Ролики по нервной системе
Активность нескольких сотен нейронов у червей и нескольких тысяч нейронов в мозге рыбы удалось увидеть в реальном времени. Чтобы понять, как работает мозг, нужно в точности представлять его структуру.
Активность нескольких сотен нейронов у червей и нескольких тысяч нейронов в мозге рыбы удалось увидеть в реальном времени.
До сих пор единственным организмом, у которого связи в нервной системе были обрисованы во всех деталях, остаётся нематодаCaenorhabditis elegans. У этого червя нервная система состоит всего из 302 клеток, так что выяснить, что с чем соединяется, нейробиологам удалось довольно быстро – к 1986 году была создана полная карта межнейронных связей C. elegans. Конечно, учёные довольно скоро задумались и о том, чтобы похожую карту сделать и для человеческого мозга, но в человеческом мозге нейронов не 302, а приблизительно 100 миллиардов, так что можно представить, какая титаническая задача стоит перед исследователями. Причём ведь нейроны не просто образуют аморфную сеть, они складываются в функциональные зоны, выполняющие ту или иную задачу, и эти зоны, в свою очередь, взаимодействуют между собой уже на макроуровне и подчиняются каким-то добавочным архитектурным правилам. И всё это безмерно осложняет задачу картирования мозга.
С другой стороны, продолжает пользоваться успехом старый метод картирования, когда нервную ткань нарезают на тысячи слоёв каждый толщиной в пару десятков микрометров, а потом эти слои пристально разглядывают, оценивая сходство и различия. Проанализировав их строение, можно построить трёхмерную карту мозга повышенной точности. Такие работы ведутся постоянно, и мозговые атласы постепенно становятся всё более детальными. Так, опять же в прошлом году группе учёных из Исследовательского центра Юлих (Германия) вместе с коллегами из других научных центров Германии и Канады удалось создать трёхмерный атлас мозга человека с разрешением в 20 микрометров – эта карты мозга оказалась в 50 раз более точной, чем её предшественники.
Часто же нейробиологи занимаются лишь каким-нибудь отдельно взятым аспектом нейронной архитектуры, скажем, пытаются представить схему проводящих путей между всеми зонами мозга. Здесь тоже удалось добиться значительных успехов: буквально месяц назад исследователи из Алленовского института мозга сообщили, что им удалось определить всю совокупность внутримозговых связей, правда, пока что только для мозга мыши.
Именно такую задачу попытались решить Роберт Преведел (Robert Prevedel)и его коллеги из Института молекулярной патологии в Вене и Массачусетского технологического института. И им удалось её решить, правда, пока что не на человеческом мозге, и не на мышином, а всё на той же простейшей нервной системе нематоды C. elegans и на развивающемся мозге мальков данио-рерио.
Исследователи модифицировали червей и рыб так, чтобы их нейроны синтезировали флуоресцентный белок: этот белок светился при изменениях в уровне ионов кальция внутри клетки. Как известно, при возбуждении и распространении электрического импульса происходит перераспределение ионов по обе стороны нейронной мембраны – собственно, изменения в концентрации ионов и лежат в основе нервного импульса. Следить за работой нейрона можно по движению ионов внутрь и вовне клетки, а если у нас есть специальный светящийся белок, который чувствителен к таким перераспределениям ионов, то за работой нервной клетки можно вообще следить своими глазами, пусть и с помощью микроскопа.
На самом деле, такая технология давно применяется для изучения нервных импульсов, но до сих пор её использовали на малом числе нервных клеток. На этот раз задача учёных состояла в том, чтобы с помощью светящегося белка можно было наблюдать за работой сразу всей нервной системы, чтобы изображение получалось объёмным, и чтобы активность нервной системы можно было фиксировать с большой скоростью. Это удалось сделать с помощью особого микроскопического метода, позволяющего делать 50 снимков в секунду, которые потом монтировались в 3-D-изображение. Видно, какие нейроны у червя работают в состоянии покоя, какие – когда червь ползёт, и какие – когда он чувствует какой-то запах или тактильное раздражение. (Видео с ползущей светящейся нематодой можно посмотреть на YouTube.
У нематоды C. elegans, как было сказано, на всю нервную систему, от головы до хвоста, приходится всего 302 нейрона. У мальков данио-рерио нервных клеток уже 100 тысяч, и учесть активность всех сразу учёные не смогли, ограничившись пока что лишь пятью тысячами (что всё равно неплохо по сравнению с тремястами нейронами у червей).
Исследователи отмечают слабое место разработанного ими метода: он позволяет видеть некую среднюю активность всей нервной клетки, но вот разглядеть активность отдельного нейронного отростка, аксона или дендрита уже не позволяет. Впрочем, исследователи надеются, что им удастся усовершенствовать технологию и ещё больше детализировать изображение.
Работа эта по сути методическая (и опубликована она вNature Methods), однако с помощью такого метода можно будет узнать много нового про функционирование нервных сетей в масштабах если не всего мозга, то хотя бы его части. Конечно, можно сказать, что нервная система нематоды и рыбки данио-рерио неизмеримо проще, чем у человека, но, во-первых, этот метод можно будет применить к мозгу каких-нибудь подопытных млекопитающих, а, во-вторых, некоторые закономерности работы нервной системы можно исследовать и на уровне простых червей. Ещё раз укажем на главную особенность такого подхода: мы в реальном времени регистрируем работу сразу всей нервной системы (или хотя бы достаточно большой доли нейронов). И благодаря тому, что активность нервных клеток видна тут без временных задержек, мы можем точнее представить себе информационные процессы, которые происходят в нервной системе.
