Нейрофизиология. Введение

1.

НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ

2.

Тема: «ВВЕДЕНИЕ»
План
1. Предмет нейрофизиологии как науки, ее разделы.
2. Связь нейрофизиологии с другими науками. Современные
нейронауки.
3. Методы исследования нейрофизиологии.
4. Исторические даты в развитии нейрофизиологии.
5. Роль русских ученых в развитии нейрофизиологии

3.

Предмет нейрофизиологии как науки
Нейрофизиология является специальным разделом физиологии,
изучающим деятельность нервной системы.
Функции нервной системы нейрофизиология изучает на
следующих основных уровнях:
Первый – процессы возбуждения и распространения нервных
импульсов в нейронах.
Второй – процессы, происходящие в области синапсов.
Третий – локализация функций в ядрах (нервных центрах),
расположенных в разных частях ЦНС.
Таким образом, предмет нейрофизиологии - функциональная
организация нервной системы, нейронные механизмы
организации рефлекторного поведения и принципы системной
организации функций мозга, физиологические механизмы
приема и переработки информации; физиология сенсорных
систем человека, обеспечивающая адекватное поведение
человека.

4.

Разделы нейрофизиологии
Общая нейрофизиология изучает закономерности функционирования
нервной системы на разных уровнях.
Возрастная нейрофизиология –это раздел, посвященный изучению
возрастных и индивидуальных особенностей мозгового обеспечения
высших нервных и психических процессов.
Клиническая нейрофизиология изучает особенности функционирования
мозга при патологических процессах. Она является прикладной
нейрофизиологией, занимается наблюдением за функционированием
нервной системы человека и предназначена для выявления степени
поражения центральной нервной системы. Клиническая
нейрофизиология основана на электрофизиологическом исследовании
различных отделов нервной системы.
Экспериментальная нейрофизиология –использует методы
экспериментальной физиологии для исследования связей между
функционированием и строением нервной системы. Преимущество в
том, что можно использовать специфические функции нервной системы
человека для исследования связей между нейроанатомией и
психическими функциями

5.

«Высшая нервная деятельность» изучает деятельность высших
отделов нервной системы и, прежде всего, больших полушарий
головного мозга. Методология и экспериментальные приемы
физиологии ВНД оказали решающее влияние на исследования в
области физиологических основ поведения человека.
«Нейрофизиология» и «Высшая нервная деятельность» это
биологические науки. Теоретической базой имеют, прежде всего,
другие биологические науки: анатомию, цитологию, гистологию,
эмбриологию, генетику, экологию, антропологию и др.
Нейрофизиология тесно связана с нейроанатомией,
нейробиологией, электрофизиологией и другими науками, которые
занимаются изучением мозга.
В настоящее время нейрофизиология служит теоретической базой
нейрокибернетики, нейрохимии и нейробионики.

6.

Связь нейрофизиологии с другими науками
Нейрофизиология – теоретическая база медицины. С помощью
нейрофизиологических методов (электроэнцефалография, миография,
нистагмография и т.д.) осуществляется диагностика и лечение таких
заболеваний, как инсульт, нарушения двигательного аппарата,
эпилепсия, рассеянный склероз, а также редких нейропатологических
заболеваний. Нейрофизиология является основой неврологии, которая
занимается вопросами возникновения заболеваний центральной и
периферической нервной системы, а также изучает механизмы их
развития, симптоматику и возможные способы диагностики, лечения и
профилактики.
Хирургическая нейрофизиология — это прикладная
нейрофизиология. Хирург-нейрофизиолог во время операций
занимается мониторингом функционирования нервной системы
пациента, для чего применяет электрофизиологические методы. Такое
наблюдение входит в состав обширной клинической дисциплины,
называемой нейромониторингом.

7.

