11

МОЗГ:КАК ОН УСТРОЕНИ РАБОТАЕТ?Профессор Дубынин ВячеславАльбертович, биологический ф-т МГУ, декабрь 2011

2

Вопрос:

С чем можно сравнить наш мозг?Только с каким-то очень сложным механизмом...

17 век (Рене Декарт): мозг как насос – «дернем

за веревочку», и он направит в мышцу

«животные духи». Позже это назвали

рефлекторной дугой.

3

19 век – мозг сравнивали стелефонной станцией;

21 век – мозг-компьютер.

Мозг принимает, обрабатывает и хранит информацию, а также управляет «устрой-ствами вывода» (мышцы, внутр. органы).

44

Мозг и компьютер состоят из сходных блоков:

«устройства вывода»: управление мышцами, внутренними органами;«устройства ввода»: информация от органов чувств (зрение, слух, осязание и т.д.);«центральный процессор»: кора больших полушарий (запуск поведения);блоки памяти (кратковрем. и долговрем.);центры потребностей, мотиваций, эмоций;«блок питания»: центры сна и бодр-я.

5

Но все не так просто…Попробуйте умножить, например, 12 на 13 –и вы поймете, что мозг и компьютеры существуют для выполнения разных функций…

Мозг – «шумящий компьютер», и этот шум – основа нашей индивидуальности.

6

Центральная нервная система (ЦНС) = головной и спинной мозг.

Периферическая нервная система =нервы и нервные узлы (ганглии).

7

Шейные сегм.: 7 (шея, руки)

Грудные сегм.: 12(туловище)

Пояснич-ные: 5(ноги)

Спинной мозг – трубка из нервной ткани, разделена на 31 часть (сегмент). В соответ-ствии с этим наше тело от шеи до копчика делится на 31 уровень.

Крестцовые и копчиковый: 6(задняя сторона

ног, таз)

8

8

Рецепторрастяжения

мышцы

4-хглавая м. бедра: П2-П4

Бицепс: Ш5-Ш6Пример рефлекса

спинного мозга

9

Двигательные рефлексы поддаются созна-тельному контролю.

Но спинной мозг управ-ляет и внутренними органами (сердце, со-суды, бронхи, ЖКТ и т.д.). Их реакции (рефлексы) называются вегетативными и произвольн. контролю практически не поддаются. На этом основана работа детекторов лжи, реаги-рующих на эмоции (точнее, на потоотделение).

10

мелан-холик

флегматик

холерик

сангвиник

У холерика эмоций больше, чем у сангвиника; у флегматика – меньше; у меланхолика –

постоянные эмоциональные переживания (обстановка тестирования создает стресс).

11

Таламус

Гипоталамус

Ножки мозгаЧетверохолмие

Мост

Продолговатый мозг

Мозжечок

Эпифиз Основныеотделыголовногомозга:

1) ствол2) мозжечок3) большие полушария

3

21

12

Основныеотделыголовногомозга:

12

3

211) ствол2) мозжечок3) большие полушария

13

Мозжечок:центр

управлениядвигательными автоматизмами (врожденными

и возник-шими в

результате тренировок).

Новыми («произволь-

ными») движениями

управляют большие

полушария.

14

Лобнаядоля

Центральнаяборозда Теменная

доля

Заты-лочнаядоля

Височная доляБоковая борозда

Большие полушария и, в первую очередь, их поверхностная часть («кора») отвечают за самые сложные, эволюционно новые функции (в т.ч. речь, мышление, принятие решений, волю).4 основные доли:• затылочная (зрение)• височная (слух)• теменная• лобная.

Теменная и лобная доли делятся на переднюю и заднюю части, каждая из которых выполняет свою функцию.

15

1. Зрение. 2. Слух.3. Чувствитель-ность тела.

4. Ассоциативная теменная кора:объединяет пото-ки сигналов от разных сенсорн. систем, здесь –речевые центры, ц. мышления.

12

36

4

5

5. Ассоциативная лобная кора: с учетом сенсорн. сигналов, сигналов от центров потребностей, памяти и мышления принимает решения о запуске поведения («центр воли и инициативы»).

6. Двигательная кора.

Память, потребности

Запускповедения

16

Внутри каждой зоны коры –еще более тонкое разделение на функции.А – узнавание линийB – геометрические фигурыC – лица конкретных людей

АBC

X – узнав. отдельных тональностей, нотY – звуки природы, аккордыZ – музыка, речь

Y

X Z

ногатулов.рукаголова

язык

17

СТВОЛ:самые древние, жизнен-но необходимые ф-ии.1. Продолговатый мозг и мост: дыхание управл-е работой сердца, центры бодрствования.2. Средний мозг: центры сна, движения глаз, реакция на «новизну». 3. Промежуточный мозг: верхняя часть (таламус), нижняя – гипоталамус; здесь же – гипофиз.

12

3

Таламус – «секретарь» больших полушарий:

пропускает к ним сильные сигналы, новые сигналы и

сигналы, связанные с текущей деятельностью б. п/ш («по заказу шефа»).

18

Гипоталамус:1. Управляет работой эндокринной системы2. Управляет температу-рой тела3. Управляет биологи-ческими потребностями (голод, жажда, половое и родительское поведе-ние, страх, агрессия)4. Центры положит. и отрицат. эмоций(«удовольствия» и «наказания»)

3

Таламус – «секретарь» больших полушарий:

пропускает к ним сильные сигналы, новые сигналы и

сигналы, связанные с текущей деятельностью б. п/ш («по заказу шефа»).

