таким образом, за исключением редких реакций, таких как простые рефлексы, поведение выражается в ответ на комбинацию непосредственных сенсорных стимулов, интегрированных с течением времени с познанием.
Нейробиологи проводят эксперименты, чтобы понять, как сенсорная информация обрабатывается, чтобы привести к поведению. Из-за очевидной сложности мозга нейробиологи проводят свои исследования на разных уровнях глубины. В то время как нейронов , вероятно, являются наименьшими единицами, поведение которых можно четко описать, сам нейрон состоит из уникальных анатомических особенностей, включая сомы (тело клетки), дендритов (антенны, ответвляющиеся от сомы, которые получают сигналы от других нейронов) и аксонов (отростки, отходящие от сомы, которые посылают сигналы другим нейронам).
Эти нейронные компоненты, в свою очередь, содержат субклеточные специализации, которые представляют определяющие особенности нейрона. Ключевой среди этих специализаций является синапс : структура, разделяемая дендритом и аксоном, которая представляет собой точку соединения для основной формы связи между двумя нейронами. На дендритной стороне синапса находится структура, называемая шипом , которая реагирует на сигналы от аксона. На аксональной стороне находится бутон , который имеет везикулы, содержащие нейротрансмиттеры — сигналы, на которые отвечает позвоночник.Каждый нейрон может иметь несколько дендритов и тысячи шипов, связанных с сопоставимым количеством бутонов, которые вместе образуют тысячи синапсов, составляющих единицы связи между отдельными нейронами.
В соме специализированные белки и микроструктуры составляют основу внутриклеточных коммуникаций и физиологических особенностей нейронов; например, специализированные ферменты производят нейротрансмиттеры и везикулы, которые используются в бутоне для передачи сигналов позвоночнику.Кроме того, специализированные белки цитоскелета образуют длинные и активные отростки, которые позволяют дендритам и аксонам действовать как цепь снабжения везикул и нейротрансмиттеров, которые образуются в соме и транспортируются к бутонам. Среди наиболее важных белков нейрона — те, которые образуют ионные каналы. Это мультибелковые структуры, которые охватывают мембрану нейрона и позволяют нейронам формировать электрохимические градиенты, которые являются движущими силами активности нейронов.
Эти белки, которые имеют решающее значение для функционирования нейрона, являются продуктами генов, которые являются функциональной единицей генома, расположенного в ядре нейрона.Геном каждого нейрона содержит около двадцати тысяч генов, но разные гены экспрессируются в разных типах нейронов, и именно этот уникальный паттерн экспрессии генов в любом конкретном нейроне обеспечивает его уникальную идентичность.
Даже из этого краткого обзора различных уровней связи мозга становится ясно, что невозможно изучить все функции мозга — от поведения до экспрессии генов — в одном эксперименте. Поэтому нейробиологи обычно выбирают для исследования ограниченное количество уровней активности мозга, когда они решают свои собственные конкретные вопросы.Многие методы, используемые для изучения нервной системы, различаются в зависимости от уровня анализа, но обычно они попадают в одну из двух категорий: описательных для генерации гипотез или манипулятивных для проверки гипотез.
Один из типов описательных исследований — это тематическое исследование, в котором экспериментатор наблюдает за поведением человека или группы людей до, во время или после события, которое может продемонстрировать роль нервной системы. Обстоятельства, связанные с событием, обычно не повторяются и не могут быть точно реконструированы в лабораторных условиях.Можно утверждать, что это не настоящие эксперименты, но эти исследования выявили существенную информацию об аспектах нервной функции, которые ранее были неизвестны. Одним из примечательных примеров является случай с Х. В результате операции, которая успешно справилась с его эпилепсией, он продемонстрировал уникальную форму потери памяти, и его поведение изучалось в течение сорока лет с момента его операции до его смерти, что позволило выявить с помощью тщательной документации и экспериментов. некоторые из наиболее важных концепций обучения и памяти человека.Другой важный пример — это дело Финеаса Гейджа, железнодорожного рабочего, попавшего в аварию в 1848 году, в результате которой через его череп прошел железный стержень. Стержень вошел в левую часть его головы, прошел сразу за левым глазом, вышел через макушку и полностью пересек его лобные доли. Он прожил двенадцать лет после аварии, и его поведение было записано с некоторыми подробностями, что дало ученым информацию об уникальной функции лобных долей и их важной роли в личности и принятии решений.Выводы из таких тематических исследований часто генерируют гипотезы, которые необходимо проверить в последующих манипулятивных экспериментах.
Описательные исследования могут также состоять из прямого наблюдения за свойствами нервной системы без каких-либо манипуляций. Этот тип исследования обычно является первым важным шагом в получении знаний о вновь открытом гене, белке, нейронном подтипе или связи между нейронами. Примеры можно выделить на каждом уровне анализа. Новый ген можно секвенировать и картировать его экспрессию в головном мозге, или можно описать пептидную последовательность белка и очень подробно показать его распределение в нервной системе.Кроме того, конкретный нейрон можно описать с точки зрения генов и белков, которые он экспрессирует, а также его уникальных морфологических характеристик и электрофизиологических свойств. В более широком масштабе связи между группами нейронов могут быть выяснены, описывая как их вход в соответствующие дендриты и шипы, так и их выходы через аксоны и бутоны. После описания анатомических свойств сети можно выявить электрохимические свойства их соединений и сети.
Эти описательные исследования отлично подходят для создания гипотез о функциях мозга на всех уровнях анализа. Как только будет собрано достаточно базовой информации для создания логичной гипотезы о функции какого-либо уровня мозга — например, анатомического пути в мозге, отвечающего за нашу способность распознавать лицо, — мы хотим проверить, является ли этот путь требуется для распознавания лиц. Во всех областях биологических наук и на всех уровнях анализа проверка гипотез достигается с помощью экспериментов по усилению — и с потерей функции — .В эксперименте с потерей функции экспериментатор заставляет замолчать, блокирует, нарушает или отключает определенные компоненты предлагаемого пути в попытке определить элементы, необходимые для соответствующей функции. В некоторых случаях метод потери функции может быть неточным, поэтому для дальнейшего отслеживания потребности в компоненте функционального пути можно провести эксперимент с усилением функции, чтобы заменить каждый из компонентов пути. которые были нарушены в эксперименте с потерей функции.Эксперименты с потерей функции могут проводиться на всех уровнях функции: для проверки важности определенных генов в клетках внутреннего уха для определенных компонентов слуха; проверить роль определенных областей височной доли в обучении; или даже проверить важность сна для консолидации памяти.
Этот том Dædalus , посвященный мозгу и нервной системе, не может охватить все аспекты этой очень глубокой и широкой области исследования; но нам повезло, что мы наняли выдающуюся группу активных ученых, которые помогли нам изучить отдельные разделы в области нейробиологии.Эти авторы и ученые не только вносят большой вклад в свои конкретные области внимания, но и являются опытными коммуникаторами, имеющими послужной список объяснения и перевода сложных концепций интеллектуальным читателям и слушателям за пределами своей дисциплины.
Роберт Вюрц в книге «Мозговые механизмы активного зрения» представляет ясное и ясное эссе о замечательных механизмах, лежащих в основе нашей способности видеть окружающий мир. В «Восприятии» Томас Олбрайт показывает, как мы превращаем чувственное восприятие зрения в когнитивное восприятие и как это регулируется другими событиями в окружающей среде.Эссе А. Дж. Хадспета «Энергетическое ухо» объясняет динамическую внутреннюю работу уха и то, как звуковые волны переводятся в мозг, чтобы мы могли слышать. Ларри Сквайр и Джон Уикстед предлагают учебник по памяти под названием «Воспоминание», основанный как на критических тематических исследованиях, так и на экспериментальных исследованиях, которые привели к нашему нынешнему пониманию. В своем эссе «Сон, память и ритмы мозга» Брендон Уотсон и Дьёрдь Бужаки проводят связное и провокационное исследование важности сна для нашей памяти и того, как ритмическая активность в контурах мозга может контролировать взаимосвязь между сном и объем памяти.
Эмилио Бицци и Роберт Аджемиан написали эссе «Трудный научный поиск: понимание произвольных движений», в котором объясняются как основы того, как мы движемся в окружающей среде, так и то, как движение регулируется сенсорным опытом. «Чувства: что они собой представляют и как их формирует мозг?» — Дополнение Джозефа Леду к тому — описывает основы эмоционального поведения как с поведенческой точки зрения, так и с нейробиологической основы эмоций. Эрл Миллер и Тимоти Бушман в своем эссе «Объем рабочей памяти: ограничения возможностей познания» обсуждают когнитивные способности, уделяя особое внимание ограничениям обработки, коренящимся в колебательных ритмах мозга («мозговых волнах»).Наконец, в своем эссе «Сознание» Терри Сейновски обращается к скользкой концепции сознания и помогает нам понять разницу между осознанием и осознанием.
