Побудова і дослідження процесу розробки структури біокібернетичної системи нейрогуморального об’єкту

1. Лабораторна робота №1

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1
З дисципліни «Основи біокібернетики»
Підготувала асистент каф. БІКАМ Безвершнюк К.О.
Київ, НАУ, 2021р.

2. Побудова і дослідження процесу розробки структури біокібернетичної системи нейрогуморального об’єкту.

ПОБУДОВА І ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ РОЗРОБКИ СТРУКТУРИ
БІОКІБЕРНЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ НЕЙРОГУМОРАЛЬНОГО ОБ’ЄКТУ.
Мета лабораторної роботи: дослідити системний принцип організації організму людини.
Кібернетичні системи, їх класифікація. Принцип організації кібернетичних систем.
Система – це сукупність взаємодіючих між собою елементарних структур або процесів, об’єднаних в єдине
ціле виконанням деякої загальної функції, яке не зводиться до функцій її компонентів.
В кібернетиці, яка розглядає системи, в основному, з інформаційної сторони під кібернетичною системою
розуміють впорядковану сукупність об’єктів (елементів системи), взаємодіючих і взаємопов’язаних між
собою, які здатні сприймати, запам’ятовувати і переробляти інформацію та обмінюватись інформацією.
Ознаки системи:
- Система взаємодіє з навколишнім середовищем та іншими системами як єдине ціле;
- Система складається з ієрархії підсистем більш низького рівня; в свою чергу, вона може бути підсистемою
для систем більш високого порядку;
- Зберігає загальну структуру взаємодії елементів при зміні зовнішніх умов і внутрішнього стану.

3.

Відмінна риса системи - наявність у неї входу і виходу (див. рис.). Для сприйняття сигналів із зовнішнього
середовища і передачі її всередину всяка система володіє рецепторами (у техніці – датчиками або
перетворювачами), тобто пристроями входу. У тварин рецепторами є органи почуттів: дотик, нюх, зір, слух і
т.д. У автоматів - це датчики: тензо-, фото-, ємнісні і т.д. У зовнішнє середовище сигнали передаються за
допомогою виконавчих механізмів - ефекторів, в загальному випадку пристроїв виходу. У тварин і людини це мова, міміка обличчя, жести.
Загальний приклад біокібернетичної системи

4.

Інформація в організмі має наступні характеристики за змістом:
інформація про цілі управління в системах організму,
інформація про результати управління в системах організму,
інформація про середовище цілого організму,
інформація про інші системи організму.
Ця інформація сприймається інтерорецепторами, високоспеціалізованими
периферичними структурами сенсорних систем, рецепторами, що сприймають
інформацію від внутрішніх органів і тканин, «внутрішнього середовища»
організму для його частин, елементів і перетворюють цю інформацію в
збудження, що поширюється в центральні структури сенсорної системи.

5.

Рецептор - утворення, що складається з терміналей (нервових закінчень), дендритів чутливих
нейронів, глії, спеціалізованих утворень міжклітинної речовини і спеціалізованих клітин інших
тканин, які в комплексі забезпечують перетворення впливу факторів зовнішнього або
внутрішнього середовища (подразник) в нервовий імпульс.
Принцип роботи рецепторів
Стимулами для різних рецепторів можуть служити світло, механічна деформація, хімічні
речовини, зміни температури. В рецепторних клітинах (будь то безпосередньо нервові закінчення
або спеціалізовані клітини) відповідний сигнал змінює роботу чутливих рецепторів, що
призводить до зміни активності мембранних іонних шляхів і зміни мембранного потенціалу
клітини (вторинні рецептори) (наприклад рецептори зору – палочки і колбочки). Якщо
сприймаючою клітиною є безпосередньо нервове закінчення (так звані первинні рецептори), то
зазвичай відбувається деполяризація мембрани з наступною генерацією нервового імпульсу
(наприклад рецептори дотику).

6. Існують декілька класифікацій рецепторів:

ІСНУЮТЬ ДЕКІЛЬКА КЛАСИФІКАЦІЙ
РЕЦЕПТОРІВ:
За положенням в організмі:
1. Екстерорецептори (екстероцептори) - розташовані на поверхні або поблизу
поверхні тіла і сприймають сигнали з навколишнього середовища
2. Інтерорецептори (інтероцептори) - розташовані у внутрішніх органах і
сприймають інформацію про стан внутрішнього середовища організму
3. Пропріорецептори (пропріоцептори) - рецептори опорно-рухового апарату, що
дозволяють визначити, наприклад, напругу і ступінь розтягування м'язів і
сухожиль. Є різновидом інтерорецепторів.

