Основной элемент нервной системы человека это: Нервная система человека — это… Что такое Нервная система человека?

Нервная система человека — это… Что такое Нервная система человека?

Декарт: «Раздражение ступни передаётся по нервам в мозг, взаимодействует там с духом и таким образом порождает ощущение боли».

Не́рвная систе́ма — целостная морфологическая и функциональная совокупность различных взаимосвязанных нервных структур, которая совместно с гуморальной системой обеспечивает взаимосвязанную регуляцию деятельности всех систем организма и реакцию на изменение условий внутренней и внешней среды. Нервная система действует как интегративная система, связывая в одно целое чувствительность, двигательную активность и работу других регуляторных систем (эндокринной и иммунной).

Общая характеристика нервной системы

Нейроны

Нервная система состоит из нейронов, или нервных клеток и нейроглии, или нейроглиальных клеток. Нейроны — это основные структурные и функциональные элементы как в центральной, так и периферической нервной системе. Нейроны — это возбудимые клетки, то есть они способны генерировать и передавать электрические импульсы (потенциалы действия). Нейроны имеют различную форму и размеры, формируют отростки двух типов:

аксоны и дендриты. У нейрона обычно несколько коротких разветвлённых дендритов, по которым импульсы следуют к телу нейрона, и один длинный аксон, по которому импульсы идут от тела нейрона к другим клеткам (нейронам, мышечным либо железистым клеткам). Передача возбуждения с одного нейрона на другие клетки происходит посредством специализированных контактов — синапсов.

Нейроглия

Нейроглиальные клетки более многочисленны, чем нейроны и составляют по крайней мере половину объема ЦНС, но в отличие от нейронов они не могут генерировать потенциалов действия. Нейроглиальные клетки различны по строению и происхождению, они выполняют вспомогательные функции в нервной системе, обеспечивая опорную, трофическую, секреторную, разграничительную и защитную функции.

Сравнительная нейроанатомия

Типы нервных систем

Существует несколько типов организации нервной системы, представленные у различных систематических групп животных.

  • Диффузная нервная система — представлена у кишечнополостных, можно считать ее прообразом ретикулярной структуры ЦНС позвоночных. Нервные клетки равномерно распределены по всему телу животного, и при раздражении одной даётся генерализованный ответ — реагирует все тело.
  • Диффузно-узловая нервная система — некоторые нервные клетки собираются в ганглии (нервные узлы). Такой тип нервной системы представлен у плоских червей.
  • Узловая нервная система, или сложная ганглионарная система — представлена у полихет. Выделяется сегментация нервной системы, ганглии более дифференцированы, клетки в них специализированы и обслуживают отдельные органы. У моллюсков ганглии огромны, и настолько хорошо развиты, что позволяют вырабатывать условные рефлексы. У головоногих моллюсков же сложное объединение специализированных ганглиев с развитыми связями между ними образуют «протомозг». У членистоногих в головном отделе несколько крупных ганглиев объединяются. Это объединение может также формировать слои — то есть быть прообразом кортиколизации («грибовидные тела»).
  • Трубчатая нервная система (нервная трубка) характерна для хордовых.

Нервная система у различных животных

Нервная система у кишечнополостных

Впервые нервная система появляется у кишечнополостных. У полипов она представляет собой примитивную субэпителиальную нервную сеть (нервный плексус), оплетающую всё тело животного и состоящую из нейронов (звёздчатые клетки), соединённых друг с другом отростками (диффузная нервная система), особенно плотные их сплетения образуются на оральном и аборальном полюсах тела. Раздражение вызывает быстрое проведение возбуждения по телу гидры и приводит к сокращению всего тела, в связи с сокращением эпителиально-мускульных клеток эктодермы и одновременно их расслаблением в энтодерме. Медузы устроены сложнее полипов, их нервная система начинает обособляться. Помимо подкожного нервного сплетения у них имеются ганглии по краю зонтика, соединённые отростками нервных клеток в

нервное кольцо, от которого инервируются мышечные волокна паруса и ропалии — структуры, содержащие различные органы чувств (диффузно-узловая нервная система). Бо́льшая централизация наблюдается у сцифомедуз и, особенно, кубомедуз, их 8 ганглиев, соответствующие 8 ропалиям, достигают достаточно крупных размеров — это первый пример образования значительных нервных узлов.

Нервная система у первичноротых

Плоские черви имеют уже обособленную нервную систему, она состоит из парного мозгового ганглия, от которого кзади отходят нервные стволы, идущие вдоль тела и соединеные кольцевыми поперечными нервами (перемычки или

комиссуры), которые помогают координировать стороны животного, в целом нервная система напоминает правильную решётку — такой тип строения был назван ортогоном. Нервные стволы состоят из нервных волокон, отходящих от рассеянных нервных клеток. У некоторых групп нервная система довольно примитивна и близка к диффузной. Среди плоских червей наблюдаются следующие тенденции: упорядочивание подкожного сплетения с обособлением стволов и комиссур, увеличение размеров мозгового ганглия, который превращается в центральный аппарат управления, погружение нервной системы в толщу тела; и, наконец, уменьшение числа нервных стволов (особого размера могут достигать два брюшных (боковых) ствола
).

У немертин центральная часть нервной системы представлена парой соединённых двойных ганглиев, расположенных над и под влагалищем хоботка и достигающих значительного размера, соединённых комиссурами. От ганглиев идут назад нервные стволы, обычно их пара и расположены они по бокам тела, также соединённы комиссурами, расположенны они в кожно-мускульном мешке или в паренхиме. От головного узла отходят многочисленные нервы, наиболее сильно развиты спинной нерв (часто двойной), брюшной и глоточный.

У брюхоресничных червей имеется надглоточный ганглий и два поверхностных боковых продольных ствола, соединённых комиссурами.

У нематод имеется окологлоточное нервное кольцо

, вперёд и назад от которого отходят по 6 нервных стволов, наиболее крупные — брюшной и спинной стволы — тянутся вдоль соответствующих гиподермальных валиков. Между собой нервные стволы опять же связаны перемычками, инервируют они соответственно мышцы брюшных и спинных боковых лент. Нервная система нематоды Caenorhabditis elegans была раскартированна на клеточном уровне[1]. Каждый нейрон был зарегистрирован, прослежено его происхождение и большинство, если не все, нейронные связи известны. У этого вида нервная система обладает половым диморфизмом: мужская и гермафродитная нервная система имеют разное количество нейронов и групп нейронов, чтобы совершать полоспецифических функции.

У киноринх нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца и вентрального (брюшного) ствола, на котором, в соответствии с присущей им некоторой сегментацией тела, группами расположены ганглионарные клетки.

Схоже устроена нервная система волосатиков и приапулид, но без сегментации.

У коловраток имеется только надглоточный ганглий, от которого во все стороны отходят нервы, особенно крупные — два нерва, идущие через всё тело по бокам кишечника.

У скребней нервная система очень проста: внутри влагалища хоботка имеется непарный ганглий, от которого отходят тонкие веточки вперёд к хоботку и два более толстых боковых ствола назад, они выходят из влагалища хоботка, пересекают полость тела, а затем по её стенкам идут назад.

У кольчатых червей имеется парный надглоточный нервный узел, окологлоточными коннективами (коннективы в отличии от комиссур соединяют разноимённые ганглии) соединённый с брюшной частью нервной системы. У примитивных полихет она состоит из двух продольных нервных тяжей, на которых располагаются невные клетки. У более организованных форм, они образуют парные ганглии в каждом сегменте тела (нервная лестница), а нервные стволы сближаются. У большинства же полихет парные ганглии сливаются (брюшная нервная цепочка), у части сливаются и стволы (узловая нервная система). От ганглиев отходят многочисленные нервы к органам своего сегмента. В ряду полихет происходит погружение нервной системы из эпителия под кожу, или даже под кожно-мускульный мешок. Ганглии разных сегментов могут концентрироваться, если сливаются их сегменты. Аналогичные тенденции наблюдаются и у олигохет. У пиявок нервная цепочка, лежащая в брюшном лакунарном канале, состоит из 20 или более ганглиев, причём в один объединяются первые 4 ганглия (

подглоточный нервный узел) и последние 7.

У эхиурид нервная ситема развита слабо — окологлоточное нервное кольцо соединено с брюшным стволом, но нервные клетки рассеяны по ним равномерно и нигде не образуют узлов.

У сипункулид имеется надглоточный нервный ганглий, окологлоточное нервное кольцо и лишённый нервных узлов брюшной ствол, лежащий на внутренней стороне полости тела.

Тихоходки имеют надглоточный ганглий, окологлоточные коннективы и брюшную цепочку с 5 парными ганглиями.

Онихофоры имеют примитивную нервную систему. Мозг сотоит из трёх отделов: протоцеребрум иннервирует глаза, дейтоцеребрум — антенны, а тритоцеребрум — переднюю кишку. От окологлоточных коннектив отходят нервы к челюстям, ротовым сосочкам, сами коннективы переходят в далёкие друг от друга брюшные стволы, равномерно покрытые нервными клетками и соединённые тонкими комиссурами.

Нервная система у членистоногих

У членистоногих нервная система слагается из парного надглоточного узла (состоящего из нескольких соединённых нервных узлов (головной мозг), у большинства делится на три отдела —

прото-, дейто- и тритоцеребрум), окологлоточных коннектив и брюшной нервной цепочки, состоящей из двух параллельных стволов. Каждый сегмент тела имеет по узлу слева и справа, но часто наблюдается слияние ганглиев с образованием крупных нервных центров, например, подглоточный нервный узел состоит из трёх пар сросшихся ганглиев — он контролирует ротовые и слюнные железы и некоторые мышцы.

В ряду ракообразных в целом наблюдаются те же тенденции, что и у кольчатых червей: сближение пары брюшных нервных стволов, слияние парных узлов одного сегмента тела (то есть образование брюшной нервной цепочки), слияние её узлов в продольном направлении по мере объединения сегментов тела — так у крабов имеется лишь две нервные массы — головной мозг и нервная масса в груди, а у веслоногих и ракушковых раков образуется единственная компактное образование, пронизанное каналом пищеварительной системы. Головной мозг раков состоит из парных долей — протоцеребрума, от которого отходят зрительные нервы, имеющие ганглиозные скопления нервных клеток, и дейтоцеребрума, инервирующего антенны I. Обычно добавляется и тритоцеребрум, образованный слившимися узлами сегмента антенн II, нервы к которым обычно отходят от окологлоточных коннективов. У ракообразных имеется развитая симпатическая нервная система, состоящая из мозгового отдела и непарного симпатического нерва, имеющего несколько ганглиев и иннервирующего кишечник. Важную роль в физиологии раков играют нейросекреторные клетки, расположенные в различных частях нервной системы и выделяющие нейрогормоны.

Головной мозг многоножек имеет сложное строение, образован, скорей всего многими ганглиями. Подглоточный ганглий иннервирует все ротовые конечности, от него начинается длинный парный продольный нервный ствол, на котором в каждом сегменте приходится по одному парному ганглию, но у двупарноногих многоножек в каждом сегменте, начиная с пятого, по две пары ганглиев, расположенных одна за другой.

Нервная система насекомых, также основанная на брюшной нервной цепочке, может достигать значительного развития и специализации отдельных элементов. Головной мозг состоит из трёх типичных отделов, каждый из которых образован из нескольких ганглиев, разделённых прослойками нервных волокон. Важным ассоциативным центром являются «грибовидные тела» протоцеребрума. Особенно развитый мозг у общественных насекомых (муравьёв, пчёл, термитов). Брюшная нервная цепочка состоит из подглоточного нервного узла, иннервирующего ротовые конечности, трёх крупных грудных узлов и брюшных узлов различным количеством менее 11. У большинства видов не встерчается во взрослом сотоянии более 8 ганглиев, у многих и они сливаются, давая крупные ганглиозные массы, может доходить до образования только одной структуры в груди, иннервирующей и грудь, и брюшко насекомого (например у мух). В онтогенезе зачастую происходит объединение ганглиев. От головного мозга отходят симпатические нервы. Практически во всех отделах нервной системы имеются нейросекреторные клетки.

У мечехвостов головной мозг внешне не расчленён, но имеет сложное гистологическое строение. Утолщённые окологлоточные коннективы иннервируют хелицеры, все конечности головогруди и жаберные крышки. Брюшная нервная цепочка сотоит из 6 ганглиев, задний образован слиянием нескольких. Нервы брюшных конечностей соединены продольными боковыми стволами.

Нервная система паукообразных имеет чёткую тенденцию к концентрации. Головной мозг состоит только из протоцеребрума и тритоцеребрума в связи с отсутствием структур, которые инервирует дейтоцеребрум. Метамерность брюшной нервной цепочки яснее всего сохраняется у скорпионов — у них большая ганглиозная масса в груди и 7 ганглиев в брюшке, у сольпуг их только 1, а у пауков всё слилось в головогрудной ганглий, а у сенокосцев и клещей нет разграничения между ним и головным мозгом.

Морские пауки, как и все хелицеровые, не имеют дейтоцеребрума. Их брюшная нервная цепочка содержит от 4-5 ганглиев до одной сплошной ганглиозной массы.

Нервная система у моллюсков

У примитивных моллюсков хитонов нервная система состоит из окологлоточного кольца (иннервирует голову) и 4 продольных стволов (двух педальных (иннервируют ногу, связаны без особого порядка многочисленными комиссурами) и двух плевровисцеральных, которые расположены кнаружи и выше педальных (иннервируют внутренностный мешок, над порошицей соединяются). Педальный и плевровисцеральный стволы одной стороны также связаны множеством перемычек.

Схоже устроена нервная система моноплакофор, но педальные стволы соединяются у них только одной перемычкой, на которых у более развитых форм образуется в результате концентрации нервных клеток несколько пар ганглиев, которые смещаются к переднему концу тела, при чем наибольшее развитие получает надглоточный узел (головной мозг).

