Основы нейронной теории

1.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

2.

САНТЬЯГО ФЕЛИПЕ РАМОН-И-КАХАЛЬ
Кафедра нормальной
физиологии
Нейронная теория
проф. И.В. Мирошниченко

3.

• Нервная клетка
осуществляет переработку
информации:
Получение
Обработка
Хранение
Передача
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

4.

«Концепция синапса –
сердце нейронной
доктрины»
S. Palay
ЧАРЛЗ СКОТТ ШЕРРИНГТОН
Синапс –
функциональное
соединение
нейронов
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

5.

Многочисленные перекрывающиеся сети
(поведение целостного организма)
Проекционные сети (системы)
Локальные сети (зоны)
Клетка (нейрон)
Органеллы клетки
Молекулы
Кафедра нормальной
физиологии
Ионы
проф. И.В. Мирошниченко

6.

Нервная система состоит из двух типов
клеток — нервных (нейроны) и глиальных
(нейроглия).
Глиальная клетка
Нервная клетка
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

7.

капилляр
нейрон
астроцит
Олигодендроцит
Ножки
отростков
аксон
Миелиновая
оболочка
Микроглия
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

8.

• Астроциты
– Опорная
– Репаративная
– Изолирующая
– Метаболическая
– Транспортная
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

9.

капилляр
нейрон
астроцит
Олигодендроцит
Ножки
отростков
аксон
Миелиновая
оболочка
Микроглия
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

10.

• Астроциты
– Опорная
– Репаративная
– Изолирующая
– Метаболическая
– Транспортная
• Олигодендроциты
– Изолирующая (миелинизация)
– Метаболическая
– трофичесая
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

11.

капилляр
нейрон
астроцит
Олигодендроцит
Ножки
отростков
аксон
Миелиновая
оболочка
Микроглия
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

12.

• Астроциты
– Опорная
– Репаративная
– Изолирующая
– Метаболическая
– Транспортная
• Олигодендроциты
– Изолирующая (миелинизация)
– Метаболическая
– трофическая
• Микроглия
– фагоцитоз
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

13.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

14.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

15.

рецептор
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко
Рабочий
орган

16.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

17.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

18.

Тоническая активность
Фазическая активность

19.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

20.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

21.

Общий план
строения нейрона
Дендриты
Тело
Аксональный
холмик
Аксон
Терминали
аксона
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

22.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

23.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

24.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

25.

А
B
C
D
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко
А
B
А
C
C
D

26.

А
B
C
D
А
А А
А
A+В
C+D
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

27.

Модель нейрона МакКаллока-Питтца
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

28.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

29.

Логическая функция «ИЛИ»
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

30.

Логическая функция «И»
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

31.

Нейронные сети
• Нейронная сеть – техническое средство,
обеспечивающее любую форму поведения.
• Модульная сеть – состоит из
формализованных нейронов, которые
можно рассматривать как некие логические
функции.

32.

Функциональная ограниченность
модульной сети МакКаллока-Питтца
• Для решения каждой отдельной
задачи нужна отдельна нейронная
сеть.
• Необходимо иметь огромное
количество (программ) для решения
каждой практической задачи

33.

Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко

34.

МО
ФР
М
И
Т
Т
И
Кафедра нормальной
физиологии
проф. И.В. Мирошниченко
М
МЗ
МР

35.

Нейронные сети
• «ЦНС – обширная сеть нейронов, имеющих
сложную структуру и систему связи»
ЧАРЛЗ СКОТТ ШЕРРИНГТОН
• «Простой рефлекс – выгодная, хотя
невероятная фикция»
ЧАРЛЗ СКОТТ ШЕРРИНГТОН

36.

Торможение
• Активный нервный процесс,
результатом которого
является прекращение или
предупреждение
возбуждения

37.

Электрофизиологическое
проявление торможения
• Гиперполяризация
• Длительная деполяризация
мВ
мс
ПП
ПП
мВ
мс

38.