Нейрофизиология, изучающая материальный субстрат психических процессов,
является теоретической базой всех психологических дисциплин.
Нейрофизиология – теоретическая база психологии лиц с девиантным
поведением. Нейрофизиологическая парадигма диагностики и
прогнозирования отклоняющегося поведения основывается на том, что у лиц,
склонных к девиациям, имеются определенные морфологические и
физиологические отличия центральной нервной системы, которые могут быть
выявлены инструментальными и экспериментальными методами.
Нейрофизиологические исследования показали существенные отличия в
обработке эмоционально значимых стимулов (мимические реакции) у людей с
патологией личности, проявляющих девиантное поведение. В отличие от
здоровых людей, у которых нейрокогнитивная обработка стимулов происходит
на уровне неокортекса, визуальные стимулы у людей с отклонениями
происходит на уровне более древних мозговых структур, практически без
участия эмоциональной оценки на уровне коры головного мозга.
Комплексное нейропсихологическое и нейрофизиологическое исследование лиц
с девиантным поведением позволило определить топографию
нейрофункциональной патологии при социальной девиантности.
Симптомокомплекс девиантного поведения у таких людей чаще всего
вызывается минимальными, но определяемыми нарушениями
функционирования во фронтальных отделах коры головного мозга.

8.

Нейрофизиология – теоретическая база психологии людей, попавших
в чрезвычайные и экстремальные ситуации.
Любая угроза безопасности личности неминуемо создает
эмоционально-психологический очаг напряженности. При этом
вовлекаются мозговые структуры, ответственные за эмоциональный
фон и поведение, прежде всего, лимбическая система, к которой
относятся гиппокамп, миндалины, грушевидная доля и еще несколько
мозговых структур. Через механизм эмоций лимбическая система
улучшает приспособление организма к изменяющимся условиям
среды. Ключевой структурой для возникновения эмоций является
гипоталамус, ответственный преимущественно за вегетативные
проявления эмоций - изменение частоты и силы сердечных
сокращений, артериального давления, дыхания.
Методы экспериментальной нейрофизиология дают возможность
отслеживания данных функций, диагностики, прогнозирования и
эффективной компенсации возникающих нарушений.

9.

Нейробионика – научное направление, изучающее возможность
использования принципов строения и функционирования мозга с
целью создания более совершенных технических устройств и
технологических процессов.
Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных
и моделирование клеток-нейронов и нейронных сетей. Это
дает возможность совершенствовать и развивать архитектуру
электронной и вычислительной техники. В настоящее время
считается, что развитие нейробионики является основанием для
создания искусственного интеллекта.
Нейрокомпьютер – устройство переработки информации
на основе принципов работы естественных нейронных систем. В
отличие от цифровых систем нейрокомпьютер имеет память и
способен к обучению. В настоящее время созревает новое
направление – биокомпьютинг, основанное на соединении
биологических нейронов с электронными элементами.

10.

Одно из наиболее перспективных направлений нейрокибернетики на стыке
между психологией, биологией и информатикой – моделирование на основе
нейронных сетей.
В настоящее время сетевой принцип в обеспечении процессов переработки
информации получает все большее распространение. В основе этого
направления лежат идеи о сетях нейроноподобных элементов, объединение
которых порождает новые системные (эмерджентные) качества, не присущие
отдельным элементам этой сети.
Эмерджентность — явление, когда система в целом обладает свойствами,
которыми не обладает ни один из ее компонентов по отдельности. Таким
образом, объединение нескольких компонентов в одну систему будет создавать
новый продукт, с новыми свойствами.
Нейронная сеть — это метод в искусственном интеллекте, который учит
компьютеры обрабатывать данные таким же способом, как и человеческий
мозг. Это тип процесса машинного обучения, называемый глубоким обучением,
который использует взаимосвязанные узлы или нейроны в слоистой структуре,
напоминающей человеческий мозг. Он создает адаптивную систему, с помощью
которой компьютеры учатся на своих ошибках и постоянно совершенствуются.
Таким образом, искусственные нейронные сети пытаются решать сложные
задачи, такие как резюмирование документов или распознавание лиц, с более
высокой точностью.