Хотя этот том не может распространяться на все сенсорные и моторные системы и их интеграцию, мы надеемся, что этот образец нейробиологии побудит вас прочитать больше на эти захватывающие темы, и мы надеемся, что сможем вернуться к Dædalus с дополнительными тома по нейробиологии.Более конкретно, мы здесь не рассматривали, что происходит, когда мозг поврежден или стареет, или когда возникают генетические ошибки. Том «Мозг и его расстройства» в настоящее время находится на стадии планирования в Американской академии; А пока мы надеемся, что эта коллекция станет для вас основой для изучения мозга и пробудит у вас аппетит к большему.
Знакомство с нервной системой
Нервная система — это основная контролирующая, регулирующая и коммуникативная система в организме.Это центр всей умственной деятельности, включая мышление, обучение и память. Вместе с эндокринной системой нервная система отвечает за регулирование и поддержание гомеостаза. Через свои рецепторы нервная система поддерживает связь с окружающей средой, как внешней, так и внутренней.
Как и другие системы организма, нервная система состоит из органов, в основном головного и спинного мозга, нервов и ганглиев. Они, в свою очередь, состоят из различных тканей, включая нерв, кровь и соединительную ткань.Вместе они выполняют сложную деятельность нервной системы.
Различные виды деятельности нервной системы можно сгруппировать в три общие, перекрывающиеся функции:
- Сенсорная
- Интегративный
- Двигатель
Миллионы сенсорных рецепторов обнаруживают изменения, называемые раздражителями, которые происходят внутри и вне тела. Они контролируют такие вещи, как температура, свет и звук из внешней среды.Внутри тела, внутренней среды, рецепторы обнаруживают изменения давления, pH, концентрации углекислого газа и уровней различных электролитов. Вся эта собранная информация называется сенсорным вводом.
Сенсорный ввод преобразуется в электрические сигналы, называемые нервными импульсами, которые передаются в мозг. Там сигналы объединяются, чтобы создать ощущения, вызвать мысли или добавить в память; Решения принимаются каждый момент на основе сенсорных входов.Это интеграция.
На основе сенсорного ввода и интеграции нервная система отвечает, посылая сигналы мышцам, заставляя их сокращаться, или железам, заставляя их производить секрецию. Мышцы и железы называются эффекторами, потому что они вызывают эффект в ответ на указания нервной системы. Это мощность двигателя или функция двигателя.
Нервная система — Scholarpedia
Эта статья еще не опубликована; он может содержать неточности, неутвержденные изменения или быть незаконченным.
Нервная система — это часть тела животного, которая координирует его поведение и передает сигналы между различными частями тела. У позвоночных он состоит из двух основных частей, называемых центральной нервной системой (ЦНС) и периферической нервной системой (ПНС). ЦНС включает головной и спинной мозг. ПНС состоит в основном из нервов, которые представляют собой длинные волокна, которые соединяют ЦНС со всеми остальными частями тела, но также включает другие компоненты, такие как периферические ганглии, симпатические и парасимпатические ганглии, а также кишечную нервную систему, полунезависимую часть тела. нервная система, функция которой заключается в управлении желудочно-кишечным трактом.
На клеточном уровне нервная система определяется наличием особого типа клетки, называемого нейроном, также известного как «нервная клетка». Нейроны обладают особыми свойствами, которые позволяют им быстро и точно посылать сигналы другим клеткам. Они посылают эти сигналы в виде электрохимических волн, распространяющихся по тонким волокнам, называемым аксонами, которые вызывают высвобождение химических веществ, называемых нейротрансмиттерами, в соединениях с другими нейронами, называемыми синапсами. Клетка, которая получает синаптический сигнал от нейрона (постсинаптического нейрона), может быть возбуждена, подавлена или иным образом модулирована.Связи между нейронами образуют нейронные цепи, которые могут генерировать очень сложные модели динамической активности. Наряду с нейронами нервная система также содержит другие специализированные клетки, называемые глиальными клетками (или просто глия), которые обеспечивают структурную и метаболическую поддержку. Недавние данные свидетельствуют о том, что глия также может играть важную сигнальную роль.
Нервные системы есть почти у всех многоклеточных животных, но они сильно различаются по сложности. Единственные многоклеточные животные, у которых вообще нет нервной системы, — это губки и микроскопические каплевидные организмы, называемые плакозоями и мезозоями.Нервная система гребневиков (гребневиков) и книдарий (например, анемонов, гидр, кораллов и медуз) состоит из диффузной нервной сети. У всех других видов животных, за исключением иглокожих и нескольких типов червей, есть нервная система, содержащая мозг, центральный шнур (или два шнура, идущие параллельно) и нервы, исходящие от головного мозга и центрального шнура. Размер нервной системы колеблется от нескольких сотен клеток у простейших червей до порядка 100 миллиардов клеток у человека.
На самом базовом уровне функция нервной системы состоит в том, чтобы контролировать движения организма и влиять на окружающую среду (например, через феромоны). Это достигается путем отправки сигналов от одной клетки к другим или от одной части тела к другим. Выход из нервной системы происходит из сигналов, которые проходят к мышечным клеткам, вызывая активацию мышц, и из сигналов, которые проходят к эндокринным клеткам, вызывая выброс гормонов в кровоток или другие внутренние жидкости.Вход в нервную систему поступает от сенсорных клеток самых разных типов, которые преобразуют физические параметры, такие как свет и звук, в нейронную активность. Внутренне нервная система содержит сложные сети связей между нервными клетками, которые позволяют ей генерировать паттерны активности, лишь частично зависящие от сенсорных входов. Нервная система также способна сохранять информацию с течением времени, динамически изменяя силу связей между нейронами, а также другие механизмы.
Строение
Нервная система получила свое название от нервов, которые представляют собой цилиндрические пучки волокон, которые исходят из головного мозга и центрального шнура и многократно разветвляются, чтобы иннервировать каждую часть тела. Нервы достаточно велики, чтобы их могли распознать древние египтяне, греки и римляне (Finger, 2001, глава 1), но их внутренняя структура не была понята, пока не стало возможным исследовать их с помощью микроскопа. Исследование под микроскопом показывает, что нервы состоят в основном из аксонов нейронов, а также из множества мембран, которые их окружают.Нейроны, которые дают начало нервам, обычно не находятся внутри самих нервов — их клеточные тела находятся в головном мозге, центральном канатике или периферических ганглиях.
Все животные, более производные, чем губки, имеют нервную систему. Однако даже губки, одноклеточные животные и неживотные, такие как слизистые плесени, обладают межклеточными сигнальными механизмами, которые являются предшественниками таковых нейронов (Sakarya et al. , 2007). У радиально-симметричных животных, таких как медузы и гидры, нервная система состоит из диффузной сети изолированных клеток.У двухсторонних животных, составляющих подавляющее большинство существующих видов, нервная система имеет общую структуру, которая возникла в начале кембрийского периода, более 500 миллионов лет назад.
Ячейки
Нервная система состоит из двух основных категорий или типов клеток: нейронов и глиальных клеток.
Нейроны
Нервная система определяется наличием особого типа клетки, нейрона (иногда называемого «нейроном» или «нервной клеткой»). Нейроны можно отличить от других клеток множеством способов, но их наиболее фундаментальное свойство состоит в том, что они общаются с другими клетками через синапсы, которые представляют собой соединения, содержащие молекулярные механизмы, которые позволяют быстро передавать сигналы, электрические или химические.Многие типы нейронов обладают аксоном, протоплазматическим выступом, который может распространяться на отдаленные части тела и создавать тысячи синаптических контактов. Аксоны часто проходят через тело в пучках, называемых нервами (в ПНС) или трактами (в ЦНС).
Даже в нервной системе одного вида, такого как человек, существуют сотни различных типов нейронов с большим разнообразием морфологии и функций. К ним относятся сенсорные нейроны, которые преобразуют физические стимулы, такие как свет и звук, в нервные сигналы, и моторные нейроны, которые преобразуют нервные сигналы в активацию мышц или желез.Однако у многих видов большинство нейронов получают все входные данные от других нейронов и отправляют свои выходные данные другим нейронам.