Нервная система у вторичноротых

Нервная система млекопитающих

Морфологическое деление

Нервная система у высокоорганизованных животных и человека по морфологическим признакам подразделяется на:

  • периферическую нервную систему

К периферической нервной системе относят черепномозговые нервы, спинномозговые нервы и нервные сплетения

Функциональное деление

Онтогенез

Модели

В настоящий момент нет единого положения о развитии нервной системе в онтогенезе. Основная проблема заключается в оценке уровня детерминированности (предопределения) в развитии тканей из зародышевых клеток. Наиболее перспективными моделями являются мозаичная модель и регуляционная модель. Ни та, ни другая не может в полной мере объяснить развитие нервной системы.

  • Мозаичная модель предполагает полное детерминирование судьбы отдельной клетки на протяжении всего онтогенеза.
  • Регуляционная модель предполагает случайное и изменяемое развитие отдельных клеток, при детерминированности только нейрального направления (то есть любая клетка определенной группы клеток может стать какой угодно в пределах возможности развития для этой группы клеток).

Для беспозвоночных мозаичная модель практически безупречна — степень детерминации их бластомеров очень высока. Но для позвоночных все гораздо сложнее. Некая роль детерминации и здесь несомненна. Уже на шестнадцатиклеточной стадии развития бластулы позвоночных можно с достаточной долей уверенности сказать, какой бластомер не является предшественником определенного органа.

Маркус Джакобсон в 1985 году ввел клональную модель развития головного мозга (близка к регуляционной). Он предположил, что детерминирована судьба отдельных групп клеток, представляющих собой потомство отдельного бластомера, то есть, «клонов» этого бластомера. Муди и Такасаки (независимо) развили эту модель в 1987. Построена карта 32-клеточной стадии развития бластулы. Например, установлено, что потомки бластомера D2 (вегетативный полюс) всегда встречаются в продолговатом мозге. С другой стороны, потомки почти всех бластомеров анимального полюса не имеют выраженной детерминации. У разных организмов одного вида они могут встречаться или не встречаться в определенных отделах головного мозга.

Регуляционные механизмы

Выяснено, что развитие каждого бластомера зависит от наличия и концентрации специфических веществ — паракринных факторов, которые выделяются другими бластомерами. Например в опыте in vitro с апикальной частью бластулы, оказалось, что при отсутсвии активина (паракринного фактора вегетативного полюса), клетки развиваются в обычный эпидермис, а при его наличии, в зависимости от концентрации, по возрастанию ее: клетки мезенхимы, гладкомышечные, клетки хорды или клетки сердечной мышцы.

Все вещества, определяющие поведение и судьбу клеток, их воспринимающих, в зависимости от дозы (концентрации) морфогена в данном участке многоклеточного зародыша называются морфогенами.

Одни клетки секретируют во внеклеточное пространство растворимые активные молекулы (морфогены), убывающие от своего источника по градиенту концентрации.

Та группа клеток, чьё расположение и назначение задано в пределах одних и тех же границ (с помощью морфогенов), называется морфогенетическим полем. Судьба самого морфогенетического поля жестко определена. Каждое конкретное морфогенетическое поле отвечает за образование конкретного органа, даже если эту группу клеток трансплантировать в различные части зародыша. Судьбы же отдельных клеток внутри поля зафиксированы не столь жестко, так что они могут в известных пределах менять назначение, восполняя функции утраченных полем клеток. Концепция морфогенетического поля является более общим понятием, по отношению к нервной системе она отвечает регуляторной модели.

С понятиями морфоген и морфогенетическое поле тесно связано понятие эмбриональной индукции. Это, также общее для всех систем организма явление, впервые было показано на развитии нервной трубки.

Развитие

Нервная система образуется из эктодермы — наружного из трёх зародышевых листков. Между клетками мезодермы и эктодермы начинается паракринное взаимодействие, то есть в мезодерме вырабатывается специальное вещество — фактор роста нейронов, которое передаётся в эктодерму. Под влиянием фактора роста нейронов часть эктодермальных клеток превращается в нейроэпиталиальные клетки, причём образование нейроэпителиальных клеток происходит очень быстро — со скорость 250000 штук в минуту. Этот процесс называется нейрональной индукцией (частный случай эмбриональной индукции).

В результате образуется нервная пластинка, которая состоит из одинаковых клеток. Из неё образуются нервные валики, а из них — нервная трубка, которая обособляется из эктодермы (конкретно за образование нервной трубки и нервного гребня отвечает смена типов кадгерина, молекулы клеточной адгезии), уходя под неё. Механизм нейруляции несколько различается у низших и высших позвоночных. Замыкается нервная трубка не одновременно по всей длине. Прежде всего замыкание происходит в средней части, затем этот процесс распространяется к заднему и переднему её концам. На концах трубки сохраняется два незамкнутых участка — передний и задний нейропоры.

Затем происходит процесс дифференциации нейроэпителиальных клеток на нейробласты и глиобласты. Глиобласты дают начало астроцитам, олигодендроцитам и эпиндимным клеткам. Нейробласты становятся нейронами. Далее происходит процесс миграции — нейроны переносятся туда, где они будут выполнять свою функцию. За счёт конуса роста нейрон перетекает, подобно амёбе, а путь ему указывают отростки глиальных клеток. Следующий этап — агрегация (слияние однотипных нейронов, например, участвующих в образовании мозжечка, таламуса и пр). Нейроны узнают друг друга благодаря поверхностным лигандам — специальным молекулам, имеющимся на их мембранах. Объединившись, нейроны выстраиваются в необходимом для данной структуры порядке.

После этого идёт созревание нервной системы. Из конуса роста нейрона вырастает аксон, от тела отрастают дендриты.

Затем происходит фасцикуляция — объединение однотипных аксонов (образование нервов). Последний этап — запрограммированная гибель тех нервных клеток, в которых произошёл сбой за время формирования нервной системы (около 8 % клеток посылают свой аксон не туда, куда нужно).

Нейронауки

Современная наука о нервной системе объединяет многие научные дисциплины: наряду с классическими нейроанатомией, неврологией и нейрофизиологией, важный вклад в изучение нервной системы вносят молекулярная биология и генетика, химия, кибернетика и ряд других наук. Такой междисциплинарный подход к изучению нервной системы нашел отражение в термине – нейронаука (neuroscience). В русскоязычной научной литературе в качестве синонима часто используется термин «нейробиология». Одной из основных целей нейронауки является понимание процессов, происходящих как на уровне отдельных нейронов, так и нейронных сетей, итогом которых являются различные психические процессы: мышление, эмоции, сознание. В соответствие с этой задачей изучение нервной системы ведется на разных уровнях организации, начиная с молекулярного и заканчивая изучением сознания, творческих способностей и социального поведения.

Профессиональные сообщества и журналы

Общество нейронаук (SfN, the Society for Neuroscience)[1] – крупнейшая некомерческая международная организация, объединяющая более 38 тыс. ученых и врачей, занимающихся изучением мозга и нервной системы. Общество было основано в 1969 году, штаб-квартира находится в Вашингтоне. Основной его целью является обмен научной информацией между учеными. С этой целью ежегодно проводится международная конференция в различных городах США и издается Журнал нейронаук (The Journal of Neuroscience)[2]. Общество ведет просветительскую и образовательную работу.

Федерация европейских обществ нейронаук (FENS, the Federation of European Neuroscience Societies)[3] объединяет большое количество профессиональных обществ из европейских стран, в том числе и из России. Федерация была основана в 1998 году и является партнером американского общества нейронаук (SfN). Федерация проводит международную конференцию в разных европейских городах раз в 2 года и выпускает Европейский журнал нейронаук (European Journal of Neuroscience)[4]

Интересные факты

Вскрытая нервная система Хэрриет Коул

  • Американка Хэрриет Коул (1853—1888) умерла в возрасте 35 лет от туберкулёза и завещала своё тело науке. Тогда патологоанатом Руфус Б. Универ из медицинского колледжа Ханеманна в Филадельфии потратил 5 месяцев на то, чтобы аккуратно извлечь, разложить и закрепить нервы Хэрриет. Ему удалось даже сохранить глазные яблоки, оставшиеся прикреплёнными к глазным нервам.

Примечания

  1. благодаря тому, что тело этих животных состоит всегда из одного и того же набора клеток

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

2.Основные структуры нервной системы. Нейрон как структурная единица нервной системы

Лекция. Структура нервной системы. Связь структуры с функциями. Когнитивные выходы. Теоретические основы. И. А. Мартынов.

Говоря о когнитологии и обсуждая вопросы познания, невозможно избежать затрагивания тех самых тонких аспектов деятельности нервной системы (физиологического субстрата как такового), ответственных за обеспечение процессов восприятия, хранения и анализа информации.

Но давайте разбираться во всём по порядку. Нервная система настолько сложное структурное образование, что существует большое множество классификаций, описывающих саму систему. В последние годы большинством авторов для удобства изучения нервная система подразделяется на центральную (головной и спинной мозг) и периферическую (черепно — и спинномозговые нервы, их сплетения и узлы), а также соматическую и вегетативную (или автономную).

Соматическая нервная система осуществляет преимущественно связь организма с внешней средой: восприятие раздражений, регуляцию движений поперечнополосатой мускулатуры скелета и др.

Вегетативная — регулирует обмен веществ и работу внутренних органов: биение сердца, перистальтическое сокращение кишечника, секрецию различных желез и т. п. Обе они функционируют в тесном взаимодействии, однако вегетативная система обладает некоторой самостоятельностью (автономностью), управляя многими непроизвольными функциями.

<?!> В действительности, со стороны природы было очень мудро пойти по такому пути, при котором функции регулирования внутренних органов и систем контролируются автоматически, не выходя на уровень сознательного контроля. Например, человек совсем не в состоянии сознательно регулировать тонкие мышечные сокращения в желудочно-кишечном тракте, сокращения сердца, или тонус сосудов стопы. Несомненно, здесь есть и свои исключения. Так, некоторые йоги действительно могут изменять (с помощью сознательного расслабления) тонус сосудов конечностей. С этим связан известный эффект отсутствия пульса на руке у йогов, породивший множество разговоров о том, что йоги умеют останавливать сердце. Йоги на самом деле могут управлять вегетативными процессами, но всё же до некоторых пределов. Это достигается многолетними тренировками по принципу обратной биологической связи, когда человек обучается получать активно сигнал от каждой части тела, от каждого органа и выводить эту информацию на уровень сознания. Но даже для таких людей существуют пределы —  ограничения, установленные самой природой. На сегодняшний день нет научно засвидетельствованных фактов, говорящих о том, что йог или кто-либо другой может останавливать своё сердце, а потом запускать его. Таким образом, можно сказать, что вегетативная нервная система всё же является автоматической частью нервной системы и регулируется организмом без участия сознания. Единственный активный механизм воздействия на вегетативную систему — это дыхание. Именно с помощью дыхания можно влиять (косвенно) на вегетативные функции. К примеру, вполне возможно с помощью учащения дыхания изменить количество сердечных сокращений в минуту. Тогда получается, что вегетативная система не настолько уж и самостоятельна. Это вторая правда о нервной системе. Нервная система вообще  весьма парадоксальна в своей физиологии. С помощью дыхания можно влиять на работу нервной системы, но всё равно в некоторых пределах. Поэтому тут нет противоречий.

Мне видится чрезвычайно важным для современного педагога понимание того, как тесно связано осознание работы вегетативной нервной системы с работой процессов сознания.

Говоря проще, важно понимать, что например, плотно поевший ученик совершенно не пригоден для обучения, поскольку происходит перераспределение тонуса мышц сосудов, кровь оттекает от головного мозга к пищеварительному тракту.  Как следствие, мозг работает в экономичном режиме (некоторое время после приёма пищи) и не может организовать той интенсивности мыслительных процессов, которые так необходимы на уроке. Таким образом, не очень разумно ставить контрольные или другие варианты форм аттестации поле обеда в школе. Но зато уже где-то через 1,5 часа к мозговым структурам поступает достаточно большое количество глюкозы, и кровоток постепенно становится более интенсивным в самой нервной системе. Более того, также неразумно ставить первыми уроки физической культуры. Представьте себе ситуацию, в которой плотно позавтракавший школьник (большинство школьников до 8 класса принимают первый завтрак дома по настоянию родителей)  побежит тройку – другую кругов в спортзале. Нормальное пищеварение сложно обеспечить в таких условиях. Как следствие возникает нарушение усвоения необходимых мозгу веществ, затем следует снижение физиологической активности мозга. В конечном итоге, дорогие коллеги, мы получаем не только несварение желудка у детей, но и отсутствие адекватной мыслительной деятельности из-за снижения активности мозговых структур. Конечно, многие из вас могут отшутиться и сказать, что есть ученики, на которых это никак не сказывается, они всегда плохо усваивают новый материал. Но давайте всё же отбросим нотки циничного юмора, и порассуждаем здраво на эту тему. Ведь на месте такого  школьника могут оказаться и очень старательные  дети. Выводы напрашиваются сами: необходимо очень внимательно относиться к выстраиванию расписания уроков для каждого конкретного класса,  не только с учётом возраста обучающихся, но и с учётом приёмов пищи, уроков физической культуры, прогулок (если таковые имеются). Это может значительно облегчить жизнь и вам и вашим воспитанникам.

Другой не менее важной проблемой, связанной с деятельностью вегетативной нервной системы является проблема вегетативных расстройств у современных школьников. Речь идёт в первую очередь о вегетососудистой дистонии (или нейроциркуляторной дистонии, сосудистой дистонии). Диагноз вегетососудистая дистония ставится почти каждому городскому школьнику. В настоящее время ведутся активные обсуждения того, насколько вообще правомерно ставить такие диагнозы в клинике. По сути, это набор нарушений со стороны деятельности вегетативной нервной системы выражающийся в полисимптоматическом комплексе из более  чем 100 различных симптомов. Не будем вдаваться в медицинские подробности вопроса, но лишь отметим, что подобные нарушения могут представлять из себя  нарушение сна, головокружения, головные боли, повышенную утомляемость, беспричинную тошноту, расстройства пищеварения и  др. симптомокомплесы. Отсюда напрашивается  закономерный вопрос – а что с этим делать?