Механизм торможения
• Первичное
• Вторичное
Торможение в синапсе
• Пресинаптическое
• Постсинаптическое

39.

Этот синапс «хочет» возбудить
нейрон, но не может этого сделать,
потому что…
Этот синапс гиперполяризует
мембрану нейрона (тормозит его)
Клетка не чувствительна!
Этот синапс предотвращает
высвобождение нейромедиатора
Этот синапс «хочет» возбудить нейрон, но не
может этого сделать, потому что
синаптическое окончание не высвобождает
нейромедиатор
Клетка чувствительна, но не
возбуждается

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

Release of
neurotransmitter

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

Пресинаптическое
торможение
STOP

67.

Presynaptic
inhibition

68.

ПРЕСИНАПТИЧЕСКОЕ
ТОРМОЖЕНИЕ
На примере ГАМКB рецепторов

69.

Потенциал
Пресинаптическое торможение
аксон
действия
Аксоаксональный
синапс
Потенциал
действия
Ca2+
G
аксон
аксон
Аксоаксональный
синапс
везикула
синапсин
актин
Активация
метаботропных
рецепторов ГАМКB

70.

Presynaptic inhibition
Action potential
Axon
Axoaxonal
synapse
Ca2+
Action potential
G
Axon
Axon
Axoaxonal
synapse
Vesicles
Synapsin
Actin
Activation of
metabotropic
receptor
GABAB

71.

Action
Presynaptic inhibition
Axon
potential
Axoaxonal
synapse
Action
Ca2+
potential
G
Axon
Axon
Axoaxonal
synapse
Vesicles
Synapsin
Actin
Activation of
metabotropic
receptor
GABAB

72.

Action
Presynaptic inhibition
Axon
potential
Axoaxonal
synapse
Action
Ca2+
potential
G
Axon
Axon
Деполяризация
Axoaxonal
synapse
Vesicles
Synapsin
Actin
Activation of
metabotropic
receptor
GABAB

73.

Action
Presynaptic inhibition
Axon
potential
Axoaxonal
synapse
Ca2+
G
Axon
Axon
Деполяризация
Axoaxonal
synapse
Vesicles
Synapsin
Actin
Activation of
metabotropic
receptor
GABAB

74.

Presynaptic inhibition
Axon
Отсутствие Ca2+/кальмодулин –
Axoaxonal
Везикулы не высвобождают медиатор synapse
Ca2+
STOP
G
Axon
Axon
Деполяризация
Axoaxonal
synapse
Vesicles
Synapsin
Actin
Activation of
metabotropic
receptor
GABAB

75.

76.

Тормозный
синапс

77.

Тормозный
синапс

78.

Тормозный
синапс

79.

Тормозный
синапс

80.

Тормозный
синапс

81.

Тормозный
синапс

82.

Тормозный
синапс

83.

Тормозный
синапс

84.

Тормозный
синапс

85.

Постсинаптическое
торможение

86.

Inhibition
DIvergence
+
+
Convergence
+
Excitation
+
+
Facilitation
Excitation
Reverberation

87.

88.

Основные
принципы
функционирования
нервной системы
Кафедра нормальной физиологии

89.

• Нервная система –
аппарат регуляции,
определяющий
поведение организма.

90.

Рефлекторная теория
• Р. Декарт (1595-1650)
• функции головного мозга
осуществляются по
рефлекторному принципу
• (reflecto-отражаю)

91.

• Стимульно-обусловленное
поведение (изменение
параметров внешней среды).
• Мотивационно-обусловленное
поведение (изменение
параметров внутренней среды)

92.

Модель «черного ящика»
условия
– Б-Э Торндайк
– Дж. Уотсон
Y
X
f
Входные
сигналы
Выходные
сигналы
поведение
• Бихевиористы

93.

Рефлекторный путь
•В 1784 — И. Прохаска
(J. Prochaska, Чехия)
•развил
представление
рефлексе и предложил
термин.
•Описал рефлекторную дугу.
о
этот

94.