11.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Морфологические методы :
нейрогистологические методы, электронная микроскопия, конфокальная
лазерная сканирующая микроскопия, исследование культуры клеток,
нейрогистохимические методы, радиоавтография ( с использованием метода
меченых атомов) и др.
Клинические методы:
компьютерная и магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионная
томография, электроэнцефалография, электрокортикография
и электросубкортикография, реоэнцефалография.
Экспериментальные методы :
метод разрушения нервной ткани, экстирпация, метод нейронной активности,
метод раздражения (раздражение рецепторов и определенных структур ЦНС , в
которых возникает возбуждение; раздражение зон ЦНС и наблюдение за
ответной реакцией; стереотаксическая электростимуляция — раздражение
конкретных ядер ЦНС с использованием микроэлектродов и регистрацией
происходящих изменений.

12.

Исторические даты в развитии нейрофизиологии
1655 — Роберт Гук обнаруживает клетки в живой материи.
1791 — Луиджи Гальвани дает первые экспериментальные
доказательства существования электрических явлений в мышце
лягушки.
1838 — Роберт Ремак описывает безмякотное нервное волокно, обнаруживая, что оно не имеет пустот, тем самым разбивает
античный миф, существовавший еще со времен Алкмеона
Кротонского, что нервы представляют собой пустые трубки.
1839 — Теодор Шванн и Маттиас Шлейден формулируют
клеточную теорию.
1848 — Эмиль Дюбуа-Реймон установил, что возбужденный участок нерва электроотрицателен по отношению к невозбужденному.
1850 — Герман фон Гельмгольц эмпирически измеряет скорость
прохождения нервного импульса, фиксируя моменты возбуждения
двигательного нерва ножной мышцы лягушки и последующей мышечной реакции.

13.

1856 — Рудольф Вирхов называет клетки глии опорным скелетом и
«клеточным цементом», поддерживающим и скрепляющим
нервную ткань. Отсюда и название: в переводе с древнегреч.
gloiÒj — клей.
1865 — Отто Дейтерс в своих исследованиях головного и спинного
мозга человека, используя метод изоляции, находит, что из
многочисленных отростков, отходящих от тела нервной клетки,
один всегда идет не делясь, тогда как другие многократно делятся.
Неделящийся отросток Дейтерс назвал «нервным» или «осевоцилиндрическим», а делящиеся — «протоплазматическими».
Так Дейтерс сумел различить то, что мы сейчас называем аксоном
и дендритами.
1873 — Камилло Гольджи открывает «окрашивание по методу
Гольджи». Окрашивание проводят следующим образом: препарат
сначала обрабатывают раствором дихромата калия, а затем
раствором нитрата серебра. Таким образом, оранжевый фон — это
окраска дихроматом калия, кирпично-коричневый — окраска
нитратом серебра.

14.

1878 — Луи-Антуан Ранвье описывает у позвоночных узлы
(перехваты Ранвье) в периферической и центральной нервной
системе — участки аксона, не покрытые миелиновой оболочкой.
1889 — Сантьяго Рамон-и-Кахаль при помощи своих точных
наблюдений опровергает господствовавшую в то время теорию
(которую поддерживал и Гольджи) о том, что мозг состоит из сети
клеток, соединенных нитями подобно паутине. Дендриты нервных
клеток не соприкасаются друг с другом, но разделены небольшим
промежутком — синаптической щелью.
1893 — Пауль Флексиг, исследуя процесс формирования
миелиновой оболочки нервных волокон головного и спинного
мозга, устанавливает последовательность миелинизации в
онтогенезе различных участков ЦНС .
1897 — Чарлз Шеррингтон на основе изучения нервно-мышечных
контактов формулирует представление о синапсе, предлагает
термин «синапс» от греч. συνάπτειν — сжимать, обхватывать.
1920 — Пио дель Рио-Ортега впервые представляет концепцию
микроглии как определенного клеточного элемента ЦНС .

15.

1921 — Отто Леви в ходе изучения эффектов ацетилхолина
сформулировал идею химического синапса. Суть опытов О. Леви:
жидкость, окружавшая изолированное сердце, при раздражении
блуждающего либо симпатического нерва, действует на другое
изолированное сердце.
1936 — Хенри Дейл и О тто Леви получают Нобелевскую премию по физиологии за открытие функций ацетилхолина.
1950 — Шёстрандом и Фернандес-Мораном делают первые электронно-микроскопические описания мякотных нервных волокон.
1952 — Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли представляют математическую модель, описывающую генерацию и распространение
потенциала действия в нейронах (на гигантском аксоне кальмара).
1964 — Стивен Куффлер и П оттер доказывают, что глия реагирует на сигналы от нейронов.
1988 — Паско Ракич описывает миграцию молодых нейронов
в пренатальной развивающейся коре.