В действительности, эти проблемы только могут казаться ерундой и пустяками. Часто родители говорят детям, что это у всех, не переживай. Но на самом деле такие нарушения могут быть спровоцированы не только огромными умственными нагрузками в школе, но и серьёзными нарушениями со стороны систем органов, например, позвоночника. Было показано, что нарушения в области шейного отдела позвоночникамогут вызывать сужения артерий  шеи, питающих головной мозг. Отсюда может возникать ощущение головокружения, скачки давления, бессонница и прочие неприятные симптомы. Обратите внимание: в таком случае  дети не симулируют, им действительно плохо.  Вот почему все учителя должны следить за правильной осанкой у школьников. Именно от осанки во многом зависит здоровье позвоночника и вегетативной нервной системы. Очень важными факторами, провоцирующими вегетативные расстройства, являются факторы умственного и психического напряжения.  Это наводит на мысль, что 2-3 минутные перерывы во время самих уроков (например, с использованием разминки для пальцев пишущей руки) являются вполне оправданным. Стимулирование тонкой моторики пальцев рук позволяет в некоторой степени снять подобное напряжение.  Это также может быть полезно и для самих учителей. Не пренебрегайте этими рекомендациями со стороны врачей.

Но что же делать, если ребёнку стало нехорошо во время урока? Именно здесь могут помочь техники правильного дыхания, успокаивающие вегетативную нервную систему в случае её перенапряжения.  Такое может случиться, например, если ребёнок перенервничал. В моей практике была ученица, которая начинала делать сухие всхлипывания, то есть она как бы плакала, но без слёз, ей было тяжело остановиться. Это была реакция нервной системы на стресс. Такое с ней часто случалось перед контрольными работами. В таких ситуациях рекомендуется вывести ребёнка в рекреацию или в проветриваемое помещение. Затем попросите ребёнка сделать глубокий вдох и как будто протолкнуть воздух в живот — это будет вариантом активного брюшного дыхания. Ребёнок как бы выпячивает живот на вдохе и втягивает на выдохе. Так нужно сделать, сохраняя спокойное дыхание, 10 -15 вдохов. Это активирует парасимпатический отдел вегетативной нервной системы, который снижает частоту сердечных сокращений и успокаивает дыхание. После чего наступает успокоение. Если это не помогает, то, конечно же, отведите ребёнка в медицинский кабинет. Можно также дать рекомендации всем учителям прерываться на 2-3 минуты и предлагать детям спокойно подышать таким образом. Такие техники подробно описаны на многих медицинских порталах в Интернете. Это поможет успокоиться как вам, так и вашим ученикам. Для того, чтобы мотивировать учеников, объясните им, зачем это  делается. Объясните, что это также способствует хорошему сну и улучшению мозгового кровообращения. Сначала ученики будут подшучивать над этим, но, как показывает практика, эффект не заставит себя ждать. Через две недели это может стать обыденным вариантом 2-3 минутного перерыва. Так, к примеру,  когда-то делала моя учительница по английскому, занимавшаяся этим регулярно.

Но давайте всё же вернём к строению нервной системы и продолжим наш экскурс.

 

Мозг человека

Итак, головной мозг состоит из нескольких отделов: продолговатый мозг, задний мозг, средний мозг, промежуточный, конечный мозг.

Продолговатый мозг  является продолжением  спинного мозга. Он управляет вегетативными функциями организма, такими как дыхание, сердечная работа, пищеварение. В ядрах продолговатого мозга  расположены центры пищеварительных рефлексов — слюноотделения, глотания, отделения желудочного или поджелудочного сока, и защитных рефлексов — кашля, рвоты, чихания. Также в продолговатом мозге находятся центры дыхания и сердечной деятельности.
Задний мозг состоит из варолиева моста и мозжечка. Мозжечок и  мост являются единой структурой. Мост состоит из волокон, соединяющих полушария мозжечка.  Мозжечок находится позади продолговатого мозга и моста, в затылочной части головы и отвечает за координацию движений, поддержание позы и равновесия тела.
Средний мозг — наименьший из всех пяти отделов. Средний мозг является продолжением моста. Средний мозг выполняет следующие функции: двигательную, сенсорную, его еще называют зрительным центром, и регулирующую  продолжительности актов жевания и глотания.
Промежуточный мозг расположен впереди среднего мозга. Основной его функцией является  участие в возникновении ощущений. Его части согласуют работу внутренних органов и регулируют вегетативные функции: обмен веществ, температуру тела, кровяное давление, дыхание, гомеостаз. Через него проходят все чувствительные пути к большим полушариям мозга. Промежуточный мозг подразделяется на:
•    Таламический мозг;
•    Гипоталамус;
•    Третий желудочек, который является полостью промежуточного мозга.
Конечный мозг — самый крупный и развитый отдел головного мозга. Состоит из двух полушарий большого мозга(покрытых корой), мозолистого тела, полосатого тела и обонятельного мозга.
Поверхность  конечного мозга складчата из-за массы борозд. Полушария разделяют на 4 основные доли (лобная, теменная, затылочная и височная).

Лобная доля связана с определением личностных качеств человека, а ее задней части подчинены все двигательные центры ствола и спинного мозга. Поэтому при ее поражении появляются параличи мышц. В теменной доле, в основном, формируются ощущения тепла, холода, прикосновения, положения частей тела в пространстве. Затылочная доля содержит зрительные центры, височная — слуховые и обонятельные.

Всю кору полушарий принято разделять на 4 типа: древняя (палеокортекс), старая (архикортекс), новая (неокортекс) и межуточная кора(состоящая из промежуточной древней и промежуточной старой коры). Поверхность неокортекса у человека занимает 95,6%, старой 2,2%, древней 0,6%, межуточной 1,6%.

Сама кора больших полушарий, в общем-то, и обеспечивает все когнитивные процессы на высших уровнях обработки информации. Именно в коре выделяют высшие корковые ассоциативные центры, где происходит анализ и систематизирование информации на высшем уровне. Таким образом, продвигаясь по коре, мы можем смело сказать, что важнейшие ассоциативные функции, связанные с социальными процессами, выполняются лобными долями полушарий.

Цитоархитектонические поля Бродмана

Поля Бродмана – отделы коры больших полушарий головного мозга, отличающиеся по своей цитоархитектонике (строению на клеточном уровне). Выделяется 52 (53)  цитоархитектонических поля Бродмана.

1-я зона — двигательная — представлена центральной извилиной и лобной зоной впереди нее — 4, 6, 8, 9 поля Бродмана. При ее раздражении — различные двигательные реакции; при ее разрушении — нарушения двигательных функций

2-я зона — чувствительная — участки коры головного мозга сзади от центральной борозды (1, 2, 3, 4, 5, 7 поля Бродмана). При раздражении этой зоны — возникают ощущения, при ее разрушении — выпадение кожной, проприо-, интерочувствительности. 1-я и 2-я зоны тесно связаны друг с другом в функциональном отношении. В двигательной зоне много афферентных нейронов, получающих импульсы от рецепторов — это мотосенсорные зоны. В чувствительной зоне много двигательных элементов — это сенсомоторные зоны — отвечают за возникновение болевых ощущений.

3-я зона — зрительная зона — затылочная область коры головного мозга (17, 18, 19 поля Бродмана). При разрушении 17 поля — выпадение зрительных ощущений (корковая слепота). при разрушении 17 поля выпадает видение окружающей среды, которое проецируется на соответствующие участки сетчатки глаза. При поражении 18 поля Бродмана страдают функции, связанные с распознаванием зрительного образа и нарушается восприятие письма. При поражении 19 поля Бродмана — возникают различные зрительные галлюцинации, страдает зрительная память и другие зрительные функции.

4-я — зона слуховая — височная область коры головного мозга (22, 41, 42 поля Бродмана). При поражении 42 поля — нарушается функция распознавания звуков. При разрушении 22 поля — возникают слуховые галлюцинации, нарушение слуховых ориентировочных реакций, музыкальная глухота. При разрушении 41 поля — корковая глухота.

5-я зона — обонятельная — располагается в грушевидной извилине (11 поле Бродмана).

6-я зона — вкусовая — 43 поле Бродмана.

7-я зона — речедвигательная зона — у большинства людей (праворуких) располагается в левом полушарии.

Эта зона состоит из 3-х отделов.

Речедвигательный центр Брока — расположен в нижней части лобных извилин — это двигательный центр мышц языка.

Сенсорный центр Вернике — расположен в височной зоне — связан с восприятием устной речи. .

Центр восприятия письменной речи располагается в зрительной зоне коры головного мозга.

Клеточный уровень организации нервной системы

Сама же нервная система как таковая складывается из миллиардов клеток – нейронов.Нейрон(от др.-греч.νεῦρον — волокно, нерв) — это структурно-функциональная единица нервной системы. Эта клетка имеет сложное строение, высокоспециализирована и по структуре содержит ядро, тело клетки и отростки. В организме человека насчитывается более ста миллиардов нейронов.

Сложность и многообразие функций нервной системы определяются взаимодействием между нейронами, которое, в свою очередь, представляет собой набор различных сигналов, передаваемых в рамках взаимодействия нейронов с другими нейронами или мышцами и железами. Сигналы испускаются и распространяются с помощью ионов, генерирующих электрический заряд (потенциал действия), который движется по телу нейрона.

Дендриты и аксон

Аксон — обычно длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения и информации от тела нейрона или от нейрона к исполнительному органу. Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов), которые передают возбуждение к телу нейрона. Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи со многими (до 20-и тысяч) другими нейронами. Дендриты делятся дихотомически, аксоны же дают коллатерали. В узлах ветвления обычно сосредоточены митохондрии. Дендриты не имеют миелиновойоболочки, аксоны же могут её иметь. Местом генерации возбуждения у большинства нейронов является аксонный холмик — образование в месте отхождения аксона от тела. У всех нейронов эта зона называется триггерной.

Для понимания того, как происходят взаимодействия между нейронами, целесообразно ввести понятие синапса. Си́напс(греч.σύναψις, от συνάπτειν — обнимать, обхватывать, пожимать руку) — место контакта между двумя нейронамиили между нейроном и получающей сигнал эффекторнойклеткой. Служит для передачи нервного импульсамежду двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться. Одни синапсывызывают деполяризацию нейрона, другие — гиперполяризацию; первые являются возбуждающими, вторые — тормозными. Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов.

Функциональная классификация

Афферентные нейроны(чувствительный, сенсорный, рецепторный или центростремительный). К нейронам данного типа относятся первичные клетки органов чувств и псевдоуниполярные клетки, у которых дендриты имеют свободные окончания.

Эфферентные нейроны(эффекторный, двигательный, моторный или центробежный). К нейронам данного типа относятся конечные нейроны — ультиматные и предпоследние — не ультиматные.

Ассоциативные нейроны(вставочные или интернейроны) — группа нейронов осуществляет связь между эфферентными и афферентными, их делят на интризитные, комиссуральные и проекционные.

Секреторные нейроны — нейроны, секретирующие высокоактивные вещества (нейрогормоны). У них хорошо развит комплекс Гольджи (сереторный аппарта клетки), аксон заканчивается аксовазальными синапсами.

Понимание структуры нейрона и межнейронных связей потребуется нам в дальнейшем, когда мы будем говорить о механизмах памяти.

Резюмируя вышеизложенный материал, уже на данном этапе можно сделать некоторые выводы о том, что понимание структуры и физиологи нервной системы могут облегчить процесс обучения учеников. Именно законы функционирования  нервной системы диктуют особенности познавательных процессов в мозге.

<?!> Важно отметить, что сущесвтует такое понятие как сила синапса. Она связана с так называемой синаптической пластичностью, т.е. возможностью изменения силы самого синапса (величины изменения трансмембранного потенциала) в ответ на активацию постсинаптических рецепторов. Именно синаптическая пластичность считается основным механизмом, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения.

Это фундаментальное знание позволяет наиболее оптимальным способом организовывать процесс запоминания новой информации. Например, вы хотите, чтобы обучающиеся хорошо усвоили кто такой Михаил Васильевич Ломоносов.  Для этого нам нужно, чтобы на одном нейроне, который, скажем, условно говоря,  будет собирающим,  конвергировалась ( сходилась) информация о М. В. Ломоносове. Таким образом, будет целессообразно рассказывать об учёном на истории, на химии, на рисовании и т.д. Это будет увеличивать силу синапса и упрочнять его и, как следствие, мы получим наиболее устойчивые и уверенные знания о материале, связанном с Ломоносовым. То есть, чем чаще через синапс будет проходить инфрмация об учёном, тем сильнее будет становиться  сила данного синапса.

Вот почему так важна синхронизация программ  обучения различных предметов.  Не стоит забывать и о том, что разделение на отдельные науки весьма условно.

Задания

Первое задание является обязательным для выполнения. Вы можете также выбрать другие задания, трудоёмкостью не менее 70 минут. Общая трудоёмкость должна быть не менее 120 минут.

1. В тексте говориться о том, что с помощью дыхания можно регулировать как работу вегетативной нервной системы, так и эмоциональное состояние ученика. Отыщите другие варианты процессов в организме человека, которые можно регулировать с помощью дыхания. Оформите таблицу, в которой отразите технику, её название (если имеется), её функциональный смысл. Будьте готовы представить не менее 3-х различных дыхательных техник. Опробуйте такие техники на себе. Отразите в отчёте под таблицей  результаты, свои ощущения.

(Трудоёмкость 50 минут)

2.Заполните таблицу строения нервной системы.  Отметьте основные функциональные структуры. Используйте дополнительные материалы.

Пример заполнения таблицы.

Структура

Локализация

Функции

Комментарии

Периферические ганглии

Располагаются по ходу спинного мозга. Относятся к спинному мозгу.

Отвечает за переработку информации на локальном уровне, частично регулирует простейшие функции (например, тонус мочевого пузыря)

Количество таких ганглиев должно быть равно количеству сегментов в спинном мозге. Такие ганглии есть звенья вегетативной нервной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Трудоёмкость 60 минут)

3. В лекции упоминается о существовании так называемых синапсов. Подготовьте презентацию, в которой создайте слайды, посвящённые различным видам синапсов и их функциям.