Глиальные клетки
Глиальные клетки (названные от греческого слова «клей») — это ненейрональные клетки, которые обеспечивают поддержку и питание, поддерживают гомеостаз, образуют миелин и участвуют в передаче сигналов в нервной системе (Allen, 2009). В человеческом мозге в настоящее время подсчитано, что общее количество глии примерно равно количеству нейронов, хотя пропорции различаются в разных областях мозга (Azevedo et al., 2009 г.). Среди наиболее важных функций глиальных клеток — поддержка нейронов и удержание их на месте; снабжать нейроны питательными веществами; электрически изолировать нейроны; для уничтожения болезнетворных микроорганизмов и удаления мертвых нейронов; и предоставить подсказки, направляющие аксоны нейронов к их мишеням. Очень важный набор глиальных клеток (олигодендроциты в ЦНС позвоночных и шванновские клетки в ПНС) генерируют слои жирового вещества, называемого миелином, которые обволакивают аксоны и обеспечивают электрическую изоляцию, которая позволяет им передавать сигналы намного быстрее и эффективнее.
Анатомия позвоночных
Рисунок 1: Основные отделы нервной системы позвоночных.Нервная система позвоночных животных делится на две части, называемые центральной нервной системой (ЦНС) и периферической нервной системой (ПНС).
ЦНС является самой большой частью и включает головной и спинной мозг. ЦНС окружена и защищена мозговыми оболочками, трехслойной системой мембран, включая жесткий кожистый внешний слой, называемый dura mater .Головной мозг также защищен черепом, а спинной мозг — позвоночными костями. Кровеносные сосуды, входящие в ЦНС, окружены клетками, которые образуют плотный химический барьер, называемый гематоэнцефалическим барьером, препятствуя проникновению многих типов химических веществ, присутствующих в организме, в ЦНС.
Периферическая нервная система (ПНС) — это собирательный термин для структур нервной системы, которые не находятся в ЦНС. Считается, что подавляющее большинство пучков аксонов, называемых нервами, принадлежит ПНС, даже если клеточные тела нейронов, которым они принадлежат, находятся в головном или спинном мозге.ПНС делится на «соматическую» и «висцеральную» части. Соматическая часть состоит из нервов, иннервирующих кожу, суставы и мышцы. Тела соматических сенсорных нейронов лежат в ганглии задних корешков спинного мозга. Висцеральная часть, также известная как вегетативная нервная система, содержит нейроны, которые иннервируют внутренние органы, кровеносные сосуды и железы. Сама вегетативная нервная система состоит из двух частей: симпатической нервной системы и парасимпатической нервной системы.Некоторые авторы также включают сенсорные нейроны, чьи клеточные тела лежат на периферии (для таких органов чувств, как слух), как часть ПНС; другие, однако, опускают их (Hubbard, 1974, стр. vii).
Нервную систему позвоночных также можно разделить на области, называемые серым веществом («серое вещество» в британском правописании) и белым веществом. Серое вещество (которое является только серым в консервированной ткани и лучше описывается как розовое или светло-коричневое в живой ткани) содержит большую долю клеточных тел нейронов.Белое вещество состоит в основном из аксонов, покрытых миелином, и принимает свой цвет от миелина. Белое вещество включает в себя все нервы тела и большую часть внутренних частей головного и спинного мозга. Серое вещество находится в скоплениях нейронов головного и спинного мозга, а также в корковых слоях, выстилающих их поверхности. Существует анатомическое соглашение, согласно которому кластер нейронов в головном мозге называется «ядром», тогда как кластер нейронов на периферии называется «ганглием». Однако есть несколько исключений из этого правила, в частности, часть мозга, называемая базальными ганглиями.
Сравнительная анатомия и эволюция
Нейронные предшественники в губках
Губки не имеют клеток, связанных друг с другом синаптическими соединениями, то есть без нейронов и, следовательно, без нервной системы. Однако у них есть гомологи многих генов, которые играют ключевую роль в синаптической функции у других животных. Недавние исследования показали, что клетки губок экспрессируют группу белков, которые группируются вместе, образуя структуру, напоминающую постсинаптическую плотность (принимающая сигнал часть синапса) (Sakarya, 2007).Однако функция этой структуры в настоящее время неясна. Хотя клетки губки не обладают синаптической передачей, они взаимодействуют друг с другом посредством волн кальция и других импульсов, которые опосредуют некоторые простые действия, такие как сокращение всего тела (Jacobs et al. , 2007).
Радиата
Медузы, гребневики и родственные им животные имеют диффузные нервные сети, а не центральную нервную систему. У большинства медуз нервная сеть более или менее равномерно распределена по телу; в гребешках он сконцентрирован около рта.Нервные сети состоят из сенсорных нейронов, которые улавливают химические, тактильные и визуальные сигналы; мотонейроны, которые могут активировать сокращения стенки тела; и промежуточные нейроны, которые обнаруживают паттерны активности сенсорных нейронов и в ответ посылают сигналы группам двигательных нейронов. В некоторых случаях группы промежуточных нейронов группируются в дискретные ганглии (Ruppert et al. , 2004).
Развитие нервной системы у лучевых желез относительно неструктурировано.В отличие от bilaterians, у radiata есть только два первичных клеточных слоя, энтодерма и эктодерма. Нейроны генерируются из особого набора эктодермальных клеток-предшественников, которые также служат предшественниками для всех других типов эктодермальных клеток (Sanes et al. , 2006).
Билатерия
Рисунок 2: Нервная система типичного двунаправленного животного в виде нервного шнура с сегментарными увеличениями и «мозгом» спереди. (Примечание: на этом рисунке нервный шнур показан на дорсальной стороне тела, но, как объясняется в статье, у протостомов он обычно лежит на вентральной стороне.)Подавляющее большинство существующих животных — билатерии, то есть животные, у которых левая и правая стороны являются приблизительными зеркальными отображениями друг друга. Считается, что все bilateria произошли от общего червеобразного предка, который появился в кембрийский период, 550–600 миллионов лет назад (Balavoine, 2003). Основная форма билатерального тела представляет собой трубку с полой кишкой, проходящей ото рта к анусу, и нервный тяж (или два параллельных нервных тяжа) с расширением («ганглием») для каждого сегмента тела с особенно большим ганглием. спереди, называемый «мозгом».Окончательно не установлено, унаследована ли родовая форма билатерианской центральной нервной системы от так называемых «урбилатерий» — последнего общего предка всех существующих билатерий — или отдельные линии развивали аналогичные структуры параллельно (Northcutt, 2012 ). С одной стороны, наличие общего набора генетических маркеров, а также трехчастной структуры мозга, характерной для широко разделенных видов (Hirth, 2010), предполагают общее происхождение; с другой стороны, тот факт, что у некоторых современных типов билатерий (таких как иглокожие) отсутствует центральный нервный шнур, в то время как у многих нет явно трехчастного мозга, предполагает, что это могло быть примитивным состоянием (Northcutt, 2012).
Позвоночные, кольчатые червяки, ракообразные и насекомые — все демонстрируют сегментированный билатерианский план тела на уровне нервной системы. У млекопитающих спинной мозг содержит серию сегментарных ганглиев, каждый из которых дает начало двигательным и сенсорным нервам, которые иннервируют часть поверхности тела и подлежащую мускулатуру. На конечностях схема иннервации сложна, но на туловище она дает серию узких полос. Три верхних сегмента принадлежат головному мозгу, давая начало переднему, среднему и заднему мозгу (Ghysen, 2003).
Bilaterians могут быть разделены на основе событий, которые происходят на очень ранних стадиях эмбрионального развития, на две группы (superphyla), называемые протостомами и дейтеростомами (Erwin et al. , 2002). Deuterostomes включают позвоночных, а также иглокожих, гемихордовых (в основном желудевых червей) и Xenoturbellidans (Bourlat et al. , 2006). Протостомы, более разнообразная группа, включают членистоногих, моллюсков и многочисленные виды червей. Между этими двумя группами существует фундаментальное различие в расположении нервной системы внутри тела: протостомы имеют нервный шнур на вентральной (обычно нижней) стороне тела, тогда как у дейтеростомов нервный шнур находится на дорсальной (обычно верхней) стороне тела. ) боковая сторона.Фактически, многие аспекты тела инвертированы между двумя группами, включая паттерны экспрессии нескольких генов, которые демонстрируют градиенты от дорсального к вентральному. Большинство анатомов в настоящее время считают, что тела протостомов и дейтеростомов «перевернуты» относительно друг друга, — гипотеза, которая была впервые предложена Жоффруа Сен-Илером для насекомых по сравнению с позвоночными. Так, например, у насекомых есть нервные связки, которые проходят вдоль средней линии вентральной части тела, в то время как у всех позвоночных спинной мозг проходит вдоль средней линии спины (Lichtneckert and Reichert, 2005).