Рефлекторный путь
1
R
2
6
3
R
5
4

95.

Функциональные системы
• Функциональная система –
динамическая саморегулирующаяся
организация (система), деятельность
которой направлена на обеспечение
полезных для системы результатов.
• «полезный приспособительный
результат»

96.

Обратная
афферентация
Вегетативная
регуляция
Гуморальная
регуляция
РЕЗУЛЬТАТ
НЦ
метаболизм
Гуморальные влияния
Нервные влияния
Рецептор
результата
Внешнее воздействие
Поведенческая
регуляция

97.

Индивидуальные нейроны
• Работают неправильно
– В сети активируются асинхронно
– Меняется порог выходного и вес входных
каналов
– Значительное влияние гуморальных факторов,
электрического поля
– Влияние глиальных клеток
• Гибнут

98.

Как обеспечивается высокая устойчивость и
надежность работы мозга?
• Избыточность сетей (фон Нейман)
Х1
Х1
Х2
Х3
Х2
Х3

99.

шум
Как обеспечивается высокая устойчивость и
надежность работы мозга?
Кодирующее
устройство
Сооб
Кодирующее
щен
Сооб
Кодирующее
устройство
иещен
Сооб
Кодирующее
устройство
иещен
Сооб
Кодирующее
устройство
иещен
Сооб
Кодирующее
устройство
иещен
устройство
ие
Канал связи
шум
шум
шум
шум
шум
Сооб
щен
ие
Канал связи
Канал связи
Канал связи
Канал связи
Канал связи
Принимающее
устройство
Принимающее
Принимающее
устройство
Принимающее
устройство
Принимающее
устройство
Принимающее
устройство
устройство
Сооб
щен
ие
Сооб
щен
Сооб
иещен
Сооб
иещен
Сооб
иещен
Сооб
иещен
ие

100.

Как обеспечивается высокая устойчивость и
надежность работы мозга?
шум
• Избыточность кодирования (Винограда-Кована)
Сооб
щен
ие
Кодирующее
устройство
Канал связи
Сооб
щен
ие
Принимающее
устройство
Сооб
щен
ие
Сооб
щен
ие
Сооб
щен
ие

101.

Самопрограммирование в
нейронных сетях
• Перцептрон (Розенблат 1957)
А
Б
В
Г
Д

102.

Для организации перцептрона как
самопрограммирующейся системы
требуется
• Максимально возможное количество
ассоциативных элементов
• Максимальное количество связей
между ними
• Механизм подкрепления

103.

R
A
-
+
Система
управления
подкреплением
результат
S

104.

Координационная и интеграционная
деятельность ЦНС
• Любая реакция организма на внешний или
внутренний раздражитель является
скоординированной.
– Двигательная реакция
– Вегетативная реакция
– Сомато-вегетативная реакция

105.

Нервный центр
• Функциональное объединение
нейронов, обеспечивающее
осуществление какого-либо
рефлекса или регуляцию какойлибо определенной функции.

106.

Свойства нервного центра
• Одностороннее проведение возбуждения
• Медленное проведение возбуждения
• Суммация возбуждения или торможения
• Конвергенция
• Дивергенция и иррадиация
• Облегчение и окклюзии
• Трансформация ритма раздражителя
• Рефлекторное последействие
• Высокая чувствительность к гипоксии и хим. вещ.
• Низкая функциональная подвижность
• Посттетаническая потенциация
• Тонус нервного центра
• Пластичность.

107.

Координационная деятельность
нервной системы
• Характеризуется согласованием
деятельности нервных центров,
регулирующих различные
функции.

108.

• Основой координационной
деятельности нервной системы
являются два процесса:
–Возбуждение
–Торможение

109.

Принципы координационной
деятельности
• Принцип иррадиации возбуждения
(торможения)
–Индукция
–Окклюзия
• Принцип единого конечного пути
• Принцип реципрокных отношений
• Принцип доминанты