(Трудоёмкость 50 минут)

4. В лекции говориться о том, что соматическая нервная система осуществляет преимущественно связь организма с внешней средой: восприятие раздражений, регуляцию движений поперечнополосатой мускулатуры скелета. Дополните этот раздел текста. Сделайте расширение в формате гипертекста. Сопроводите материалы рисунками, схемами или графиками.

(Трудоёмкость 40 минут)

5. Напишите эссе на тему “Зачем изучать мозг?”  Объём эссе должен быть не менее 700 слов.

(Трудоёмкость 35 – 40  минут)

 

 

Нервная система — Психологос

Нервная система — целостная морфологическая и функциональная совокупность различных взаимосвязанных нервных структур, которая совместно с гуморальной системой обеспечивает взаимосвязанную регуляцию деятельности всех систем организма и реакцию на изменение условий внутренней и внешней среды. Нервная система состоит из нейронов, или нервных клеток и нейроглиальных клеток(нейроглии). Нейроны — это основные структурные и функциональные элементы как в центральной, так и периферической нервной системе. Нейроны — это возбудимые клетки, то есть они способны генерировать и передавать электрические импульсы (потенциалы действия). Нейроны имеют различную форму и размеры, формируют отростки двух типов: аксоны и дендриты. У нейрона обычно несколько коротких разветвленных дендритов, по которым импульсы следуют к телу нейрона, и один длинный аксон, по которому импульсы идут от тела нейрона к другим клеткам (нейронам, мышечным либо железистым клеткам). Передача возбуждения с одного нейрона на другие клетки происходит посредством специализированных контактов — синапсов. Нейроглиальные клетки более многочисленны, чем нейроны и составляют по крайней мере половину объема центральной нервной системы, но в отличие от нейронов они не могут генерировать потенциалов действия. Нейроглиальные клетки различны по строению и происхождению, они выполняют вспомогательные функции в нервной системе, обеспечивая опорную, трофическую, секреторную, разграничительную и защитную функции. По функциональному назначению различают 1) соматическую или анимальную нервную систему, 2) автономную или вегетативную нервную систему.

В свою очередь, в вегетативной нервной системе выделяют:

  • Симпатический отдел вегетативной нервной системы,
  • Парасимпатический отдел вегетативной нервной системы,
  • Метасимпатический отдел вегетативной нервной системы (энтеральная нервная система).

Центральная нервная система (ЦНС) — основная часть нервной системы животных и человека, состоящая из скопления нервных клеток (нейронов) и их отростков; представлена у беспозвоночных системой тесно связанных между собой нервных узлов (ганглиев), у позвоночных животных и человека — спинным и головным мозгом.

Главная и специфическая функция ЦНС — осуществление простых и сложных высокодифференцированных отражательных реакций, получивших название рефлексов. У высших животных и человека низшие и средние отделы ЦНС — спинной мозг, продолговатый мозг, средний мозг, промежуточный мозг и мозжечок — регулируют деятельность отдельных органов и систем высокоразвитого организма, осуществляют связь и взаимодействие между ними, обеспечивают единство организма и целостность его деятельности. Высший отдел ЦНС — кора больших полушарий головного мозга и ближайшие подкорковые образования — в основном регулирует связь и взаимоотношения организма как единого целого с окружающей средой.

ЦНС связана со всеми органами и тканями через периферическую нервную систему, которая у позвоночных включает черепномозговые нервы, отходящие от головного мозга, и спинномозговые нервы — от спинного мозга, межпозвонковые нервные узлы, а также периферический отдел вегетативной нервной системы — нервные узлы, с подходящими к ним (преганглионарными) и отходящими от них (постганглионарными) нервными волокнами. Чувствительные, или афферентные, нервные приводящие волокна несут возбуждение в ЦНС от периферических рецепторов; по отводящим эфферентным (двигательным и вегетативным) нервным волокнам возбуждение из ЦНС направляется к клеткам исполнительных рабочих аппаратов (мышцы, железы, сосуды и т. д.). Во всех отделах ЦНС имеются афферентные нейроны, воспринимающие приходящие с периферии раздражения, и эфферентные нейроны, посылающие нервные импульсы на периферию к различным исполнительным эффекторным органам. Афферентные и эфферентные клетки своими отростками могут контактировать между собой и составлять двухнейронную рефлекторную дугу, осуществляющую элементарные рефлексы (например, сухожильные рефлексы спинного мозга). Но, как правило, в рефлекторной дуге между афферентными и эфферентными нейронами расположены вставочные нервные клетки, или интернейроны. Связь между различными отделами ЦНС осуществляется также с помощью множества отростков афферентных, эфферентных и вставочных нейронов этих отделов, образующих внутрицентральные короткие и длинные проводящие пути. В состав ЦНС входят также клетки нейроглии, которые выполняют в ней опорную функцию, а также участвуют в метаболизме нервных клеток.

Вегетативная нервная система — часть нервной системы, имеющая двухнейронный принцип строения и иннервирующая внутренние органы, гладкую мускулатуру, сердце, железы внутренней секреции и кожу;

Посредством вегетативной нервной системы центральная нервная система регулирует функции внутренних органов, кровоснабжение и трофику всех органов. В вегетативной нервной системе выделяют симпатический и парасимпатический отделы.

Симпатическая нервная система — периферическая часть вегетативной нервной системы, обеспечивающая мобилизацию имеющихся у организма ресурсов для выполнения срочной работы. Симпатическая нервная система стимулирует работу сердца, сужает кровеносные сосуды и усиливает работоспособность скелетных мышц. Симпатическая нервная система представлена:

  • серым веществом боковых рогов спинного мозга;
  • двумя симметричными симпатическими стволами с их ганглиями;
  • межузловыми и соединительными ветвями; а также
  • ветвями и ганглиями, участвующими в образовании нервных сплетений.

Парасимпатическая нервная система — периферическая часть вегетативной нервной системы, ответственная за поддержание постоянства внутренней среды организма. Парасимпатическая нервная система состоит из:

  • краниального отдела, в котором преганглионарные волокна покидают средний и ромбовидный мозг в составе нескольких черепно-мозговых нервов; и
  • сакрального отдела, в котором преганглионарные волокна выходят из спинного мозга в составе его вентральных корешков.

Парасимпатическая нервная система тормозит работу сердца, расширяет некоторые кровеносные сосуды.

Основные направления исследований нервной системы

Современная наука о нервной системе объединяет многие научные дисциплины: наряду с классическими нейроанатомией, неврологией и нейрофизиологией, важный вклад в изучение нервной системы вносят молекулярная биология и генетика, химия, кибернетика и ряд других наук. Такой междисциплинарный подход к изучению нервной системы нашел отражение в термине – нейронаука (neuroscience). В русскоязычной научной литературе в качестве синонима часто используется термин «нейробиология». Одной из основных целей нейронауки является понимание процессов, происходящих как на уровне отдельных нейронов, так и нейронных сетей, итогом которых являются различные психические процессы: мышление, эмоции, сознание. <В соответствие с этой задачей изучение нервной системы ведется на разных уровнях организация, начиная с молекулярного и заканчивая изучением сознания, творческих способностей и социального поведения.

Регистр лекарственных средств России РЛС Пациент 2003.

Центральная нервная система, ее структура и функции. Контроль функций организма, обеспечение его взаимодействия с окружающей средой. Нейроны и их роль в получении и передаче информации, поддержании жизнедеятельности нашего организма. Мозг и способности.

Строение и значение нервной системы. Нервная система координирует деятельность клеток, тканей и органов нашего тела. Она регулирует функции организма и его взаимодействие с окружающей средой, обеспечивает возможности реализации психических процессов, которые лежат в основе механизмов языка и мышления, запоминания и обучения. Кроме того, у человека нервная система составляет материальную основу его психической деятельности.

Нервная система представляет собой сложный комплекс высокоспециализированных клеток, передающих импульсы от одной части тела к другой, в результате организм получает возможность реагировать как единое целое на изменения факторов внешней или внутренней среды.

Нервная система подразделяется на две части: центральную и периферическую.

 
  

В состав центральной нервной системы входят головной и спинной мозг, периферической – нервы, нервные узлы и нервные окончания.

Спинной мозг представляет собой продолговатый, цилиндрический тяж длиной до 45 см и массой 34-38 г, располагающийся в позвоночном столбе. Его верхняя граница расположена у основания черепа (верхние отделы переходят в головной мозг), а нижняя – у I-II поясничных позвонков. От спинного мозга симметрично отходят корешки спинномозговых нервов. В нем находятся центры некоторых простых рефлексов, например рефлексов, обеспечивающих движения диафрагмы, дыхательных мышц. Спинной мозг выполняет две функции: рефлекторную и проводящую, под контролем головного мозга регулирует работу внутренних органов (сердца, почек, органов пищеварения).

Основным структурным и функциональным элементом нервной системы являются нервные клетки – нейроны. 
  

Совокупность нейронов и межклеточного вещества образует нервную ткань, со строением которой вы познакомились в разделе 1.5.1.

Знаете ли вы, что…
– нервная система состоит из 10…100 миллиардов нервных клеток;
– мозг потребляет около 10 Ватт энергии (эквивалентно мощности ночной лампы) и за 1 мин через него протекает 740-750 мл крови;
– нервные клетки генерируют примерно до тысячи импульсов в секунду…

Нервные клетки состоят из тела, отростков и нервных окончаний. От других типов специализированных клеток нейроны отличает наличие нескольких отростков, которые обеспечивают проведение нервного импульса по телу человека. Один из отростков клетки – аксон, как правило, длиннее остальных. Аксоны могут достигать в длину 1-1,5 м. Таковы, например, аксоны, образующие нервы конечностей. Аксоны заканчиваются несколькими тоненькими веточками – нервными окончаниями.

Нервные клетки различаются по строению, но все их типы объединяет главная черта: способность воспринимать раздражение, приходить в состояние возбуждения, вырабатывать импульс и передавать его.

 
  

В зависимости от функции нервные окончания подразделяются на чувствительные (афферентные), промежуточные (вставочные) и исполнительные (эфферентные) (смотри рисунок 1.5.22). Чувствительные нейроны (2) реагируют на воздействия внешней или внутренней среды и передают импульсы в центральные отделы нервной системы. Ими, как датчиками, пронизано все наше тело. Они постоянно как бы измеряют температуру, давление, состав и концентрацию компонентов среды и другие показатели. Если эти показатели отличаются от стандартных, чувствительные нейроны посылают импульсы в соответствующий отдел нервной системы. Промежуточные нейроны (3) передают этот импульс с одной клетки на другую. Посредством исполнительных нейронов (4) нервная система побуждает к действию клетки рабочих (исполнительных) органов. Таким действием становится соответствующее возникшей ситуации уменьшение или увеличение выработки клетками биологически активных веществ (секрета), расширение или сужение кровеносных сосудов, сокращение или расслабление мышц.

Нервные клетки в местах соединения друг с другом образуют особые контакты – синапсы (смотри рисунок 1.5.19). В пресинаптической части межнейронного контакта содержатся пузырьки с посредником (медиатором), которые высвобождают этот химический агент в синаптическую щель при прохождении импульса. Далее медиатор взаимодействует со специфическими рецепторами на постсинаптической мембране, в результате чего следующая нервная клетка приходит в состояние возбуждения, которое передается еще дальше по цепи. Так осуществляется передача нервного импульса в нервной системе. Подробнее о работе синапса мы рассказывали в предыдущем разделе. Роль медиатора выполняют различные биологически активные вещества: ацетилхолиннорадреналиндофаминглицингамма-аминомасляная кислота (ГАМК)глутаматсеротонин, и другие. Медиаторы центральной нервной системы называются еще нейромедиаторы.

В основе ответной реакции нервной системы на воздействие внешней среды или на изменение внутреннего состояния организма лежит рефлекс. 
  

Благодаря рефлексу многие наши действия происходят автоматически. Действительно, нам некогда думать, когда мы прикасаемся к горячей плите. Если мы начнем рассуждать: “Мой палец на горячей плите, он обожжен, мне больно, надо бы убрать палец с плиты”, то ожог наступит гораздо раньше, чем мы предпримем какие-либо действия. Мы просто отдергиваем руку, не задумываясь и не успевая осознать, что же произошло. Это безусловный рефлекс и для такой ответной реакции достаточно соединения чувствительного и исполнительного нервов на уровне спинного мозга. Мы тысячи раз сталкиваемся с подобными ситуациями и просто не задумываемся об этом.

Рефлексы, которые осуществляются при участии головного мозга и формируются на основе нашего опыта, называют условными рефлексами. По принципу условного рефлекса мы действуем, когда управляем автомобилем или выполняем различные механические движения. Из условных рефлексов складывается значительная часть нашей повседневной деятельности.

Все наши действия происходят при участии и контроле со стороны центральной нервной системы. Точность выполнения команд контролирует головной мозг.

Строение и функции головного мозга. Мозг и способности.Человек издавна стремился проникнуть в тайну головного мозга, понять его роль и значение в жизни человека. Уже в глубокой древности связывали понятия сознание и мозг, но прошли еще многие сотни лет, прежде чем ученые начали разгадывать его загадки.

Головной мозг располагается в полости черепа и имеет сложную форму. Масса у взрослого человека колеблется от 1100 до 2000 г. Это всего около 2% от массы тела, но составляющие мозг клетки потребляют 25% энергии, вырабатываемой в организме! В возрасте от 20 до 60 лет масса и объем мозга остаются постоянными для каждого индивидуума. Если расправить извилины коры, то она займет площадь примерно 20 м2.

Мозг человека состоит из ствола, мозжечка и полушарий большого мозга. В стволе мозга находятся центры, регулирующие рефлекторную деятельность и связывающие организм с корой полушарий большого мозга. Кора полушарий толщиной 3-4 мм разделяется бороздами и извилинами, что значительно увеличивает поверхность мозга.

Участки коры полушарий большого мозга выполняют различные функции, поэтому они подразделяются на зоны. Например, в затылочной доле находится зрительная зона, в височной – слуховая и обонятельная. Их повреждение приводит к невозможности человеком различать запахи или звуки. С деятельностью головного мозга связаны сознание человека, мышление, память и другие психические процессы. Подробнее о работе головного мозга вы сможете узнать из следующей главы.