1919

Мозг состоит из миллиардов нервных

клеток (нейронов).Они обладают отростками (аксонами и дендритами) и

устанавливают друг с другом контакты (синапсы).

аксон

дендриты

тело

дендриты

аксон

20

1

2

3

4

1 – тело нейрона;функция – обработка информации.

2 – дендриты нейрона: их обычно несколько, воспринимают и прово-дят сигналы к телу.

3 – аксон: всегда один, проводит сигналы от тела к другим клеткам.

4 – коллатераль: отросток аксона.

21

Н Е Й Р О Н Ы :

аксон

дендриты

тело

22

Рассмотрим небольшую сеть нейронов:1 – сенсорный н-н: воспринимает стимулы2 – клетка мышцы3 – двигательный нейрон: передает сигнал на клетки мышц, запуская их сокращение.

4 – вегетативный нейрон: передает сигнал на клетки внутренних органов 5 – клетка внутреннего органа

6 – интернейроны: связывают остальные типы нервных клеток, передавая, обрабатывая и сохраняя информацию.

1 6 6

24 35

стимул

23

Сигнал по нейрону передается в виде коротких электрических импульсов.Сигнал от нейрона к следующей клетке передается за счет выделения из окончания аксона особого вещества («медиатора»).

1 6 6

24

3

5

стимулПередача сигнала к

следующейклетке

происходит в особых

структурах –синапсах;на схеме их

7 ).

24

В синапсе из окончания аксона при приходе эл. импульса выделяется вещество-медиатор, которое может возбуждать либо тормозитьактивность следующей клетки.

синапс

синапсы

клетка-мишень

мембранаслед.клетки

аксон

дендрит

аксон

выделе-ние ме-диатора

медиаторы, связанные с эмоциями: дофамин, серотонин и др.

главный возбуждающий медиатор ЦНС – глутамат; главный тормозный медиатор – ГАМК.

2525

Главные медиаторы ЦНС:

глутамат (возбуждающий)ГАМК (тормозный)нарушение их баланса (обычно в сторону уменьшения торможения) негативно влияет на нервные процессы:

дефицит внимания и гиперактивность детей повышенная нервозность и тревожность взрослыхнарушения сна, бессонницаэпилепсия (чаще врожденная патология, у 0.5% населения)

Для лечения используют вещества, похожие на ГАМК.

Глутаминовая к-та

ГАМК

При эпилепсии:очаг

постоянного возбуждения в коре больших полушарий;

скачки эмоций, судороги

Диагностика эпилепсии по

ЭЭГ: над очагом

характерные медленные

волны

2727

Дофамин.Нейроны расположены в среднем мозге, но аксоны идут в б. п/ш, определяя общий уровень подвижности, скорость обработки сенсор-ной информации, скорость мышления, положит. эмоции, связанные с движениями и с получением новой инфор-мации, творчеством. При избыточной акт-ти: расстройства восприятия и мышления, галлюцинации, шизофрения (для лечения используют вещества, мешающие работе дофамина).

кора большихполушарий

ножки среднего мозга

базальные ганглии

чернаясубстанция

Дофамин

2828

Положит. эмоции, связанные с выделением дофамина: удовольствие от удовольствие от восприятиядвижений, танца нового, от творчества

2929

Серотонин.Нейроны расположены в центре ствола от продолговатого до среднего мозга; аксоны расходятся по всей ЦНС, в числе прочего, снижение активности центров отрицательных эмоций.

При недостаточной активности: депрессии

Антидепрессанты: препараты, увели-чивающие акт-ть серотонина в мозге

Гипоталамус

Височная доля

Ядра шва

К спинному мозгу

Мозжечок

Таламус

Базальные ганглииКора б. п/ш

Серотонин

3030

Все перечисленные препараты и любые другие вещества, серьезно влияющие на работу медиаторов, вызывают привыкание и зависимость.Если это сочетается с появлением положительных эмоций, галлюцинаций, изменением состояния сознания – то говорят о наркотическом действии.Самые «мягкие» наркотики – алкоголь и никотин; близок к ним кофеин.Некоторые наркотики серьезно повреждают мозг даже при однократном применении: героин, кокаин, ЛСД.

31

О никотине (токсине табака).Он похож на медиатор ацетилхолин и защищает табак от поедания насекомыми; для человека –слабый «разрешенный» наркотик.

Многие растительные токсины используются нами в качестве лекарств; но основная часть современных лекарствен. препаратов – изобретенные человекам соединения.

3232

Одно из наиболее современ. направлений – использование стволовых клеток: эмбрионы (справа) и кроветворная ткань

красного костного мозга (слева). Эти клетки при опред. условиях могут превращаться в нервные и, по-видимому, хотя

бы отчасти «чинить» повреждения ЦНС.

3333

Зачем изучать мозг?

Это интересно (самый сложный из известных человечеству объектов)

Лечение заболеваний нервной системы (в т.ч. – возрастных и наследственных)

Повышение потенциала здорового мозга

Использование знаний о принципах работы мозга при создании вычислит.техники и программного обеспечения

Использование знаний о ЦНС при решении психологических, социальных, эстетических и др. проблем

3434

В МГУ им. Ломоносова мозгом занимаются биологи, медики и психологи