16.

Роль русских ученых в развитии нейрофизиологии
Ключевым моментом развития нейрофизиологии стало открытие
в 1863 г. выдающимся русским физиологом Иваном
Михайловичем Сеченовым центрального торможения. В этом же
году был опубликован труд И. М. Сеченова "Рефлексы головного
мозга". В этой работе И. М. Сеченов провозгласил: "Все акты
сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения
суть рефлексы, тем самым Сеченов заложил основы
естественнонаучного направления отечественной психологии.
Последовательное экспериментальное изучение функций
нервных процессов, идущих в коре мозга, было начато
выдающимся русским физиолог ом Иваном Петровичем
Павловым (1849–1936).
Развивая концепцию Сеченова, Иван Петрович Павлов создал
целостное учение о высшей нервной деятельности, использовав
рефлекс, не только как концептуальную позицию, но и как метод
нейрофизиологического исследования.

17.

.
Павлов создал новый метод изучения ВНД - метод условных
рефлексов.
И.П. Павлов – автор учения об анализаторах, указав на связь
органов чувств с соответствующими корковыми центрами,
производящими высший анализ и синтез.
Павлов создал учение о двух сигнальных системах: сенсорные
сигналы – первая сигнальная система, речевые сигналы –
основанная на первой вторая сигнальная система. Слово –
сигнал сигналов – отражает действительность в категориально
обобщенном виде.
Павлову принадлежит теория динамического стереотипа.
В процессе жизнедеятельности в определенных условиях
организм вырабатывает устойчивую систему реакций –
динамический стереотип. Ломка стереотипа вызывает
отрицательные эмоции.

18.

Значительный вклад в развитие нейрофизиологии и изучение функций
центральной нервной системы внесли такие отечественные ученые
как Н. Е. Введенский, В. М. Бехтерев, Ф. В. Овсянников, В.Я.
Данилевский, А. А. Ухтомский, Орбели, А. Ф. Самойлов и многие другие
исследователи.
Николай Е. Введенский (1852-1922) создал теорию единства
возбуждения и торможения, их взаимных переходов, провел важные
электрофизиологические работы по изучению функций нервов и
мышц.
Владимир Михайлович Бехтерев (1857–1927) – выдающийся русский
невропатолог, психиатр и психолог, физиолог нервной деятельности;
основатель первой в России экспериментальной психологической
лаборатории, Психоневрологического института, первых
неврологических и психологических журналов, основатель
Государственного института по изучению мозга и психической
деятельности (1918) и первый его директор.
Ф. В. Овсянников исследовал регуляцию кровообращения
центральной нервной системой.

19.

В изучении влияния головного мозга на внутренние органы первые
важные исследования принадлежат известному физиологу В.Я.
Данилевскому (1852-1939). Он же одним из первых изучил
электрические явления в головном мозге.
Алексей Алексеевич Ухтомский (1875–1942) выступил с концепцией
приспособления организма к изменяющимся условиям среды
благодаря преобразованию системы регуляции под
влиянием доминанты – устойчивого возбуждения функционально
объединенных нервных механизмов.
Ученик И. П. Павлова Л.А. Орбели (1882-1958) создал современную
отечественную эволюционную физиологию, глубоко изучил роль
вегетативной нервной системы в деятельности головного мозга,
органов чувств и скелетной мускулатуры.
А. Ф. Самойлов (1867—1930) сделал большой вклад в
электрофизиологию и успешно развивал теорию химических
передатчиках нервного процесса.

20.

Вопросы и задания
1. Подготовить сообщение (на выбор):
о выдающемся физиологе, его работах и роли в развитии
нейрофизиологии;
о современных нейробиологических науках и их разработках;
о современных методах нейрофизиологических исследований;
о моделировании на основе нейронных сетей.
2. Предоставить обоснование роли нейрофизиологии в развитии
раздела психологии, соответствующего своей специальности.