С тех пор, как люди убедились, что психические особенности человека связаны с мозгом, начались поиски таких связей. Некоторые специалисты считали что, масса вещества мозга в центрах, отвечающих за жадность, любовь, щедрость и прочие человеческие качества, должна быть пропорциональна их активности. Были попытки связать способности с массой мозга. Считалось, что чем она больше, тем человек способнее. Но и этот вывод ошибочен.

Так, например, масса мозга талантливых людей различна. Наряду с тяжелым мозгом И. Тургенева (2012 г!), масса мозга А. Франса составляла 1017 г. Однако трудно сказать, кто из них больше одарен, каждый из них занимал свое место в истории.

Что же такое способности, и какое отношение к ним имеет мозг? Способности – это психические возможности, позволяющие освоить ту или иную деятельность. Вполне понятно, что люди, занимающиеся разной деятельностью, должны иметь разные способности. Не случайно в коре головного мозга человека имеется множество нейронов, которые “ждут своего часа”, когда они будут задействованы. Таким образом, мозг человека способен решать не только стандартные задачи, но и осваивать новые программы.

Строение и функции глаза, анатомия глаза

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения — правую и левую — головной мозг соединяет воедино.

Так как каждый глаз воспринимает «свою» картинку, при нарушении совместного движения правого и левого глаз может быть расстроено бинокулярное зрение. Попросту говоря, у вас начнет двоиться в глазах или вы будете одновременно видеть две совсем разные картинки.

Основные функции глаза

  • оптическая система, проецирующая изображение;
  • система, воспринимающая и «кодирующая» полученную информацию для головного мозга;
  • «обслуживающая» система жизнеобеспечения.

Строение глаза

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача — «передать» правильное изображение зрительному нерву.

Роговица — прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза — склерой. См. строение роговицы.

Передняя камера глаза — это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка — по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой — значит, в ней мало пигментных клеток, если карий — много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок — отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик — «естественная линза» глаза. Он прозрачен, эластичен — может менять свою форму, почти мгновенно «наводя фокус», за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело — гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка — состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т. е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера — непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка — выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв — при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Полезно почитать

Общие вопросы о лечении в клинике

Организация нервной системы

Хотя терминология, кажется, указывает на обратное, на самом деле в теле есть только одна нервная система. Хотя каждое подразделение системы также называют «нервной системой», все эти более мелкие системы принадлежат к единой, высокоинтегрированной нервной системе. Каждое подразделение имеет структурные и функциональные характеристики, отличающие его от других. Нервная система в целом делится на два отдела: центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую нервную систему (ПНС).

Центральная нервная система

Головной и спинной мозг являются органами центральной нервной системы. Поскольку они жизненно важны, головной и спинной мозг, расположенные в спинной полости тела, для защиты заключены в кость. Головной мозг находится в своде черепа, а спинной мозг — в позвоночном канале позвоночного столба. Хотя головной и спинной мозг считаются двумя отдельными органами, они непрерывны в большом затылочном отверстии.

Периферическая нервная система

Органами периферической нервной системы являются нервы и ганглии.Нервы представляют собой пучки нервных волокон, так же как мышцы представляют собой пучки мышечных волокон. Черепно-мозговые нервы и спинномозговые нервы отходят от ЦНС к периферическим органам, таким как мышцы и железы. Ганглии представляют собой скопления или небольшие узлы тел нервных клеток вне ЦНС.

Периферическая нервная система далее подразделяется на афферентный (сенсорный) отдел и эфферентный (двигательный) отдел. Афферентный или сенсорный отдел передает импульсы от периферических органов в ЦНС. Эфферентный или двигательный отдел передает импульсы от ЦНС к периферическим органам, чтобы вызвать эффект или действие.

Наконец, эфферентный или двигательный отдел снова подразделяется на соматическую нервную систему и вегетативную нервную систему. Соматическая нервная система, также называемая соматомоторной или соматической эфферентной нервной системой, поставляет двигательные импульсы к скелетным мышцам. Поскольку эти нервы позволяют сознательно управлять скелетными мышцами, их иногда называют произвольной нервной системой. Вегетативная нервная система, также называемая висцеральной эфферентной нервной системой, поставляет двигательные импульсы к сердечной мышце, гладкой мускулатуре и железистому эпителию.Далее он подразделяется на симпатический и парасимпатический отделы. Поскольку вегетативная нервная система регулирует непроизвольные или автоматические функции, ее называют непроизвольной нервной системой.

12.1 Базовая структура и функции нервной системы — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение анатомических и функциональных отделов нервной системы
  • Свяжите функциональные и структурные различия между структурами серого и белого вещества нервной системы со структурой нейронов
  • Перечислите основные функции нервной системы

Картина нервной системы, которую вы представляете себе, вероятно, включает в себя головной мозг, нервную ткань, содержащуюся 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 представляет собой очень сложную структуру. Внутри мозга множество разных и отдельных областей отвечают за множество разных и отдельных функций. Как будто нервная система состоит из множества органов, которые выглядят одинаково и могут быть дифференцированы только с помощью таких инструментов, как микроскоп или электрофизиология. В сравнении легко увидеть, что желудок отличается от пищевода или печени, поэтому вы можете представить пищеварительную систему как совокупность определенных органов.

Центральная и периферическая нервная система

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. 12.2). Головной мозг содержится в черепной полости черепа, а спинной мозг содержится в позвоночной полости позвоночного столба. Было бы немного упрощением сказать, что ЦНС — это то, что находится внутри этих двух полостей, а периферическая нервная система — снаружи, но это один из способов начать думать об этом.На самом деле некоторые элементы периферической нервной системы находятся в полости черепа или позвоночника. 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 центральной и периферической не обязательно универсальна.

Фигура 12.2 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 перспективы и лучше всего исследуются 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 является одной из множества клеток, которые обеспечивают основу ткани, которая поддерживает нейроны и их активность. Нейрон является более важным из двух с точки зрения коммуникативной функции нервной системы.Для описания функциональных отделов нервной системы важно понимать строение нейрона. Нейроны являются клетками и, следовательно, имеют сому, или тело клетки, но они также имеют продолжение клетки; каждое расширение обычно называется процессом. Есть один важный процесс, который каждый нейрон называет аксоном, то есть волокном, соединяющим нейрон с его мишенью. Другой тип отростков, ответвляющихся от сомы, — это дендрит. Дендриты отвечают за получение большей части входных данных от других нейронов.Глядя на нервную ткань, можно выделить области, преимущественно содержащие клеточные тела, и области, состоящие в основном 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 множеством аксонов). Рисунок 12.3 демонстрирует внешний вид этих областей в головном и спинном мозге. Цвета, приписываемые этим областям, соответствуют цветам «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 сохранилась 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 такой цвет, потому что рядом с белым веществом оно просто темнее — следовательно, серое.

Различие между серым и белым веществом чаще всего применяется к центральной нервной ткани, которая имеет большие участки, видимые невооруженным глазом.При осмотре периферических структур часто используют микроскоп и ткань окрашивают искусственными красителями. Это не означает, что ткань центральной нервной системы нельзя окрасить и рассмотреть под микроскопом, но неокрашенная ткань, скорее всего, происходит из ЦНС, например, из лобного среза головного мозга или поперечного среза спинного мозга.

Фигура 12.3 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 тела нейронов или аксонов могут располагаться в дискретных анатомических структурах, которым необходимо дать название. Эти имена зависят от того, является ли структура центральной или периферийной. Локализованное скопление тел нейронов в ЦНС называется ядром. В ПНС скопление тел нейронов называется ганглием.На рис. 12.4 показано, как термин «ядро» имеет несколько различных 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 запутанное использование слова ганглий (множественное число = ганглии), которое имеет историческое объяснение. В центральной нервной системе есть группа ядер, которые связаны друг с другом и когда-то назывались базальными ганглиями до того, как термин «ганглий» стал использоваться в качестве описания периферической структуры.Некоторые источники называют эту группу ядер «базальными ядрами», чтобы избежать путаницы.

Фигура 12,4 Что такое ядро? а) Ядро атома содержит протоны и нейтроны. б) Ядро клетки – это органелла, содержащая ДНК. (c) Ядро в ЦНС представляет собой локализованный функциональный центр с клеточными телами нескольких нейронов, которые здесь обведены красным. (кредит c: «Был пчелой»/Wikimedia Commons)

Терминология, применяемая к пучкам аксонов, также различается в зависимости от их местоположения.Пучок аксонов или волокон, обнаруженный в ЦНС, называется трактом, тогда как то же самое в ПНС можно было бы назвать нервом. В отношении этих терминов следует отметить важный момент: они оба могут использоваться для обозначения одного и того же пучка аксонов. Когда эти аксоны находятся в ПНС, термин называется нервом, но если они находятся в ЦНС, термин называется трактом. Наиболее очевидным примером этого являются аксоны, которые проецируются из сетчатки в мозг. Эти аксоны называются зрительным нервом, поскольку они покидают глаз, но когда они находятся внутри черепа, они называются зрительным трактом.Есть особое место, где название меняется, это перекрест зрительных нервов, но это все еще те же аксоны (рис. 12.5). Аналогичная ситуация вне науки может быть описана для некоторых дорог. Представьте себе дорогу под названием «Брод-стрит» в городе под названием «Энивилль». Дорога выходит из Энивилля и ведет к соседнему городу, который называется «Родной город». Когда дорога пересекает линию между двумя городами и находится в Родном городе, ее название меняется на «Главная улица». Это идея, стоящая за названием аксонов сетчатки.В ПНС они называются зрительным нервом, а в ЦНС — зрительным трактом. Таблица 12.1 помогает прояснить, какой из этих терминов относится к центральной или периферической нервной системе.

Фигура 12,5 Зрительный нерв против зрительного тракта На этом рисунке соединений глаза с мозгом показан зрительный нерв, идущий от глаза к хиазме, где структура продолжается в виде зрительного тракта. Через эти два пучка волокон от глаза к мозгу идут одни и те же аксоны, но хиазма представляет собой границу между периферическим и центральным.

Интерактивная ссылка

В 2003 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена Полу С. Лаутербуру и сэру Питеру Мэнсфилду за открытия, связанные с магнитно-резонансной томографией (МРТ). Это инструмент, позволяющий увидеть структуры тела (а не только нервной системы), которые зависят от магнитных полей, связанных с определенными атомными ядрами. Полезность этого метода для нервной системы заключается в том, что жировая ткань и вода выглядят как разные оттенки между черным и белым.Поскольку белое вещество является жировым (из миелина), а серое вещество — нет, их можно легко различить на изображениях МРТ. Попробуйте эту симуляцию PhET, которая демонстрирует использование этой технологии и сравнивает ее с другими типами технологий обработки изображений. Также результаты сеанса МРТ сравнивают со снимками, полученными с помощью рентгена или компьютерной томографии. Как методы визуализации, показанные в этой игре, указывают на разделение белого и серого вещества по сравнению со свежерассеченной тканью, показанной ранее?

Структуры ЦНС и ПНС

ЦНС ПНС
Группа тел нейронов (я.д., серое вещество) Ядро Ганглий
Пучок аксонов (т. е. белое вещество) Тракт Нерв

Таблица 12.1

Функциональные отделы нервной системы

Нервную систему также можно разделить на основе ее функций, но анатомические и функциональные подразделения различаются. И 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 вписать функциональные различия в анатомические подразделения состоит в том, что иногда одна и та же структура может быть частью нескольких функций. Например, зрительный нерв несет сигналы от сетчатки, которые используются либо для сознательного восприятия зрительных стимулов, что происходит в коре головного мозга, либо для рефлекторных реакций гладкой мышечной ткани, которые обрабатываются через гипоталамус.

Есть два способа рассмотреть функциональное деление нервной системы.Во-первых, основными функциями нервной системы являются ощущение, интеграция и реакция. Во-вторых, контроль над телом может быть соматическим или вегетативным — подразделениями, которые в значительной степени определяются структурами, участвующими в ответной реакции. Существует также область периферической нервной системы, называемая энтеральной нервной системой, которая отвечает за определенный набор функций в области вегетативного контроля, связанного с желудочно-кишечными функциями.

Основные функции

Нервная система участвует в получении информации об окружающей нас среде (ощущения) и формировании реакции на эту информацию (двигательные реакции).Нервную систему можно разделить на области, отвечающие за ощущения (сенсорные функции) и за реакцию (двигательные функции). Но есть и третья функция, которую необходимо 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 объединяет сенсорное восприятие и высшие когнитивные функции, такие как память, обучение и эмоции, для получения ответа.

Сенсация. Первой основной 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 изменения гомеостаза или определенного события в окружающей среде, известного как стимул. Чувства, о которых мы чаще всего думаем, — это «большая пятерка»: вкус, обоняние, осязание, зрение и слух. Раздражителями вкуса и обоняния являются как химические вещества (молекулы, соединения, ионы и т.), осязание — это физические или механические раздражители, которые взаимодействуют с кожей, зрение — это световые раздражители, а слух — это восприятие звука, который является физическим раздражителем, сходным с некоторыми аспектами осязания. На самом деле есть больше чувств, чем просто эти, но этот список представляет основные чувства. Все эти пять органов чувств воспринимают раздражители из внешнего мира и имеют сознательное восприятие. Дополнительные сенсорные стимулы могут быть вызваны внутренней средой (внутри тела), например, растяжением стенки органа или концентрацией определенных ионов в крови.

Ответ. Нервная система вырабатывает ответ на основе раздражителей, воспринимаемых сенсорными структурами. Очевидным ответом было бы движение мышц, например, отдергивание руки от горячей плиты, но есть и более широкое использование этого термина. Нервная система может вызвать сокращение всех трех типов мышечной ткани. Например, скелетные мышцы сокращаются, чтобы двигать скелет, сердечная мышца находится под влиянием увеличения частоты сердечных сокращений во время физических упражнений, а гладкие мышцы сокращаются, когда пищеварительная система продвигает пищу по пищеварительному тракту.Ответы также включают нервный контроль желез в организме, например, производство и секрецию пота эккриновыми и мерокриновыми потовыми железами, обнаруженными в коже, для снижения температуры тела.