Аннелиды
Рисунок 3: Нервная система дождевого червя. Вверху: вид сбоку на переднюю часть червяка. Внизу: Изолированная нервная система, вид сверхуЧерви — простейшие двустворчатые животные, наиболее наглядно раскрывающие основную структуру двуногой нервной системы. Например, у дождевых червей есть двойные нервные тяжи, проходящие по длине тела и сливающиеся у хвоста и рта. Эти нервные тяжи соединены друг с другом поперечными нервами, напоминающими ступеньки лестницы.Эти поперечные нервы помогают координировать движения двух сторон животного. Два ганглия на головном конце функционируют как простой мозг. Фоторецепторы в глазных точках животного предоставляют сенсорную информацию о свете и темноте (Adey, WR).
Экдизозоа
Экдизозоа — животные, теряющие кутикулу. К ним относятся нематоды и членистоногие.
Нематоды
Нервная система одного особого типа нематод, крошечного круглого червя Caenorhabditis elegans , была нанесена на карту вплоть до синаптического уровня.Это стало возможным, потому что у этого вида каждый отдельный червь (без учета мутаций и половых различий) имеет идентичный набор нейронов, с одинаковым расположением и химическими характеристиками и такими же связями с другими клетками. Каждый нейрон и его клеточная линия были записаны, и большая часть, если не все, нейронные связи нанесены на карту. Нервная система C. elegans сексуально диморфна; нервные системы обоих полов, мужчин и гермафродитов, имеют разное количество нейронов и групп нейронов, которые выполняют специфичные для пола функции.У мужчин ровно 383 нейрона, а у гермафродитов — ровно 302 нейрона (Hobert, 2005), необычная особенность, называемая эвтилией.
Членистоногие
Членистоногие, такие как насекомые и ракообразные, имеют нервную систему, состоящую из ряда ганглиев, соединенных парой вентральных нервных тяжей, идущих вдоль брюшной полости (Chapman, 1998). Большинство сегментов тела имеют по одному ганглию с каждой стороны, но некоторые из них сливаются, образуя мозг и другие большие ганглии. Головной сегмент содержит головной мозг, также известный как надпищеводный ганглий.В нервной системе насекомых мозг анатомически разделен на протоцеребрум, дейтоцеребрум и тритоцеребрум. Сразу за головным мозгом находится подэзофагеальный ганглий, который состоит из трех пар сросшихся ганглиев. Он контролирует ротовой аппарат, слюнные железы и определенные мышцы. У многих членистоногих хорошо развиты органы чувств, в том числе сложные глаза для зрения и антенны для обоняния и ощущения феромонов. Сенсорная информация от этих органов обрабатывается мозгом.
У членистоногих большинство нейронов имеют клеточные тела, расположенные на краю мозга и электрически пассивные — клеточные тела служат только для обеспечения метаболической поддержки и не участвуют в передаче сигналов. Протоплазматическое волокно, называемое первичным нейритом, проходит от тела клетки и обильно разветвляется, при этом одни части передают сигналы, а другие принимают сигналы. Таким образом, большинство частей мозга насекомых имеет тела пассивных клеток, расположенных по периферии, в то время как обработка нервных сигналов происходит в клубке протоплазматических волокон, называемых «нейропилем», внутри (Chapman, 1998).Однако есть важные исключения из этого правила, в том числе грибовидные тела, которые играют центральную роль в обучении и памяти.
«Идентифицированные» нейроны
Нейрон называется , идентифицирован , если он имеет свойства, которые отличают его от любого другого нейрона того же животного, такие как местоположение, нейротрансмиттер, паттерн экспрессии генов и связность, и если каждый отдельный организм, принадлежащий к тому же виду, имеет один и тот же вид. только один нейрон с таким же набором свойств (Hoyle, Wiersma, 1977).В нервных системах позвоночных очень немногие нейроны «идентифицируются» в этом смысле — считается, что у людей их нет — но в более простых нервных системах некоторые или все нейроны могут быть, таким образом, уникальными. Как упоминалось выше, у круглого червя Caenorhabditis Elegans каждый нейрон в организме однозначно идентифицируется, с одним и тем же расположением и одинаковыми связями в каждом отдельном черве.
Мозг многих моллюсков и насекомых также содержит значительное количество идентифицированных нейронов (Hoyle and Wiersma, 1977).У позвоночных наиболее известными идентифицированными нейронами являются гигантские клетки Маутнера рыб (Stein, 1999). У каждой рыбы есть две клетки Маутнера, расположенные в нижней части ствола мозга, одна с левой стороны, а другая с правой. Каждая клетка Маутнера имеет аксон, который пересекает, иннервируя нейроны на том же уровне мозга, а затем движется вниз по спинному мозгу, создавая многочисленные связи на своем пути. Синапсы, генерируемые клеткой Маутнера, настолько мощны, что единственный потенциал действия вызывает серьезную поведенческую реакцию: в течение миллисекунд рыба изгибает свое тело в С-образную форму, затем выпрямляется, тем самым быстро продвигаясь вперед.Функционально это быстрая реакция на побег, которая наиболее легко запускается сильной звуковой волной или волной давления, падающей на орган боковой линии рыбы. Клетки Маутнера — не единственные идентифицированные нейроны у рыб — существует еще около 20 типов, включая пары «аналогов клеток Маутнера» в каждом сегментарном ядре спинного мозга. Хотя клетка Маутнера сама по себе способна вызвать реакцию избегания, в контексте обычного поведения другие типы клеток обычно вносят вклад в формирование амплитуды и направления реакции.
Клетки Маутнера были описаны как «командные нейроны». Командный нейрон — это особый тип идентифицированного нейрона, определяемый как нейрон, который способен индивидуально управлять определенным поведением (Stein, 1999, стр. 112). Такие нейроны чаще всего появляются в системах быстрого спасения различных видов — гигантский аксон кальмара и гигантский синапс кальмара, используемые для новаторских экспериментов в нейрофизиологии из-за своего огромного размера, оба участвуют в схеме быстрого побега кальмара.Однако концепция командного нейрона стала противоречивой из-за исследований, показывающих, что некоторые нейроны, которые первоначально казались соответствующими описанию, действительно были способны вызывать реакцию только в ограниченном наборе обстоятельств (Simmons and Young, 1999).
Функция
Конечная функция нервной системы — контролировать тело, особенно его движения в окружающей среде. Он делает это путем извлечения информации из окружающей среды с помощью сенсорных рецепторов, отправки сигналов, которые кодируют эту информацию, в центральную нервную систему, обработки информации для определения соответствующей реакции и отправки выходных сигналов мышцам или железам для активации реакции.Эволюция сложной нервной системы позволила различным видам животных обрести расширенные возможности восприятия, такие как зрение, сложные социальные взаимодействия, быстрая координация систем органов и интегрированная обработка параллельных сигналов. У людей развитая нервная система делает возможным язык, абстрактное представление концепций, передачу культуры и многие другие особенности человеческого общества, которые не существовали бы без человеческого мозга.
На самом базовом уровне нервная система посылает сигналы от одной клетки к другим или от одной части тела к другим.Есть несколько способов, которыми одна ячейка может посылать сигналы другим ячейкам. Один из них — высвобождение химических веществ, называемых гормонами, во внутреннюю циркуляцию, чтобы они могли распространяться в отдаленные места. В отличие от этого «широковещательного» режима передачи сигналов, нервная система обеспечивает сигналы «точка-точка» — нейроны проецируют свои аксоны на определенные целевые области и создают синаптические связи с конкретными целевыми клетками. Таким образом, нейронная передача сигналов имеет гораздо более высокий уровень специфичности, чем передача гормональных сигналов.Кроме того, он намного быстрее: самые быстрые нервные сигналы передаются со скоростью, превышающей 100 метров в секунду.
Нейроны и синапсы
Рисунок 4: Основные элементы синаптической передачи. Электрохимическая волна, называемая потенциалом действия, проходит по аксону нейрона. Когда волна достигает синапса, она вызывает высвобождение молекул нейромедиатора, которые связываются с молекулами химических рецепторов, расположенными в мембране клетки-мишени.Большинство нейронов посылают сигналы через свои аксоны, хотя некоторые типы способны излучать сигналы от своих дендритов.Фактически, некоторые типы нейронов, такие как амакриновые клетки сетчатки, не имеют аксонов и общаются только через свои дендриты. Нейронные сигналы распространяются по аксону в форме электрохимических волн, называемых потенциалами действия, которые излучают межклеточные сигналы в точках контакта, называемых «синапсами».