7.

• По здатності сприймати різні стимули:
1. мономодальні - реагують тільки на один тип подразників (наприклад, фоторецептори - на світло)
2. Полімодальні - реагують на кілька типів подразників (наприклад, багато больових рецепторів, що
реагують одночасно на механічні та хімічні стимули).
• По подразнику:
1. Хеморецептори - сприймають вплив розчинених або летючих хімічних речовин.
2. Осморецептори - сприймають зміни осмотичної концентрації рідини (як правило, внутрішнього
середовища).
3. Механорецептори - сприймають механічні стимули (дотик, тиск, розтягнення, коливання води або
повітря і т. п.)
4. Фоторецептори - сприймають видиме та ультрафіолетове світло
5. Терморецептори - сприймають пониження (холодові) або підвищення (теплові) температури
6. Больові рецептори, стимуляція яких призводить до виникнення болю. Такого фізичного стимулу, як
біль, не існує, тому виділення їх в окрему групу за природою подразника в деякій мірі умовне.
Насправді, вони представляють собою високопорогові сенсори різних (хімічних, термічних або
механічних) ушкоджуючих чинників.
7. Електрорецептори - сприймають зміни електричного поля
8. Магнітні рецептори - сприймають зміни магнітного поля.

8. Постановка задачі та алгоритм виконання дослідження.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ТА АЛГОРИТМ
ВИКОНАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ.
• В даній лабораторній роботі необхідно виділити одну із систем
організму людини (напр. вегетативна, симпатична, серцево-судина
та ін.) та детально описати певний процес роботи обраної системи
(напр. робота рефлекторної дуги м’язів, робота серцевого м’язу та
ін.). Таким чином закріпляться вміння виділяти та аналізувати
процеси роботи певної системи організму людини.
• Звіт має містити поставлену задачу, вирішення поставленої
задачі та висновки щодо вирішення поставленої задачі. А також
аналіз обраного процесу в системі організму людини у вигляді
таблиці та блок-схеми, з описом процесів.

9. приклад

ПРИКЛАД
1. Завдання. У лабораторній роботі потрібно дослідити процес передачі та
перетворення інформації в зоровій системі організму людини.
2. Систематизація вхідних даних. Для систематизації виконання лабораторної
роботи пропонується заповнити таблицю, яка має складатись з таких етапів:
фоторецептори ока;
міжзернистий шар клітин;
гангліозний шар клітин;
зоровий нерв;
первинні центри обробки зору;
зоровий шлях;
кора головного мозку.

10. Таблиця 1.1. Таблиця етапів процесу передачі та перетворення інформації зорової системи організму людини.

Процес передачі та перетворення інформації зорової системи організму людини
№
п/п
Назва
Елементи
етапу
системи
Опис процесу
Фізичні характеристики

11.

№ Назва етапу
Елементи
п/п
системи
1
Фоторецепт Палочки та
ори
колбочки.
Принцип роботи зорової системи організму людини
Опис етапу
Під впливом світла в паличках і колбочках відбувається розпад зорових пігментів (родопсина і
йодопсіна). Палички функціонують при світлі слабкої інтенсивності; зорові відчуття,
одержувані при цьому, безбарвні. Колбочки функціонують при яскравому освітленні; їх
функція визначає відчуття кольоровості. Візуальні сигнали проходять від паличок і колбочок до
двух-чотирьох сінапсів (нервових закінченнях клітини) в міжзернистому шарі.
2
Міжзернист Біполярні клітини Палочки та колбочки являються параплазматичними відростками біополярних клітин. Завдяки
ий шар
виділеню пегментів з цих відростків (які ще по суті можна назвати рецепторами) відбувається
клітин
збудження біполярних клітин, які передають збудження (інформацію) до гангліозних клітин.
3.
Гангліозний Гангліозні клітини Суми сигналів від декількох біполярних клітин сумуються на дендритах гангліозної клітини, та
шар клітин
активують її. Гангліозні клітини формують пучок Зорового нерву.
4.
Зоровий
нерв
Аксони гліальних
клітин,
сформовані в
пучок; Хіазма.
Пройшовши через товщу жирового тіла очної ямки зоровий нерв підходить до загального
сухожильного кільця (лат. pars orbitalis). В області предперекрестної борозни клиноподібної
кістки (лат. os sphenoidale) відбувається частковий перехрест волокон зорового нерва - лат.
chiasma opticum.
Зорове перехрещення (хіазми) - це мережа нервів, що передає візуальний образ з
правого боку візуального огляду обох очей (і наполовину з лівої для сітківки кожного ока) до
нейронів, які мають назву ліва бічна сітківка, і далі, до візуальної коркової речовини.
Кожен зоровий тракт огинає збоку ніжку мозку (лат. Pedunculus cerebri) і закінчується в
первинних підкіркових зорових центрах.