Реакции можно разделить на произвольные или осознанные (сокращение скелетных мышц) и непроизвольные (сокращение гладких мышц, регуляция сердечной мышцы, активация желез). Произвольные реакции регулируются соматической нервной системой, а непроизвольные реакции регулируются вегетативной нервной системой, которые обсуждаются в следующем разделе.

Интеграция. Стимулы, полученные сенсорными структурами, передаются в нервную систему, где эта информация обрабатывается. Это называется интеграция. Стимулы сравниваются или интегрируются с другими стимулами, воспоминаниями о предыдущих стимулах или состоянием человека в определенное время. Это приводит к конкретному ответу, который будет сгенерирован. Вид бейсбольного мяча, брошенного отбивающему, не заставит отбивающего автоматически раскачиваться. Необходимо учитывать траекторию полета мяча и его скорость.Может быть, на счету три мяча и один страйк, и отбивающий хочет пропустить эту подачу в надежде добраться до первой базы. Или, может быть, команда отбивающего настолько далеко впереди, что было бы забавно просто отмахнуться.

Управление телом

Нервную систему можно разделить на две части в основном на основе функциональных различий в реакциях. 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 выполнить.Некоторые соматические двигательные реакции являются рефлексами и часто происходят без сознательного решения их выполнить. Если ваш друг выскакивает из-за угла и кричит «Бу!» вы будете поражены и можете закричать или отпрыгнуть назад. Вы не решались на это и, возможно, не хотели давать своему другу повод посмеяться над вашим счетом, но это рефлекс, связанный с сокращением скелетных мышц. Другие двигательные реакции становятся автоматическими (другими словами, бессознательными) по мере того, как человек осваивает двигательные навыки (так называемое «обучение привычкам» или «процедурная память»).

Вегетативная нервная система (ВНС) отвечает за непроизвольный контроль тела, обычно ради гомеостаза (регуляция внутренней среды). Сенсорный ввод для вегетативных функций может исходить от сенсорных структур, настроенных на внешние или внутренние стимулы окружающей среды. Двигательная мощность 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.Потовые железы, например, контролируются вегетативной системой. Когда вам жарко, потоотделение помогает охладить тело. Это гомеостатический механизм. Но когда вы нервничаете, вы также можете начать потеть. Это не гомеостатический, это физиологический ответ на эмоциональное состояние.

Существует еще один отдел нервной системы, описывающий функциональные реакции. Энтеральная нервная система (ENS) отвечает за контроль гладкой мускулатуры и железистой ткани в пищеварительной системе.Это большая часть ПНС, не зависящая от ЦНС. Однако иногда справедливо рассматривать энтеральную систему как часть вегетативной системы, потому что нейронные структуры, составляющие энтеральную систему, являются компонентом вегетативной продукции, регулирующей пищеварение. Между ними есть некоторые различия, но для наших целей здесь будет много совпадений. На рис. 12.6 показаны примеры расположения этих отделов нервной системы.

Фигура 12.6 Соматические, вегетативные и энтеральные структуры нервной системы Соматические структуры включают спинномозговые нервы, как двигательные, так и чувствительные волокна, а также чувствительные ганглии (ганглии задних корешков и ганглии черепных нервов). Вегетативные структуры также обнаруживаются в нервах, но включают симпатические и парасимпатические ганглии. Энтеральная нервная система включает нервную ткань в органах пищеварительного тракта.

Интерактивная ссылка

Посетите этот сайт, чтобы прочитать о женщине, которая заметила, что ее дочь с трудом поднимается по лестнице.Это приводит к открытию наследственного заболевания, поражающего головной и спинной мозг. Электромиография и МРТ показали дефекты в спинном мозге и мозжечке, которые отвечают за контроль скоординированных движений. К какому функциональному отделу нервной системы относятся эти структуры?

Ежедневная связь

Какую часть своего мозга вы используете?

Вы когда-нибудь слышали утверждение, что люди используют только 10 процентов своего мозга? Возможно, вы видели на веб-сайте рекламу, в которой говорится, что существует секрет раскрытия полного потенциала вашего разума, как если бы 90 процентов вашего мозга сидели без дела, просто ожидая, когда вы им воспользуетесь.Если вы видите такое объявление, не нажимайте. Это неправда.

Простой способ узнать, какую часть мозга использует человек, — измерить активность мозга во время выполнения задачи. Примером такого измерения является функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая создает карту наиболее активных областей и может быть создана и представлена ​​в трех измерениях (рис. 12.7). Эта процедура отличается от стандартной методики МРТ, поскольку она измеряет изменения в ткани во времени с экспериментальным состоянием или событием.

Фигура 12,7 фМРТ Эта фМРТ показывает активацию зрительной коры в ответ на зрительные стимулы. (кредит: «Суперборсук»/Wikimedia Commons)

Основное предположение состоит в том, что активная нервная ткань будет иметь больший кровоток. Попросив субъекта выполнить визуальную задачу, можно измерить активность всего мозга. Рассмотрим такой возможный эксперимент: испытуемому предлагается посмотреть на экран с черной точкой посередине (точка фиксации). Фотография лица проецируется на экран в стороне от центра.Испытуемый должен посмотреть на фотографию и расшифровать, что это такое. Субъекту было приказано нажать кнопку, если на фотографии изображен кто-то, кого он узнает. На фотографии может быть знаменитость, поэтому испытуемый нажимает на кнопку, или это может быть фотография случайного человека, неизвестного испытуемому, поэтому испытуемый не нажимает на кнопку.

В этом задании будут активны зрительно-сенсорные области, будут активны интегрирующие области, будут активны двигательные области, отвечающие за движение глаз, и будут активны двигательные области, отвечающие за нажатие кнопки пальцем.Эти области распределены по всему мозгу, и изображения фМРТ показывают активность более чем в 10 % мозга (некоторые данные свидетельствуют о том, что около 80 % мозга использует энергию — в зависимости от притока крови к тканям — во время хорошей физической активности). определенные задачи, аналогичные предложенной выше). Эта задача даже не включает в себя все функции, которые выполняет мозг. Языковой ответ отсутствует, тело в основном неподвижно лежит в аппарате МРТ, и он не учитывает вегетативные функции, которые выполнялись бы в фоновом режиме.

Центральная нервная система (ЦНС) | HealthDirect

На этой странице

Что такое центральная нервная система?

Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга. Это одна из двух частей нервной системы. Другая часть — периферическая нервная система, состоящая из нервов, соединяющих головной и спинной мозг с остальным телом.

Центральная нервная система является центром обработки информации в организме. Мозг контролирует большинство функций тела, включая осознание, движение, мышление, речь и 5 чувств: зрение, слух, осязание, вкус и обоняние.

Спинной мозг является продолжением головного мозга. Он передает сообщения в мозг и из него через сеть связанных с ним периферических нервов.

Нервы также соединяют спинной мозг с частью головного мозга, называемой стволом мозга.

Из каких частей состоит центральная нервная система?

Нервная система состоит из основных единиц, называемых нейронами. Нейроны организованы в сети, передающие электрические или химические сигналы в мозг и из него.

Ткань центральной нервной системы состоит из серого и белого вещества.Серое вещество состоит из нейронов, клеток и кровеносных сосудов. Белое вещество состоит из аксонов, которые представляют собой длинные шнуры, отходящие от нейронов. Они покрыты миелином, который представляет собой жировую изоляцию.

Головной и спинной мозг защищены от повреждения прозрачной жидкостью, называемой спинномозговой жидкостью, тремя слоями оболочек, называемых мозговыми оболочками, а также твердыми костями черепа и позвоночника.

Мозг

Мозг состоит из разных частей. К ним относятся головной мозг, мозжечок, таламус, гипоталамус и ствол мозга.

Головной мозг — самая большая часть головного мозга. Он контролирует интеллект, память, личность, эмоции, речь и способность чувствовать и двигаться. Оно разделено на левое и правое полушария, связанные пучком нервных волокон в центре мозга, называемым мозолистым телом.

Каждое полушарие разделено на 4 доли, или секции, которые все соединены.

  • Лобные доли контролируют движение, речь и некоторые функции мозга, такие как поведение, настроение, память и организация.
  • Височные доли играют важную роль в памяти, слухе, речи и языке.
  • Теменные доли играют важную роль во вкусе, осязании, температуре и боли, а также в понимании чисел, осознании тела и ощущении пространства.
  • Затылочные доли необходимы для ясного зрения.

Глубоко внутри мозга находятся таламус и гипоталамус. Таламус перемещает информацию в доли и из долей, а также контролирует движения и память.Гипоталамус контролирует аппетит, жажду и температуру тела и вырабатывает гормоны, которые контролируют высвобождение других гормонов в гипофизе.

В основании головного мозга находится ствол мозга. Это важно для дыхания, артериального давления и того, как организм реагирует на опасность.

Периферическая нервная система. Структура. Резюме

Нервная система подразделяется на центральную и периферическую. центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга, оставляя все остальное в периферической нервной системе (ПНС).

В этой статье мы обсудим периферическую нервную систему, ее отделы и функции.

Структура

Периферическая нервная система сама по себе подразделяется на две системы: соматическая нервная система и вегетативная нервная система . Каждая система содержит 2 компонента:

  • Афферентное плечо состоит из сенсорных (или афферентных) нейронов, идущих от рецепторов к ЦНС.Афферентные нервы обнаруживают внешнюю среду через рецепторы для внешних раздражителей, таких как давление или температура и т. Д. Афферентные нервы существуют как в соматической, так и в вегетативной нервной системе, поскольку обе могут использовать сенсорные сигналы для изменения своей активности.
  • Эфферентное плечо состоит из двигательных (или эффекторных) нейронов, идущих от ЦНС к эффекторному органу. Эффекторными органами могут быть мышцы или железы.

Соматическая и вегетативная нервная система

Соматическая нервная система ПНС отвечает за произвольный, сознательный контроль скелетных мышц (эффекторный орган).Его афферентная рука связывает сенсорные рецепторы на поверхности тела или глубже внутри него с соответствующими схемами обработки, тогда как эфферентная рука непосредственно управляет скелетными мышцами с помощью двигательных нервов.

Автономная (висцеральная) нервная система контролирует висцеральные функции организма и действует в значительной степени бессознательно.  Эти внутренние функции включают регуляцию частоты сердечных сокращений, пищеварения, слюноотделения, мочеиспускания, пищеварения и многое другое. Афферентное (сенсорное) плечо этой системы включает рецепторы, которые контролируют артериальное давление, уровни углекислого газа и кислорода в крови или химический состав содержимого желудочно-кишечного тракта.Эфферентное звено этой системы может быть далее подразделено на парасимпатический (ПСНС) и симпатический (СНС) компоненты, которые контролируют многочисленные гладкие мышцы и железы.

Кишечная нервная система классифицируется как отдельный компонент вегетативной нервной системы и иногда даже считается третьей независимой ветвью ПНС.

Рис. 1. Диаграмма, показывающая компоненты, составляющие соматическую нервную систему

Симпатическая и парасимпатическая нервная система

СНС и ПНС являются подразделениями вегетативной нервной системы .Вегетативная нервная система имеет уникальную структуру, так как использует последовательный двухнейронный эфферентный путь. Следовательно, преганглионарный нейрон должен сначала пройти к ганглию , скоплению тел нейронов в ПНС, и синапсировать его. Затем ганглий дает начало постганглионарному нейрону, который иннервирует орган-мишень.

Симпатическая нервная система

СНС отвечает за бой или бегство реакцию тела и исходит из грудопоясничных сегментов спинного мозга.Он включает в себя короткие преганглионарные нейроны и длинные постганглионарные нейроны.

Преганглионарные нейроны используют ацетилхолин в качестве нейротрансмиттера, тогда как постганглионарные нейроны используют норадреналин . Исключением из этого правила является иннервация потовых желез и хромаффинных клеток мозгового вещества надпочечников, которые являются холинергическими, поскольку используют ацетилхолин в качестве нейротрансмиттера.

Другим исключением являются хромаффинные клетки мозгового вещества надпочечников.Они действуют как модифицированный симпатический ганглий без постганглионарных нейронов.  Следовательно, активация хромаффинных клеток через преганглионарные клетки приводит к высвобождению двух нейротрансмиттеров: адреналина и в меньшей степени норадреналина, непосредственно в кровоток.

Действия, опосредованные СНС, наиболее очевидны, когда организм сталкивается с стрессовыми ситуациями . Он предназначен для мобилизации запасов энергии, позволяя нам справляться со стрессом и повышая наши шансы на выживание.

Парасимпатическая нервная система

ПНС  отвечает за остальные и переваривания действий организма. Начинается из краниосакральных сегментов спинного мозга. Эта система состоит из длинных преганглионарных нейронов и коротких постганглионарных нейронов. И преганглионарные, и постганглионарные нейроны используют нейротрансмиттер ацетилхолин .

Краткое описание SNS и PSNS

Симпатические и парасимпатические пути имеют очень сходную структуру, но имеют несколько ключевых отличий.В таблице ниже показано сравнение этих двух систем.

Особенность Симпатический НС Парасимпатическая НС
Сводка ответов Бой или бегство Отдых и пищеварение
Распределение спинного мозга Грудно-поясничный отдел Краниосакральный
Преганглионарный нейрон Короткий Длинный
Преганглионарный нейротрансмиттер Ацетилхолин (АХ, холинергический) Ацетилхолин (АХ, холинергический)
Постганглионарный нейрон Длинный Короткий
Постганглионарный нейротрансмиттер Норадреналин (NA, адренергический) в большинстве случаев Ацетилхолин (АХ, холинергический)
Рис. 2. Функции симпатической и парасимпатической нервной системы

Кишечная нервная система

Этот отдел ПНС встроен в выстилку из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) , поэтому он может непосредственно контролировать функции желудочно-кишечного тракта.Состоит из двух сплетений:

  • Myenteric ( Auerbach’s ) сплетение:
    • Расположены между кольцевым и продольным слоями наружной мышечной оболочки
    • Отвечает за повышение тонуса кишечника
    • Контролирует скорость и интенсивность сокращений
  • Подслизистое (мейснеровское) сплетение:
    • Располагается в подслизистом слое
    • Отвечает за секрецию и всасывание в кишечнике
    • Также контролирует локальные движения мышц

PSNS также стимулирует энтеральную нервную систему для повышения ее функции.Точно так же СНС может ингибировать кишечную функцию. Следовательно, дефекация невозможна в режиме борьбы или бегства.