Синапсы могут быть электрическими или химическими. Электрические синапсы передают ионы напрямую между нейронами (Hormuzdi et al. , 2004), но химические синапсы гораздо более распространены и гораздо более разнообразны по функциям.В химическом синапсе клетка, которая посылает сигналы, называется пресинаптической, а клетка, которая принимает сигналы, называется постсинаптической. Как пресинаптические, так и постсинаптические области контакта заполнены молекулярными механизмами, которые осуществляют процесс передачи сигналов. Пресинаптическая область содержит большое количество крошечных сферических сосудов, называемых синаптическими пузырьками, заполненных химическими веществами-медиаторами. Когда кальций попадает в пресинаптический терминал через потенциал-управляемые кальциевые каналы, активируется множество молекул, встроенных в мембрану, и заставляет содержимое некоторых пузырьков высвобождаться в узкое пространство между пресинаптической и постсинаптической мембранами, называемое синаптической щелью.Затем нейротрансмиттер связывается с химическими рецепторами, встроенными в постсинаптическую мембрану, заставляя их переходить в активированное состояние. В зависимости от типа рецептора действие на постсинаптическую клетку может быть более сложным возбуждающим, тормозящим или модулирующим. Например, высвобождение нейромедиатора ацетилхолина при синаптическом контакте между двигательным нейроном и мышечной клеткой деполяризует мышечную клетку и запускает серию событий, которые приводят к сокращению мышечной клетки.Весь процесс синаптической передачи занимает лишь долю миллисекунды, хотя воздействие на постсинаптическую клетку может длиться намного дольше (даже бесконечно, в тех случаях, когда синаптический сигнал приводит к образованию следа памяти).
Существуют буквально сотни различных типов синапсов даже в пределах одного вида. Фактически, существует более сотни известных химических нейротрансмиттеров, и многие из них активируют несколько типов рецепторов. Многие синапсы используют более одного нейромедиатора — обычно синапс использует один быстродействующий низкомолекулярный нейромедиатор, такой как глутамат или ГАМК, вместе с одним или несколькими пептидными нейротрансмиттерами, которые играют более медленные модулирующие роли.Нейробиологи обычно делят рецепторы на две широкие группы: ионные каналы, управляемые лигандами, и рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), которые полагаются на передачу сигналов второго мессенджера. Когда активируется ионный канал, управляемый лигандом, он открывает канал, который позволяет определенным типам ионов проходить через мембрану. В зависимости от типа иона воздействие на клетку-мишень может быть возбуждающим или тормозящим, поскольку мембранный потенциал приближается или отходит от порогового значения для запуска потенциала действия.Когда GPCR активируется, он запускает каскад молекулярных взаимодействий внутри клетки-мишени, которые в конечном итоге могут вызывать широкий спектр сложных эффектов, таких как повышение или снижение чувствительности клетки к стимулам или даже изменение транскрипции гена.
Согласно принципу Дейла, у которого есть лишь несколько известных исключений, нейрон выделяет одни и те же нейротрансмиттеры во всех своих синапсах (Strata and Harvey, 1999). Однако это не означает, что нейрон оказывает одинаковый эффект на все свои мишени, потому что эффект синапса зависит не от нейромедиатора, а от рецепторов, которые он активирует.Поскольку разные мишени могут (и часто используют) разные типы рецепторов, нейрон может оказывать возбуждающее действие на один набор клеток-мишеней, ингибирующее действие на другие и сложные модулирующие эффекты на другие. Тем не менее, бывает, что два наиболее широко используемых нейромедиатора, глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), имеют в значительной степени согласованные эффекты. Глутамат имеет несколько широко распространенных типов рецепторов, но все они являются возбуждающими или модулирующими.Точно так же у ГАМК есть несколько широко распространенных типов рецепторов, но все они являются ингибирующими. (Есть несколько исключительных ситуаций, в которых было обнаружено, что ГАМК оказывает возбуждающее действие, в основном на раннем этапе развития. См. Обзор Marty and Llano, 2005.) Из-за такой последовательности глутаматергические клетки часто называют «возбуждающими нейронами». и ГАМКергические клетки как «тормозящие нейроны». Строго говоря, это злоупотребление терминологией — возбуждающими и тормозящими являются рецепторы, а не нейроны, — но это часто наблюдается даже в научных публикациях.
Одно очень важное подмножество синапсов способно формировать следы памяти посредством длительных зависимых от активности изменений в силе синапсов. Наиболее понятной формой нейронной памяти является процесс, называемый долговременной потенциацией (сокращенно LTP), который действует в синапсах, которые используют глутамат нейротрансмиттера, действующего на особый тип рецептора, известный как рецептор NMDA (Cooke and Bliss, 2006). Рецептор NMDA обладает «ассоциативным» свойством: если обе клетки, участвующие в синапсе, активируются примерно в одно и то же время, открывается канал, позволяющий кальцию течь в клетку-мишень (Bliss and Collingridge, 1993).Поступление кальция запускает второй каскад мессенджеров, который в конечном итоге приводит к увеличению количества рецепторов глутамата в клетке-мишени, тем самым увеличивая эффективную силу синапса. Это изменение силы может длиться несколько недель или дольше. С момента открытия LTP в 1973 году было обнаружено множество других типов следов синаптической памяти, включая увеличение или уменьшение синаптической силы, которые вызываются различными условиями и длятся в течение различных периодов времени (Cooke and Bliss, 2006).Например, обучение с вознаграждением зависит от вариантной формы LTP, которая обусловлена дополнительным входом, поступающим от сигнального пути вознаграждения, который использует дофамин в качестве нейромедиатора (Kauer and Malenka, 2007). Все эти формы синаптической модифицируемости, взятые вместе, порождают нейронную пластичность, то есть способность нервной системы приспосабливаться к изменениям в окружающей среде.
Нейросхемы и системы
Основная функция нейронов посылки сигналов другим клеткам включает способность нейронов обмениваться сигналами друг с другом.Сети, образованные взаимосвязанными группами нейронов, способны выполнять широкий спектр функций, включая обнаружение признаков, генерацию паттернов и синхронизацию (Dayan and Abbott, 2005). На самом деле, трудно установить ограничения на типы обработки информации, которые могут выполняться нейронными сетями: Уоррен МакКаллох и Уолтер Питтс доказали в 1943 году, что даже искусственные нейронные сети, сформированные из значительно упрощенной математической абстракции нейрона, способны выполнять универсальное вычисление.Учитывая, что отдельные нейроны могут независимо генерировать сложные временные паттерны активности, диапазон возможностей, возможных даже для небольших групп нейронов, находится за пределами нынешнего понимания.
Рисунок 5: Иллюстрация пути боли из «Трактата о человеке » Рене Декарта.Исторически сложилось так, что в течение многих лет преобладающим взглядом на функцию нервной системы была функция, ассоциирующая со стимулом и ответом (Sherrington, 1906). В этой концепции нейронная обработка начинается со стимулов, которые активируют сенсорные нейроны, производя сигналы, которые распространяются через цепочки связей в спинном и головном мозге, что в конечном итоге приводит к активации моторных нейронов и, следовательно, к сокращению мышц, т.е.е., на открытые ответы. Декарт считал, что все поведение животных и большинство поведения людей можно объяснить в терминах цепей «стимул-реакция», хотя он также считал, что высшие когнитивные функции, такие как язык, нельзя объяснить механистически. Чарльз Шеррингтон в своей влиятельной книге 1906 года Интегративное действие нервной системы разработал концепцию механизмов стимул-реакция более подробно, а бихевиоризм, школа мысли, доминировавшая в психологии в середине 20-го века, предприняла попытку. объяснять каждый аспект человеческого поведения в терминах «стимул-реакция» (Баум, 2005).
Однако экспериментальные исследования электрофизиологии, начатые в начале 20-го века и достигшие высокой продуктивности к 1940-м годам, показали, что нервная система содержит множество механизмов для создания паттернов активности внутренне, не требуя внешнего раздражителя (Piccolino, 2002). Было обнаружено, что нейроны способны производить регулярные последовательности потенциалов действия или последовательности всплесков даже в полной изоляции. Когда внутренне активные нейроны соединяются друг с другом в сложные цепи, возможности для создания сложных временных паттернов становятся гораздо более обширными.Современная концепция рассматривает функцию нервной системы частично с точки зрения цепочек стимул-реакция, а частично с точки зрения внутренне генерируемых паттернов активности — оба типа активности взаимодействуют друг с другом, создавая полный репертуар поведения.