12.

Принцип роботи зорової системи організму людини
№
п/п
Назва
етапу
Елементи
системи
Опис етапу
Первинні
центри
обробки
зору
Латеральне
Латеральне колінчате тіло (ЛКТ) - структура мозку, яка поміщається на
колінчате тіло, нижній латеральної стороні подушки таламуса у вигляді досить великого
таламус.
плоского горбка.
6.
Зоровий
шлях
Лучистість
Граціоле
7.
Кора
Дендрити
головного клітин кори
мозку
головного
мозку
5.
Таламус (лат. Thalamus, латинське вимова: талямуса; від грец. Θάλαμος «бугор») - область головного мозку, що відповідає за перерозподіл
інформації від органів чуття (за винятком нюху) до кори головного мозку.
Від підкіркових центрів зору нерви віялом розходяться по обидві сторони
скроневої частини головного мозку - починається центральний зоровий шлях
(зорова лучистість Граціоле). Далі волокна, що несуть інформацію від
первинних підкіркових зорових центрів збираються разом, щоб пройти через
внутрішню капсулу та потрапляють до кори головного мозку.
Закінчується зоровий шлях в корі потиличних часток (зорової зоні) головного
мозку.

13.

3. Побудова функціональної схеми біологічного об’єкта. На основі заповненої таблиці
потрібно побудувати функціональну схему біокібернетичної системи. Функціональна схема це схема, що роз’яснює функціональні особливості процесів, що відбуваються в певних
блоках цієї системи (рис. 1.1). На такій схемі зображують усі функціональні частини виробу
та основні зв'язки між ними. Для побудови функціональної схеми слід дотримуватись таких
правил:
- функціональні частини системи зображуються у вигляді прямокутника, всередині якого
потрібно вказати назву або присвоїти умовне позначення;
- функціональні прямокутники повинні мати інформаційний вхід та вихід у вигляді стрілки,
над якими, за можливості, позначають технічні (функціональні) характеристики блока;
- дозволяється об’єднувати функціональні частини в функціональні групи, які виділяють на
схемі штрих-пунктирними лініями. Кожній виділеній групі присвоюють назву або умовне
позначення.
X1 - сонячне світло
Око людини
Y1 = 380 ÷ 780 нм - біоелектричний сигнал
1
Приклад зображення одного блоку функціональної схеми для біокібернетичного об’єкту.

14. Аналіз одержаних результатів

АНАЛІЗ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ
На основі отриманих результатів у звіті потрібно проаналізувати та
пояснити такі твердження:
- обґрунтування ознак зорової системи людини;
- пояснення цілісності розглянутої біологічної системи людини;
- обґрунтування процесу формування та передачі інформації в
розглянутій системі організму людини.

15. Контрольні запитання:

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:
1. Дайте визначення поняттю «система» та опишіть ознаки систем.
2. Які характеристики за змістом має в собі інформація в організмі людини?
3. Дайте визначення та класифікацію рецепторів.
4. Розкажіть принцип роботи зорової системи людини.

16. Список літератури за тематикою лабораторної роботи:

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ЗА ТЕМАТИКОЮ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ:
1. Основи біокібернетики, підручник// Кузовик В.Д., Булигіна О.В.,
Безвершнюк К.О.
2. Велика медична енциклопедія
3. Фізіологія людини, під ред. Р. Шмідта і Г. Тевса Том1, том2.
4. http://vmede.org/sait/?page=11&id=Anatomija_mixailov_t1&menu=Anatomija_mixailov_t1