Как человеческий организм использует электричество

Эмбер Планте

Электричество есть везде, даже в человеческом теле. Наши клетки специализируются на проведении электрических токов. Электричество требуется нервной системе для отправки сигналов по всему телу и в мозг, что позволяет нам двигаться, думать и чувствовать.

Итак, как клетки контролируют электрические токи?

Элементы в нашем организме, такие как натрий, калий, кальций и магний, имеют определенный электрический заряд.Почти все наши клетки могут использовать эти заряженные элементы, называемые ионами, для выработки электричества.

Содержимое клетки защищено от внешней среды клеточной мембраной. Эта клеточная мембрана состоит из липидов, которые создают барьер, который могут преодолеть только определенные вещества, чтобы достичь внутренней части клетки. Клеточная мембрана действует не только как барьер для молекул, но и как способ для клетки генерировать электрические токи. Покоящиеся клетки внутри заряжены отрицательно, тогда как внешняя среда заряжена более положительно.Это происходит из-за небольшого дисбаланса между положительными и отрицательными ионами внутри и снаружи клетки. Клетки могут достичь такого разделения зарядов, позволяя заряженным ионам входить и выходить через мембрану. Поток зарядов через клеточную мембрану генерирует электрические токи.

Клетки контролируют поток определенных заряженных элементов через мембрану с помощью белков, которые располагаются на поверхности клетки и создают отверстие для прохождения определенных ионов. Эти белки называются ионными каналами.Когда клетка стимулируется, она позволяет положительным зарядам проникать в клетку через открытые ионные каналы. Затем внутренняя часть клетки становится более положительно заряженной, что вызывает дальнейшие электрические токи, которые могут превращаться в электрические импульсы, называемые потенциалами действия. Наши тела используют определенные модели потенциалов действия, чтобы инициировать правильные движения, мысли и поведение.

Нарушение электрического тока может привести к болезни. Например, чтобы сердце работало, клетки должны генерировать электрические токи, которые позволяют сердечной мышце сокращаться в нужное время.Врачи могут даже наблюдать эти электрические импульсы в сердце с помощью аппарата, называемого электрокардиограммой или ЭКГ. Нерегулярные электрические токи могут препятствовать правильному сокращению сердечных мышц, что приводит к сердечному приступу. Это всего лишь один пример, показывающий важную роль электричества в здоровье и болезни.

Ссылки
CrashCourse. «Нервная система, часть 2 — действие! Потенциал! Ускоренный курс A&P №9». Видео на YouTube, 11:43. 2 марта 2015 г. https://www.youtube.com.com/watch?v=OZG8M_ldA1M.
Основы анатомии и физиологии. «Каналы, управляемые напряжением, и потенциал действия». Компания McGraw-Hill, видео. 2016. http://highered.mheducation.com/sites/0072943696/student_view0/chapter8/animation__voltage-gated_channels_and_the_action_potential__quiz_1_.html.
Нельсон, Дэвид Л. и Майкл М. Кокс. 2013. Ленингерские принципы биохимии, 6-е изд. Книга. 6-е изд. Нью-Йорк: WH Фримен и Ко. doi: 10.1016/j.jse.2011.03.016.

 

Анатомия и физиология, регуляция, интеграция и контроль, нервная система и нервная ткань

К концу этого раздела вы сможете:
  • Описать компоненты мембраны, которые определяют мембранный потенциал покоя
  • Описать изменения, происходящие в мембране, которые приводят к возникновению потенциала действия нервная система — ощущение, интеграция и реакция — зависят от функций нейронов, лежащих в основе этих путей.Чтобы понять, как нейроны могут общаться, необходимо описать роль возбудимой мембраны в генерации этих сигналов. В основе этой связи лежит потенциал действия, демонстрирующий, как изменения в мембране могут представлять собой сигнал. Рассмотрение того, как эти сигналы работают в более изменчивых обстоятельствах, включает рассмотрение градуированных потенциалов, которые будут рассмотрены в следующем разделе.

    Электрически активные клеточные мембраны

    Большинство клеток в организме используют заряженные частицы, ионы, для создания заряда через клеточную мембрану.Ранее было показано, что это часть работы мышечных клеток. Чтобы скелетные мышцы сокращались на основе связи возбуждения и сокращения, требуется вход от нейрона. Обе клетки используют клеточную мембрану для регулирования движения ионов между внеклеточной жидкостью и цитозолем.

    Как вы узнали из главы о клетках, клеточная мембрана в первую очередь отвечает за регулирование того, что может пересечь мембрану, а что остается только с одной стороны. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой фосфолипидов, поэтому только вещества, которые могут пройти непосредственно через гидрофобное ядро, могут диффундировать через него без посторонней помощи.Заряженные частицы, гидрофильные по определению, не могут пройти через клеточную мембрану без посторонней помощи (рис. 12.17). Трансмембранные белки, особенно канальные белки, делают это возможным. Несколько пассивных транспортных каналов, а также активные транспортные насосы необходимы для создания трансмембранного потенциала и потенциала действия. Особый интерес представляет белок-носитель, называемый натриево-калиевым насосом, который перемещает ионы натрия (Na + ) из клетки и ионы калия (K + ) в клетку, таким образом регулируя концентрацию ионов с обеих сторон клетки. клеточная мембрана.

    Рисунок 12.17 Клеточная мембрана и трансмембранные белки Клеточная мембрана состоит из двойного фосфолипидного слоя и содержит множество трансмембранных белков, включая различные типы канальных белков, которые служат ионными каналами.

    Натриево-калиевый насос требует энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ), поэтому его также называют АТФазой. Как объяснялось в главе о клетках, концентрация Na + выше вне клетки, чем внутри, а концентрация K + выше внутри клетки, чем снаружи.Это означает, что этот насос перемещает ионы против градиентов концентрации натрия и калия, поэтому он требует энергии. На самом деле помпа в основном поддерживает эти градиенты концентрации.

    Ионные каналы представляют собой поры, которые позволяют определенным заряженным частицам пересекать мембрану в ответ на существующий градиент концентрации. Белки способны пересекать клеточную мембрану, включая ее гидрофобное ядро, и могут взаимодействовать с зарядом ионов из-за различных свойств аминокислот, обнаруженных в определенных доменах или областях белкового канала.Гидрофобные аминокислоты находятся в доменах, примыкающих к углеводородным хвостам фосфолипидов. Гидрофильные аминокислоты подвергаются воздействию жидких сред внеклеточной жидкости и цитозоля. Кроме того, ионы будут взаимодействовать с гидрофильными аминокислотами, которые будут селективными в отношении заряда иона. Каналы для катионов (положительных ионов) будут иметь отрицательно заряженные боковые цепи в поре. Каналы для анионов (отрицательных ионов) будут иметь положительно заряженные боковые цепи в поре.Это называется электрохимическим исключением, что означает, что пора канала зависит от заряда.

    Ионные каналы также можно определить по диаметру пор. Расстояние между аминокислотами будет зависеть от диаметра иона, когда он диссоциирует от окружающих его молекул воды. Из-за окружающих молекул воды большие поры не идеальны для более мелких ионов, потому что молекулы воды будут взаимодействовать посредством водородных связей с большей готовностью, чем боковые цепи аминокислот.Это называется исключением размера. Некоторые ионные каналы избирательны по заряду, но не обязательно по размеру, поэтому их называют неспецифическими каналами. Эти неспецифические каналы позволяют катионам — особенно Na + , K + и Ca 2+ — пересекать мембрану, но исключают анионы.

    Ионные каналы не всегда позволяют ионам свободно диффундировать через мембрану. Некоторые открываются определенными событиями, то есть каналы закрываются. Таким образом, еще один способ классификации каналов — на основе того, как они закрываются.Хотя эти классы ионных каналов обнаруживаются преимущественно в клетках нервной или мышечной ткани, их также можно обнаружить в клетках эпителиальной и соединительной тканей.

     Управляемый лигандом канал открывается, поскольку сигнальная молекула, лиганд, связывается с внеклеточной областью канала. Этот тип канала также известен как ионотропный рецептор, потому что, когда лиганд, известный как нейротрансмиттер в нервной системе, связывается с белком, ионы пересекают мембрану, изменяя ее заряд (рис. 12.18).

    Рисунок 12.18. Лиганд-управляемые каналы. Когда лиганд, в данном случае нейротрансмиттер ацетилхолин, связывается с определенным местом на внеклеточной поверхности белка канала, пора открывается, пропуская избранные ионы. Ионы в данном случае представляют собой катионы натрия, кальция и калия.

    Механически закрытый канал открывается из-за физического искажения клеточной мембраны. Многие каналы, связанные с осязанием (соматоощущением), механически закрыты.Например, когда на кожу оказывается давление, эти каналы открываются и позволяют ионам проникать в клетку. Аналогичным каналам этого типа может быть канал, открывающийся в зависимости от изменения температуры, как при тестировании воды в душе (рис. 12.19).

    Рисунок 12.19 Механически закрытые каналы Когда в окружающей ткани происходит механическое изменение, такое как давление или прикосновение, канал физически открывается. По такому же принципу работают терморецепторы. Когда локальная температура ткани изменяется, белок реагирует, физически открывая канал.

    Потенциально-управляемый канал – это канал, реагирующий на изменения электрических свойств мембраны, в которую он встроен. В норме внутренняя часть мембраны находится под отрицательным напряжением. Когда это напряжение становится менее отрицательным, канал начинает позволять ионам пересекать мембрану (рис. 12.20).

    Рисунок 12.20. Потенциал-управляемые каналы. Потенциал-управляемые каналы открываются при изменении трансмембранного напряжения вокруг них. Аминокислоты в структуре белка чувствительны к заряду и заставляют пору открываться для выбранного иона.

    Канал утечки закрывается случайным образом, что означает, что он открывается и закрывается случайным образом, отсюда и ссылка на утечку. Нет фактического события, открывающего канал; вместо этого он имеет внутреннюю скорость переключения между открытым и закрытым состояниями. Каналы утечки вносят вклад в трансмембранное напряжение покоя возбудимой мембраны (рис. 12.21).

    Рисунок 12.21 Каналы утечки В определенных ситуациях ионы должны беспорядочно перемещаться через мембрану. Конкретные электрические свойства определенных клеток изменяются при наличии этого типа канала.

    Потенциал мембраны

    Электрическое состояние клеточной мембраны может иметь несколько вариаций. Все это вариации мембранного потенциала. Потенциал — это распределение заряда поперек клеточной мембраны, измеряемое в милливольтах (мВ). Стандартом является сравнение внутренней части клетки с внешней, поэтому мембранный потенциал представляет собой значение, представляющее заряд на внутриклеточной стороне мембраны, исходя из того, что внешняя сторона равна нулю, условно говоря (рис. 12.22).

    Рисунок 12.22 Измерение заряда на мембране с помощью вольтметра Записывающий электрод вставлен в ячейку, а электрод сравнения находится вне ячейки. Путем сравнения заряда, измеренного этими двумя электродами, определяется трансмембранное напряжение. Принято выражать это значение для цитозоля относительно внешней среды.

    Концентрация ионов во внеклеточной и внутриклеточной жидкости в значительной степени сбалансирована с нейтральным зарядом. Однако небольшая разница в заряде возникает непосредственно на поверхности мембраны, как внутри, так и снаружи.Именно эта очень ограниченная область обладает всей способностью нейронов (и мышечных клеток) генерировать электрические сигналы, включая потенциалы действия.

    Прежде чем можно будет описать эти электрические сигналы, необходимо объяснить состояние покоя мембраны. Когда клетка находится в состоянии покоя и ионные каналы закрыты (за исключением каналов утечки, которые открываются случайным образом), ионы распределяются по мембране весьма предсказуемым образом. Концентрация Na + вне клетки в 10 раз превышает концентрацию внутри.Кроме того, концентрация K + внутри клетки выше, чем снаружи. Цитозоль содержит высокую концентрацию анионов в виде ионов фосфата и отрицательно заряженных белков. Большие анионы являются компонентом внутренней клеточной мембраны, в том числе специализированными фосфолипидами и белками, связанными с внутренним листком мембраны (термин, используемый для обозначения одной стороны липидного бислоя мембраны). Отрицательный заряд локализован в больших анионах.

    Для ионов, распределенных по мембране при этих концентрациях, разница в заряде измеряется при -70 мВ, значение, описываемое как мембранный потенциал покоя.Точное значение, измеренное для мембранного потенциала покоя, варьируется между клетками, но чаще всего в качестве этого значения используется -70 мВ. Это напряжение на самом деле было бы намного ниже, за исключением вклада некоторых важных белков в мембрану. Каналы утечки позволяют Na + медленно продвигаться в клетку или K + медленно выходить, а насос Na + /K + восстанавливает их. Это может показаться пустой тратой энергии, но каждый играет роль в поддержании мембранного потенциала.

    Потенциал действия

    Мембранный потенциал покоя описывает стационарное состояние клетки, которое представляет собой динамический процесс, уравновешиваемый утечкой ионов и откачкой ионов. Без какого-либо внешнего воздействия он не изменится. Чтобы запустить электрический сигнал, мембранный потенциал должен измениться.

    Это начинается с открытия канала для Na +  в мембране. Поскольку концентрация Na +  вне клетки выше, чем внутри клетки, в 10 раз, ионы будут устремляться в клетку, что в основном обусловлено градиентом концентрации.Поскольку натрий является положительно заряженным ионом, он изменит относительное напряжение непосредственно внутри клетки по сравнению с напряжением непосредственно снаружи. Потенциал покоя — это состояние мембраны при напряжении -70 мВ, поэтому катион натрия, попадая в клетку, заставит ее стать менее отрицательной. Это известно как деполяризация, что означает, что мембранный потенциал приближается к нулю.