Рефлексы и другие цепи стимул-реакция
Рисунок 6: Упрощенная схема основной функции нервной системы: сигналы улавливаются сенсорными рецепторами и отправляются в спинной и головной мозг, где происходит обработка, в результате которой сигналы отправляются обратно в спинной мозг, а затем отправляются в двигательные нейроны.Простейшим типом нейронной цепи является рефлекторная дуга, которая начинается с сенсорного входа и заканчивается моторным выходом, проходящим через последовательность нейронов между ними.Например, рассмотрим «рефлекс отдергивания», заставляющий руку дернуться назад после прикосновения к горячей плите. Цепь начинается с сенсорных рецепторов в коже, которые активируются опасными уровнями тепла: особый тип молекулярной структуры, встроенной в мембрану, заставляет тепло изменять электрическое поле через мембрану. Если изменение электрического потенциала достаточно велико, оно вызывает потенциал действия, который передается по аксону рецепторной клетки в спинной мозг.Там аксон устанавливает возбуждающие синаптические контакты с другими клетками, некоторые из которых проецируются (посылают аксональный выход) в ту же область спинного мозга, а другие — в головной мозг. Одна из целей — это набор спинномозговых интернейронов, которые проецируются на двигательные нейроны, управляющие мышцами рук. Интернейроны возбуждают мотонейроны, и если возбуждение достаточно сильное, некоторые из мотонейронов генерируют потенциалы действия, которые перемещаются вниз по их аксонам до точки, где они устанавливают возбуждающие синаптические контакты с мышечными клетками.Возбуждающие сигналы вызывают сокращение мышечных клеток, в результате чего углы суставов в руке изменяются, оттягивая руку.
На самом деле эта простая схема подвержена многочисленным сложностям. Хотя для простейших рефлексов существуют короткие нейронные пути от сенсорного нейрона к двигательному нейрону, есть также другие соседние нейроны, которые участвуют в цепи и модулируют реакцию. Кроме того, есть проекции от головного мозга к спинному мозгу, которые способны усиливать или подавлять рефлекс.
Хотя простейшие рефлексы могут быть опосредованы цепями, полностью лежащими в спинном мозге, более сложные ответы зависят от обработки сигналов в головном мозге. Рассмотрим, например, что происходит, когда объект на периферии поля зрения перемещается, а человек смотрит на него. Первоначальная сенсорная реакция сетчатки глаза и конечная двигательная реакция глазодвигательных ядер ствола головного мозга не так уж сильно отличаются от реакции простого рефлекса, но промежуточные стадии совершенно разные.Вместо одно- или двухэтапной цепочки обработки зрительные сигналы проходят, возможно, дюжину стадий интеграции, включая таламус, кору головного мозга, базальные ганглии, верхний бугорок, мозжечок и несколько ядер ствола мозга. Эти области выполняют функции обработки сигналов, которые включают обнаружение признаков, перцепционный анализ, вызов памяти, принятие решений и двигательное планирование.
Обнаружение признаков — это способность извлекать биологически значимую информацию из комбинаций сенсорных сигналов.В зрительной системе, например, сенсорные рецепторы сетчатки глаза только индивидуально способны обнаруживать «световые точки» во внешнем мире. Зрительные нейроны второго уровня получают входные данные от групп первичных рецепторов, нейроны более высокого уровня получают входные данные от групп нейронов второго уровня и т. Д., Образуя иерархию этапов обработки. На каждом этапе важная информация извлекается из ансамбля сигналов, а неважная информация отбрасывается. К концу процесса входные сигналы, представляющие «световые точки», были преобразованы в нейронное представление объектов окружающего мира и их свойств.Самая сложная сенсорная обработка происходит внутри головного мозга, но извлечение сложных признаков также происходит в спинном мозге и в периферических органах чувств, таких как сетчатка.
Генерация внутреннего шаблона
Хотя механизмы «стимул-реакция» легче всего понять, нервная система также способна управлять телом способами, не требующими внешнего раздражителя, с помощью внутренних паттернов активности. Из-за разнообразия чувствительных к напряжению ионных каналов, которые могут быть встроены в мембрану нейрона, многие типы нейронов способны, даже изолированно, генерировать ритмические последовательности потенциалов действия или ритмические чередования между высокоскоростным взрывом и покоем. .Когда нейроны, которые по своей природе ритмичны, связаны друг с другом возбуждающими или тормозящими синапсами, результирующие сети способны к широкому разнообразию динамического поведения, включая динамику аттрактора, периодичность и даже хаос. Сеть нейронов, которая использует свою внутреннюю структуру для генерации пространственно-временного структурированного вывода, не требуя соответственно структурированного стимула, называется центральным генератором паттернов.
Внутренняя генерация шаблонов работает в широком диапазоне временных масштабов, от миллисекунд до часов и более.Одним из наиболее важных типов временных паттернов является циркадная ритмичность, то есть ритмичность с периодом примерно 24 часа. Все животные, которые были изучены, демонстрируют циркадные колебания нейронной активности, которые контролируют циркадные изменения в поведении, такие как цикл сна и бодрствования. Экспериментальные исследования 1990-х годов показали, что циркадные ритмы генерируются «генетическими часами», состоящими из особого набора генов, уровень экспрессии которых повышается и понижается в течение дня.Такие разные животные, как насекомые и позвоночные, имеют схожую систему генетических часов. На циркадные часы влияет свет, но они продолжают работать, даже когда уровни освещенности остаются постоянными и отсутствуют другие внешние сигналы времени суток. Гены часов экспрессируются во многих частях нервной системы, а также во многих периферических органах, но у млекопитающих все эти «тканевые часы» синхронизируются с помощью сигналов, исходящих от главного хронометриста в крошечной части мозга, называемой супрахиазматическое ядро.
Список литературы
- Азеведо Ф.А., Карвалью Л.Р., Гринберг Л.Т., и др. (2009). Равное количество нейронных и ненейрональных клеток делает человеческий мозг изометрически увеличенным мозгом приматов. J. Comp. Neurol. 513 (5): 532–41. DOI: 10.1002 / cne.21974. PMID: 19226510.
- Баум WM (2005). Понимание бихевиоризма: поведение, культура и эволюция . Блэквелл. ISBN 978-1-4051-1262-8.
- Bourlat SJ, Juliusdottir T, Lowe CJ, et al. (2006). Филогения Deuterostome выявляет монофилетические хордовые и новый тип Xenoturbellida. Nature 444 (7115): 85–8. DOI: 10,1038 / природа05241. PMID: 17051155.
- Чепмен РФ (1998). «Глава 20: Нервная система». Насекомые: строение и функции . Издательство Кембриджского университета. С. 533–568. ISBN 978-0-521-57890-5.
- Даян П., Эбботт Л.Ф. (2005). Теоретическая нейробиология: вычислительное и математическое моделирование нейронных систем .MIT Press. ISBN 978-0-262-54185-5.
- Эрвин Д.Х., Дэвидсон Э.Х. (2002). Последний общий предок-билатерий. Разработка 129 (13): 3021–32. PMID: 12070079.
- Палец S (2001). «Глава 1: Мозг в древности». Истоки нейробиологии: история исследований функций мозга . Oxford Univ. Нажмите. ISBN 978-0-19-514694-3.
- Хоберт, О. (2005). Спецификация нервной системы. WormBook , изд. Исследовательское сообщество C. elegans, doi: 10.1895 / wormbook.1.12.1, http://www.wormbook.org.
- Хормузди С.Г., Филиппов М.А., Митропулу Г., и др. (2004). Электрические синапсы: динамическая сигнальная система, которая формирует активность нейронных сетей. Biochim. Биофиз. Acta 1662 (1-2): 113–37. DOI: 10.1016 / j.bbamem.2003.10.023. PMID: 15033583.
- Хойл Г., Wiersma CAG (1977). Идентифицированные нейроны и поведение членистоногих .Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-31001-0.
- Lichtneckert R, Reichert H (2005). Взгляд на мозг urbilaterian: консервативные механизмы формирования генетического паттерна в развитии мозга насекомых и позвоночных. Наследственность 94 (5): 465–77. DOI: 10.1038 / sj.hdy.6800664. PMID: 15770230.
- Маккаллох WS, Питтс (1943). Логический расчет идей, присущих нервной деятельности. Бык. Математика. Биофиз. 5 (4): 115–133.DOI: 10.1007 / BF02478259.
- Рупперт Е.Е., Фокс Р.С., Барнс Р.Д. (2004). Зоология беспозвоночных (7 изд.). Брукс / Коул. С. 111–124. ISBN 0-03-025982-7.
- Санес Д.Х., Рех Т.А., Харрис Вашингтон (2006). Развитие нервной системы . Академическая пресса. С. 3–4. ISBN 978-0-12-618621-5.
- Симмонс П.Дж., Янг Д. (1999). Нервные клетки и поведение животных . Издательство Кембриджского университета.п. 43. ISBN 978-0-521-62726-9.
Нервная система — канал лучшего здоровья
Нервная система помогает всем частям тела общаться друг с другом. Также он реагирует на изменения как снаружи, так и внутри тела. Нервная система использует как электрические, так и химические средства для отправки и получения сообщений.
Нейроны являются строительными блоками
Основным строительным блоком нервной системы является нервная клетка или нейрон. Форма нейронов разная, в зависимости от того, где они находятся в теле и какую роль играют.Все нейроны имеют пальцевидные выступы, называемые дендритами, и длинное волокно, называемое аксоном.
Во многих случаях аксон покрыт специальной мембраной, называемой миелиновой оболочкой. Аксон выходит наружу и имеет несколько бугорков. Каждая выпуклость находится рядом с дендритом другого нейрона. Пространство между бугорком и дендритом называется синапсом. Сообщения передают синапс от одного нейрона к другому, используя специальные химические вещества, называемые нейротрансмиттерами.
В отличие от других клеток в организме, нейроны нелегко заменить, если они умирают, повреждены инфекцией или травмой.
Центральная нервная система
Головной и спинной мозг составляют центральную нервную систему. Они обернуты тонкой оболочкой, называемой мозговыми оболочками, и залиты спинномозговой жидкостью (CSF).
Мозг
Мозг — это двигатель тела, хотя он составляет всего два процента веса тела. Этот мягкий желеобразный орган имеет бесчисленные миллиарды нервных перекрестных связей. Мозг наблюдает за работой тела, а его высшие функции наделяют нас сознанием и индивидуальностью.
Спинной мозг
Спинной мозг соединен с головным мозгом и проходит по всей длине тела. Он защищен костями позвоночника (позвонками). Нервы отходят от спинного мозга к рукам, ногам и туловищу.
Периферическая нервная система
Нервы соединяют головной и спинной мозг с периферической нервной системой, что называется нервной тканью за пределами центральной нервной системы. Он состоит из двух основных частей: вегетативной и соматической нервной системы.
Вегетативная нервная система
Вегетативная нервная система является частью периферической нервной системы. Одна из его основных функций — регулировать работу желез и органов без каких-либо усилий со стороны нашего сознательного разума.
Вегетативная нервная система состоит из двух частей: симпатической и парасимпатической. Эти системы действуют на организм противоположным образом. Вместе они координируют множество корректировок, необходимых для наших изменяющихся личных потребностей по мере того, как мы перемещаемся по окружающей среде.Например, размер наших зрачков регулируется автоматически, чтобы обеспечить правильное количество света в наши глаза для оптимального зрения, наши потовые железы включаются, когда нам становится слишком жарко, и наши слюнные железы производят слюну, когда мы едим пищу (или даже думаем о ней). об этом!).
Соматическая нервная система
Соматическая нервная система также является частью периферической нервной системы. Одна из его функций — передавать информацию из глаз, ушей, кожи и мышц в центральную нервную систему (головной и спинной мозг).Он также подчиняется командам центральной нервной системы и заставляет мышцы сокращаться или расслабляться, позволяя нам двигаться.
Проблемы нервной системы
Некоторые общие проблемы нервной системы включают:
- Эпилепсия — вспышки аномальной электрической активности в головном мозге, вызывающие судороги
- Менингит — воспаление оболочки, покрывающей мозг
- Рассеянный склероз — миелиновые оболочки, защищающие электрические кабели центральной нервной системы, подвергаются атаке
- Болезнь Паркинсона — гибель нейронов в части мозга, называемой средним мозгом.Симптомы включают дрожь и проблемы с движением
- Ишиас — давление на нерв, вызванное смещением межпозвоночного диска или артритом позвоночника, а иногда и другими факторами
- Опоясывающий лишай — инфекция сенсорных нервов, вызванная вирусом ветряной оспы
- Инсульт — недостаток крови в части мозга.
Куда обратиться за помощью
Что следует помнить
- Нервная система использует электрические и химические средства, чтобы помочь всем частям тела общаться друг с другом.
- Головной и спинной мозг составляют центральную нервную систему.
- Нервы во всех частях тела являются частью периферической нервной системы.
Как работает спинной мозг
Что такое центральная нервная система?
Центральная нервная система (ЦНС) контролирует большинство функций тела и разума. Он состоит из двух частей: головного и спинного мозга.
Мозг — это центр наших мыслей, интерпретатор нашей внешней среды и источник контроля над движениями тела.Подобно центральному компьютеру, он интерпретирует информацию от наших глаз (зрение), ушей (звук), носа (запах), языка (вкус) и кожи (прикосновение), а также от внутренних органов, таких как желудок.
Спинной мозг — это магистраль связи между телом и мозгом. При травме спинного мозга нарушается обмен информацией между мозгом и другими частями тела.
Чем центральная нервная система отличается от других систем организма?
Большинство систем и органов тела контролируют только одну функцию, но центральная нервная система выполняет множество функций одновременно.Он контролирует все произвольные движения, такие как речь и ходьба, и непроизвольные движения, такие как моргание и дыхание. Это также ядро наших мыслей, восприятий и эмоций.
Как центральная нервная система защищает себя от травм?
Центральная нервная система защищена лучше, чем любая другая система или орган в организме. Его основная линия защиты — это кости черепа и позвоночника, которые создают прочный физический барьер для травм.Заполненное жидкостью пространство под костями, называемое сирниксом, обеспечивает амортизацию.
К сожалению, эта защита может оказаться палкой о двух концах. Когда происходит повреждение центральной нервной системы, мягкие ткани головного и спинного мозга отекают, вызывая давление из-за ограниченного пространства. Отек усугубляет травму, если ее быстро не устранить. Переломы костей могут привести к дальнейшим повреждениям и возможности инфицирования.
Почему центральная нервная система не может восстановиться после травмы?
Многие органы и ткани тела могут восстанавливаться после травм без вмешательства.К сожалению, некоторые клетки центральной нервной системы настолько специализированы, что не могут делиться и создавать новые клетки. В результате восстановление после травмы головного или спинного мозга намного труднее.
Сложность центральной нервной системы очень затрудняет формирование правильных связей между клетками головного и спинного мозга. Перед учеными стоит огромная задача воссоздать центральную нервную систему, существовавшую до травмы.
Клетки центральной нервной системы
Нейроны соединяются друг с другом для отправки и получения сообщений в головном и спинном мозге.Многие нейроны, работающие вместе, несут ответственность за каждое принятое решение, каждую эмоцию или ощущение и каждое предпринятое действие.
Сложность центральной нервной системы поразительна: в головном и спинном мозге вместе взятых насчитывается около 100 миллиардов нейронов. Было идентифицировано до 10 000 различных подтипов нейронов, каждый из которых специализируется на отправке и получении определенных типов информации. Каждый нейрон состоит из тела клетки, в котором находится ядро. Аксоны и дендриты образуют продолжения от тела клетки.
Астроциты , разновидность глиальных клеток, являются основными поддерживающими клетками головного и спинного мозга. Они производят и секретируют белки, называемые нейротрофическими факторами. Они также расщепляют и удаляют белки или химические вещества, которые могут быть вредными для нейронов (например, глутамат, нейромедиатор, который в избытке вызывает перевозбуждение клеток и их гибель в результате процесса, называемого эксайтотоксичностью).
Астроциты не всегда полезны: после травмы они делятся, образуя новые клетки, которые окружают место травмы, образуя глиальный рубец, который является препятствием для регенерации аксонов.
Микроглия — иммунные клетки головного мозга. После травмы они перемещаются к месту травмы, чтобы помочь избавиться от мертвых и умирающих клеток. Они также могут производить небольшие молекулы, называемые цитокинами, которые заставляют клетки иммунной системы реагировать на место повреждения. Этот процесс очистки может сыграть важную роль в восстановлении функции после травмы позвоночника.