    Градиент концентрации для Na + настолько силен, что он будет продолжать поступать в клетку даже после того, как мембранный потенциал станет равным нулю, так что напряжение непосредственно вокруг поры начинает становиться положительным.Электрический градиент также играет роль, поскольку отрицательные белки ниже мембраны притягивают ион натрия. Мембранный потенциал достигнет +30 мВ к тому времени, когда натрий попадет в клетку.

    Когда мембранный потенциал достигает +30 мВ, в мембране открываются другие потенциалзависимые каналы. Эти каналы специфичны для иона калия. Градиент концентрации действует и на K + . Когда K + начинает покидать клетку, унося с собой положительный заряд, мембранный потенциал начинает возвращаться к напряжению покоя.Это называется реполяризацией, что означает, что напряжение мембраны возвращается к значению -70 мВ мембранного потенциала покоя.

    Реполяризация возвращает мембранный потенциал к значению -70 мВ, которое указывает на потенциал покоя, но фактически превышает это значение. Ионы калия достигают равновесия, когда напряжение на мембране ниже -70 мВ, поэтому наступает период гиперполяризации, когда каналы K + открыты. Эти каналы K + закрываются с небольшой задержкой, что объясняет это короткое превышение.

    Здесь описан потенциал действия, который представлен в виде графика изменения напряжения во времени на Рисунке 12.23. Это электрический сигнал, который нервная ткань генерирует для связи. Изменение напряжения на мембране от -70 мВ в покое до +30 мВ в конце деполяризации составляет 100 мВ. Это также можно записать как изменение на 0,1 В. Чтобы представить это значение в перспективе, подумайте о батарее. Батарейка АА, которую вы можете найти в пульте от телевизора, имеет напряжение 1.5 В, или 9-В батарея (прямоугольная батарея с двумя штырями на одном конце) есть, очевидно, 9 В. Наблюдаемое изменение потенциала действия на один-два порядка меньше, чем заряд в этих батареях. По сути, мембранный потенциал можно описать как аккумулятор. Через мембрану накапливается заряд, который может быть высвобожден при правильных условиях. Аккумулятор в вашем пульте дистанционного управления накопил заряд, который «высвобождается» при нажатии кнопки.

    Рисунок 12.23 График потенциала действия. На графике зависимости напряжения, измеренного на клеточной мембране, от времени потенциал действия начинается с деполяризации, за которой следует реполяризация, которая переходит после потенциала покоя в гиперполяризацию, и, наконец, мембрана возвращается в состояние покоя.

    INTERACTIVE LINK

    То, что происходит на мембране электрически активной клетки, представляет собой динамический процесс, который трудно визуализировать с помощью статических изображений или текстовых описаний. Посмотрите эту анимацию, чтобы узнать больше об этом процессе. В чем разница между движущей силой Na + и K + ? И что общего в движении этих двух ионов?

    Вопрос в том, что инициирует потенциал действия? Приведенное выше описание удобно замалчивает этот момент.Но очень важно понимать, что происходит. Мембранный потенциал будет оставаться на уровне напряжения покоя, пока что-то не изменится. В приведенном выше описании просто говорится, что открывается канал Na +  . Теперь сказать «открывается канал» не означает, что изменяется один отдельный трансмембранный белок. Вместо этого это означает, что открывается один вид канала. Существует несколько различных типов каналов, которые позволяют Na + пересекать мембрану. Лиганд-управляемый канал Na + открывается, когда с ним связывается нейротрансмиттер, а механически управляемый канал Na + открывается, когда физический раздражитель воздействует на сенсорный рецептор (например, давление, приложенное к коже, сжимает сенсорный рецептор).Будь то нейротрансмиттер, связывающийся со своим рецепторным белком, или сенсорный стимул, активирующий сенсорную рецепторную клетку, какой-то стимул запускает процесс. Натрий начинает поступать в клетку, и мембрана становится менее отрицательной.

    Третьим типом каналов, который является важной частью деполяризации в потенциале действия, является потенциалзависимый канал Na +  . Каналы, которые начинают деполяризовать мембрану из-за раздражителя, помогают клетке деполяризоваться от -70 мВ до -55 мВ.Как только мембрана достигает этого напряжения, потенциалзависимые каналы Na + открываются. Это то, что известно как порог. Любая деполяризация, которая не изменяет мембранный потенциал до -55 мВ или выше, не достигает порога и, следовательно, не приводит к возникновению потенциала действия. Кроме того, любой стимул, который деполяризует мембрану до -55 мВ или выше, вызовет открытие большого количества каналов, и будет инициирован потенциал действия.

    Из-за порога потенциал действия можно сравнить с цифровым событием — оно либо происходит, либо нет.Если порог не достигнут, то потенциала действия не возникает. Если деполяризация достигает -55 мВ, то потенциал действия продолжается и продолжается до +30 мВ, при котором K + вызывает реполяризацию, включая гиперполяризационный выброс. Кроме того, эти изменения одинаковы для каждого потенциала действия, а это означает, что при достижении порога происходит то же самое. Более сильный стимул, который может деполяризовать мембрану далеко за пределы порогового значения, не вызовет «большего» потенциала действия.Потенциалы действия «все или ничего». Либо мембрана достигает порога и все происходит как описано выше, либо мембрана не достигает порога и больше ничего не происходит. Все потенциалы действия достигают пика при одном и том же напряжении (+30 мВ), поэтому один потенциал действия не больше другого. Более сильные стимулы быстрее инициируют множественные потенциалы действия, но отдельные сигналы не больше. Таким образом, например, вы не почувствуете большей боли или более сильного сокращения мышц из-за размера потенциала действия, потому что они не различаются по величине.

    Как мы видели, деполяризация и реполяризация потенциала действия зависят от двух типов каналов (потенциал-зависимый канал Na + и потенциалзависимый канал K + ). Потенциал-зависимый канал Na + на самом деле имеет два затвора. Одним из них являются активационные ворота, которые открываются, когда мембранный потенциал пересекает -55 мВ. Другие ворота — это ворота инактивации, которые закрываются через определенный период времени — порядка доли миллисекунды.Когда клетка находится в состоянии покоя, ворота активации закрыты, а ворота инактивации открыты. Однако, когда порог достигнут, ворота активации открываются, позволяя Na + ворваться в клетку. Приурочено к пику деполяризации ворота инактивации закрываются. Во время реполяризации натрий больше не может поступать в клетку. Когда мембранный потенциал снова достигает -55 мВ, ворота активации закрываются. После этого ворота инактивации снова открываются, делая канал готовым начать весь процесс заново.

    Потенциал-зависимый канал К + имеет только один затвор, чувствительный к напряжению на мембране -50 мВ. Однако он открывается не так быстро, как потенциалзависимый канал Na +  . Для открытия канала может потребоваться доля миллисекунды после достижения этого напряжения. Время этого точно совпадает с пиком потока Na + , поэтому потенциалзависимые каналы K + открываются так же, как потенциалзависимые каналы Na + инактивируются.Когда мембранный потенциал реполяризуется и напряжение снова достигает -50 мВ, канал снова закрывается с небольшой задержкой. Калий продолжает покидать клетку в течение короткого времени, и мембранный потенциал становится более отрицательным, что приводит к гиперполяризационному выбросу. Затем канал снова закрывается, и мембрана может вернуться к потенциалу покоя благодаря продолжающейся активности незапертых каналов и насоса Na + /K + .

    Все это происходит примерно за 2 миллисекунды (Рисунок 12.24). Во время действия потенциала действия нельзя инициировать другой. Этот эффект называется рефрактерным периодом. Существует две фазы рефрактерного периода: абсолютный рефрактерный период и относительный рефрактерный период. Во время абсолютной фазы другой потенциал действия не запускается. Это происходит из-за ворот инактивации потенциалзависимого канала Na + . Как только этот канал возвращается к своей конформации покоя (менее -55 мВ), новый потенциал действия может быть запущен, но только более сильным стимулом, чем тот, который инициировал текущий потенциал действия.Это происходит из-за потока K + из клетки. Поскольку этот ион устремляется наружу, любой Na + , который пытается войти, не деполяризует клетку, а только удерживает клетку от гиперполяризации.

    Рисунок 12.24 Этапы потенциала действия Показывая напряжение, измеренное на клеточной мембране, в зависимости от времени, события потенциала действия могут быть связаны со специфическими изменениями напряжения на мембране. (1) В покое напряжение на мембране составляет -70 мВ. (2) Мембрана начинает деполяризоваться при приложении внешнего раздражителя.(3) Мембранное напряжение начинает быстро расти до +30 мВ. (4) Мембранное напряжение начинает возвращаться к отрицательному значению. (5) Реполяризация продолжается после напряжения покоя мембраны, что приводит к гиперполяризации. (6) Мембранное напряжение возвращается к значению покоя вскоре после гиперполяризации.

    Распространение потенциала действия

    Потенциал действия инициируется в начале аксона, в так называемом начальном сегменте. Существует высокая плотность потенциалзависимых каналов Na +  , поэтому здесь может происходить быстрая деполяризация.Спускаясь по длине аксона, потенциал действия распространяется, потому что по мере распространения деполяризации открывается больше потенциалзависимых каналов Na + . Это распространение происходит из-за того, что Na +  входит через канал и движется вдоль внутренней части клеточной мембраны. Когда Na + перемещается или течет на короткое расстояние вдоль клеточной мембраны, его положительный заряд немного деполяризует клеточную мембрану. По мере распространения этой деполяризации открываются новые потенциалозависимые каналы Na + , и в клетку устремляется больше ионов, распространяя деполяризацию немного дальше.

    Поскольку потенциалзависимые Na +  каналы инактивируются на пике деполяризации, их нельзя снова открыть на короткое время — период абсолютной рефрактерности. Из-за этого деполяризация, распространяющаяся обратно в сторону ранее открытых каналов, не имеет никакого эффекта. Потенциал действия должен распространяться к окончаниям аксона; в результате сохраняется полярность нейрона, о чем говорилось выше.

    Размножение, как описано выше, относится к немиелинизированным аксонам.Когда присутствует миелинизация, потенциал действия распространяется по-другому. Ионы натрия, попадающие в клетку в начальном сегменте, начинают распространяться по длине сегмента аксона, но до первого перехвата Ранвье потенциалзависимых каналов Na + нет. Поскольку эти каналы не открываются постоянно вдоль сегмента аксона, деполяризация распространяется с оптимальной скоростью. Расстояние между узлами является оптимальным расстоянием, чтобы мембрана оставалась деполяризованной выше порога в следующем узле.Когда Na + распространяется вдоль внутренней части мембраны сегмента аксона, заряд начинает рассеиваться. Если бы узел находился дальше по аксону, эта деполяризация упала бы слишком сильно, чтобы потенциалзависимые каналы Na + активировались в следующем узле Ранвье. Если бы узлы были ближе друг к другу, скорость распространения была бы ниже.

    Распространение вдоль немиелинизированного аксона называется непрерывной проводимостью; по длине миелинизированного аксона это скачкообразная проводимость.Непрерывная проводимость медленная, потому что всегда открываются потенциалзависимые каналы Na + , и все больше и больше Na + устремляется в клетку. Сальтаторная проводимость быстрее, потому что потенциал действия в основном переходит от одного узла к другому (saltare = «прыгать»), а новый приток Na + обновляет деполяризованную мембрану. Наряду с миелинизацией аксона диаметр аксона может влиять на скорость проведения. Подобно тому, как вода течет быстрее в широкой реке, чем в узком ручье, деполяризация на основе Na + распространяется быстрее по широкому аксону, чем по узкому.Эта концепция известна как сопротивление и, как правило, верна для электрических проводов или водопровода, так же как и для аксонов, хотя конкретные условия в масштабах электронов или ионов отличаются от воды в реке.

    НАРУШЕНИЕ ГОМЕОСТАТА

    Концентрация калия

    Глиальные клетки, особенно астроциты, отвечают за поддержание химической среды в тканях ЦНС. Концентрации ионов во внеклеточной жидкости лежат в основе того, как устанавливается мембранный потенциал и изменяются электрохимические сигналы.Если баланс ионов нарушен, возможны резкие исходы.

    В норме концентрация K + выше внутри нейрона, чем снаружи. После фазы реполяризации потенциала действия каналы утечки K + и насос Na + / K + обеспечивают возвращение ионов в исходное положение. После инсульта или другого ишемического события внеклеточные уровни K + повышаются. Астроциты в этой области приспособлены для очистки от избытка K + , чтобы помочь насосу.Но когда уровень выходит далеко за пределы баланса, последствия могут быть необратимыми.

    В таких случаях астроциты могут становиться реактивными, что ухудшает их способность поддерживать локальную химическую среду. Глиальные клетки увеличиваются, а их отростки набухают. Они теряют свою буферную способность K + , и функция насоса нарушается или даже меняется на противоположную. Одним из ранних признаков клеточного заболевания является «утечка» ионов натрия в клетки организма. Этот дисбаланс натрия/калия негативно влияет на внутреннюю химию клеток, препятствуя их нормальному функционированию.

    ИНТЕРАКТИВНАЯ ССЫЛКА

    Посетите этот сайт, чтобы посетить виртуальную нейрофизиологическую лабораторию и понаблюдать за электрофизиологическими процессами в нервной системе, где ученые непосредственно измеряют электрические сигналы, производимые нейронами. Часто потенциалы действия происходят так быстро, что смотреть на экран, чтобы увидеть их появление, бесполезно. Динамик питается от сигналов, записанных нейроном, и «всплывает» каждый раз, когда нейрон запускает потенциал действия. Эти потенциалы действия срабатывают так быстро, что по радио это звучит как помехи.Электрофизиологи могут распознавать закономерности в этом статике, чтобы понять, что происходит. Почему модель пиявки используется для измерения электрической активности нейронов, а не человека?

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.