Олигодендроциты представляют собой глиальные клетки, вырабатывающие жировое вещество, называемое миелином, которое слоями оборачивается вокруг аксонов.Аксонные волокна, изолированные миелином, могут передавать электрические сообщения (также называемые потенциалами действия) со скоростью 100 метров в секунду, в то время как волокна без миелина могут передавать сообщения только со скоростью один метр в секунду.Синапсы и нейротрансмиссия
Сообщения передаются от нейрона к нейрону через синапсы, небольшие промежутки между клетками, с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Чтобы передать сообщение о потенциале действия через синапс, молекулы нейромедиатора высвобождаются из одного нейрона («пресинаптический» нейрон) через промежуток к следующему нейрону («постсинаптический» нейрон).Процесс продолжается до тех пор, пока сообщение не достигнет места назначения.
Есть миллионы и миллионы связей между нейронами только в спинном мозге. Эти связи устанавливаются во время развития с использованием положительных (нейротрофические факторы) и отрицательных (ингибирующие белки) сигналов для их точной настройки. Удивительно, но один аксон может образовывать синапсы с 1000 другими нейронами.
Что вызывает паралич?
Существует логическая и физическая топографическая организация анатомии центральной нервной системы, которая представляет собой сложную сеть тесно связанных нервных путей.Эта упорядоченная взаимосвязь означает, что разные сегментарные уровни спинного мозга управляют разными вещами, и повреждение определенной части спинного мозга повлияет на соседние части тела.
Паралич возникает при нарушении связи между головным и спинным мозгом. Это может быть результатом повреждения нейронов головного мозга (инсульт) или спинного мозга. Травма спинного мозга затрагивает только области ниже уровня травмы. Однако полиомиелит (вирусная инфекция) или болезнь Лу Герига (боковой амиотрофический склероз или БАС) могут поражать нейроны всего спинного мозга.
Информационные пути
Специализированные нейроны передают сообщения от кожи, мышц, суставов и внутренних органов к спинному мозгу о боли, температуре, прикосновении, вибрации и проприоцепции. Эти сообщения затем передаются в мозг по одному из двух путей: спинотальмический тракт и лемнисковый путь. Эти пути находятся в разных местах спинного мозга, поэтому травма может не повлиять на них одинаково или в одинаковой степени.
Каждый сегмент спинного мозга получает сенсорную информацию из определенной области тела. Ученые нанесли на карту эти области и определили «рецептивные» поля для каждого уровня спинного мозга. Соседние поля перекрывают друг друга, поэтому линии на диаграмме являются приблизительными.
Произвольное и непроизвольное движение
Более миллиона аксонов проходят через спинной мозг, включая самые длинные аксоны в центральной нервной системе.
Нейроны в моторной коре, области мозга, которая контролирует произвольные движения, посылают свои аксоны через кортикоспинальный тракт для соединения с мотонейронами спинного мозга. Моторные нейроны спинного мозга выходят из спинного мозга к нужным мышцам через вентральный корешок. Эти связи управляют сознательными движениями, такими как письмо и бег.
Информация также течет в обратном направлении, что приводит к непроизвольному движению. Сенсорные нейроны обеспечивают обратную связь с мозгом через спинной корешок.Часть этой сенсорной информации передается непосредственно нижним мотонейронам, прежде чем достигнет мозга, что приводит к непроизвольным или рефлекторным движениям. Оставшаяся сенсорная информация возвращается в кору.
Как спинной мозг и мышцы работают вместе
Спинной мозг делится на пять отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. Уровень травмы определяет степень паралича и / или потери чувствительности.Нет двух одинаковых травм.
Эта диаграмма иллюстрирует связи между основными группами скелетных мышц и каждым уровнем спинного мозга. Похожая организация существует для спинального контроля внутренних органов.
Как спинной мозг и внутренние органы работают вместе
В дополнение к контролю произвольных движений центральная нервная система содержит симпатические и парасимпатические пути, которые контролируют реакцию «бей или беги» на опасность и регуляцию функций организма.К ним относятся высвобождение гормонов, движение пищи через желудок и кишечник, а также ощущения и мышечный контроль всех внутренних органов.
На этой диаграмме показаны эти пути и уровень спинного мозга, ведущий к каждому органу.
Что происходит после травмы спинного мозга?
Обычный набор биологических событий происходит после травмы спинного мозга:
- Клетки иммунной системы мигрируют к месту повреждения, вызывая дополнительное повреждение одних нейронов и смерть других, переживших первоначальную травму.
- Смерть олигодендроцитов приводит к тому, что аксоны теряют свою миелинизацию, что значительно ухудшает проводимость потенциала действия, сообщений или делает оставшиеся соединения бесполезными. Нейронная информационная магистраль еще больше нарушается, потому что многие аксоны разрываются, перекрывая линии связи между мозгом и мышцами, а также между сенсорными системами тела и мозгом.
- В течение нескольких недель после первоначальной травмы область повреждения ткани была очищена от микроглии, и оставалась заполненная жидкостью полость, окруженная глиальным рубцом.В этом месте теперь экспрессируются молекулы, которые ингибируют повторный рост оторванных аксонов. Кавитация называется сиринксом, который действует как барьер для повторного соединения двух сторон поврежденного спинного мозга.
Хотя травма спинного мозга вызывает сложное повреждение, удивительное количество основных схем для управления движением и технологической информацией может остаться нетронутым. Это потому, что спинной мозг устроен слоями схем. Многие соединения и тела нейронных клеток, образующие эту схему выше и ниже места повреждения, переживают травму.Для ученых-исследователей возникает важный вопрос: что «знают» выжившие нейроны? Могут ли они регенерировать и устанавливать новые правильные связи?
Стратегии вмешательства
Исследования указывают на множество возможных вмешательств, способствующих восстановлению после травмы позвоночника. Некоторые будут доставлены сразу после травмы; другие менее привязаны ко времени и включают восстановление и повторное соединение поврежденного шнура.Ясно, что оба подхода важны: ограничение дегенерации увеличит вероятность большего восстановления, в то время как стимуляция регенерации будет опираться на оставшуюся систему, чтобы восстановить потерянную связь и, возможно, предотвратить дальнейшую дегенерацию.
Ниже приведены некоторые стратегии вмешательства, финансируемые Фондом Кристофера и Даны Рив. Это не полный список всех возможных вмешательств.
Лечение сразу после несчастного случая:
- Ограничение начальной дегенерации
Недавние исследования показали, что существует по крайней мере три различных механизма гибели клеток, влияющих на потерю нейронов и олигодендроцитов после травмы: некроз, эксайтотоксичность и апоптоз. - Лечение воспаления
Вскоре после травмы спинной мозг опухает, и белки иммунной системы проникают в травмированную зону. Этот отек и воспаление могут способствовать вторичному повреждению пуповины после первоначальной травмы. Поэтому важно как можно быстрее лечить воспалительную реакцию. Лаборатории, придерживающиеся этого подхода, включают Schwab Lab.
Долгосрочное лечение:
- Стимуляция роста аксонов
Удобрения для нервов, называемые нейротрофинами, могут способствовать выживанию клеток, блокируя апоптоз и стимулируя рост аксонов.У каждого нейротрофина есть очень специфическая функция клетки-мишени. Некоторые избирательно предотвращают гибель клеток олигодендроцитов, другие способствуют возобновлению роста аксонов или выживанию нейронов, а третьи выполняют несколько функций. Лаборатории, использующие этот подход, включают Black Lab и Parada Lab. - Содействие новому росту через субстрат или направляющие молекулы
Субстратные и направляющие молекулы могут улучшить нацеливание после того, как аксоны будут стимулироваться к регенерации мимо места поражения.Эти белки действуют как дорожные карты, направляя аксоны к их правильным целям. Это критическая функция, потому что даже если аксоны выживают, они должны повторно соединиться с правильными целями. Лаборатории, использующие этот подход, включают Black Lab, Mendell Lab и Parada Lab. - Блокирующие молекулы, тормозящие регенерацию
В головном и спинном мозге есть молекулы, которые препятствуют делению нейронов и росту аксонов. Преодоление торможения может стимулировать рост и регенерацию аксонов и, вероятно, будет важным компонентом регенеративной терапии.Schwab Lab придерживается этого подхода. - Поставка новых элементов взамен утерянных
Стволовые клетки, которые изолированы от ЦНС и могут делиться с образованием новых клеток, могут заменять потерянные нейроны и гилы. Эти стволовые клетки необходимо собрать, обработать для стимулирования роста, а затем ввести в поврежденный спинной мозг. Лаборатории, использующие такой подход, включают Bunge Lab и Gage Lab.