Правда, всё-таки эту дилемму между количеством нейронов и их активностью пока что так и не получается решить до конца: либо мы видим очень много нейронов, но не можем в деталях оценить их работу, либо наоборот – видим все подробности передачи импульсов, но лишь между ограниченным числом нервных клеток. Остаётся надеться только на дальнейший научно-технический прогресс.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
- Архив кино
- Звезды кино и тв
Нервные клетки — или нейроны — уникальны. От их взаимодействия напрямую зависит подвижность человека и его умственное развитие, его настроение и даже аппетит. О причинах их гибели слагают мифы, а их способность вернуться к жизни — научная загадка.
Нервные клетки — или нейроны — уникальны. От их взаимодействия напрямую зависит подвижность человека и его умственное развитие, его настроение и даже аппетит. О причинах их гибели слагают мифы, а их способность вернуться к жизни — научная загадка. Как нейронам удается держать нас под контролем? И на самом ли деле нервные клетки не восстанавливаются?
- ТВ-программа
- Видео ★
- Передачи
- Кино
- Новости
- Контакты
- О телеканале
- Russia Sales Department
- Андрей Малахов. Прямой эфир
- Аншлаг и Компания
- Вести
- Вести в субботу
- Вести в 20:00
- Вести недели
- Вести-Москва
- Вечер с Владимиром Соловьевым
- Всероссийский потребительский проект "Тест"
- Действующие лица с Наилей Аскер-заде
- Доктор Мясников
- Дом культуры и смеха
- Евровидение-2019
- "Измайловский парк". Большой юмористический концерт
- Когда все дома с Тимуром Кизяковым
- Москва. Кремль. Путин
- Новая волна-2019
- Ну-ка, все вместе!
- О самом главном
- Петросян-шоу
- По секрету всему свету
- Привет, Андрей!
- Пятеро на одного
- Синяя птица. Новый сезон
- Смеяться разрешается
- Сто к одному
- Судьба человека с Борисом Корчевниковым
- Танцы со звездами. Новый сезон
- Удивительные люди-4
- Устами младенца
- Утро России
- Шоу Елены Степаненко
- Юмор! Юмор!! Юмор.
- Юморина
- 100ЯНОВ
- 60 минут
На сайте функционирует система коррекции ошибок. Обнаружив неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Справочный телефон ВГТРК +7 (495) 232-63-33.
- Описание
- Комментарии
Видео анатомии нервной системы человека
Видео анатомии гортани
Видео анатомии шеи
Видео анатомии полости носа
Видео анатомии головного мозга
Видео работы сердца
Видео процесса пищеварения
Видео процесса глотания
Видео строения мочевыделительной системы
- Анатомия и физиология
- Cтоматология и ЧЛХ
- Оториноларингология
- Офтальмология
- Травматология и ортопедия
- Неврология и нейрохирургия
- Абдоминальная хирургия
- Торакальная хирургия
- Сердечно-сосудистая хирургия
- Пластическая хирургия
- Гинекология
- Урология
- Беременность и роды
- Реабилитация и адаптация
- Профилактика заболеваний
- Питание, диеты, похудение
- Наука и технологии в медицине
- Лечение за рубежом
Фото дизайна ресепшена медицинского центра
Дизайн интерьера клиники спортивной хирургии
- О нас и о сайте
- Лечение за рубежом
- Сотрудничество
- Заявка по лечению
- Правообладателям
- Контакты
Внимание!
Диагностирует и назначает лечение только врач при очной консультации пациента.
Новости медицины и статьи о лечении рака и профилактике болезней взрослых и детей.
Зарубежные клиники и госпитали - лечение опухолей и реабилитация за границей.
При использовании материалов сайта - активная ссылка обязательна.
Нервная система делится на центральную – ЦНС, и периферическую – ПНС. Центральная нервная система управляет главными процессами в нашем организме и состоит из головного и спинного мозга. Эти части наиболее важны, поэтому и защищены костными и другими тканями достаточно хорошо.
Периферическая нервная система состоит из всех нервов и нервных сплетений, которые отходят от ЦНС. Они расположены по всему телу и слабо защищены от внешних воздействий. Функции нервов – переносить импульсы от головного и спинного мозга до различных участков организма. Заболевания ПНС обычно не так страшны, как, например, травма головного мозга, но тоже весьма ощутимы.
Нервная система также разделяется на две в зависимости от того, как воздействует на организм. Соматическая система отвечает за движения мышц, а вегетативная – контролирует функциональность всего тела в целом.
Какие бывают заболевания нервной системы
Инсульт – резкое нарушение кровообращения участка мозга, из-за чего некоторых нервные клетки отмирают. Часто пациенты не могут полностью восстановиться после инсульта.
Атеросклероз – уплотнение стенок сосудов, которые постепенно теряют эластичность. На их поверхности откладываются холестерин и могут образовываться тромбы, мешающие кровотоку.
Аневризма – стенка сосуда истончается, и в этом месте образуется уплотнение. В любой момент аневризма может разорваться, и такое обширное кровоизлияние обычно приводит к смерти.
Различные вируса, грибки и бактерии могут поразить головной или спинной мозг. Не смотря на то, что они тщательно защищены, все же иногда центральная неравная система инфицируется, а за ней и периферическая.
Энцефалит – воспаление головного мозга, вызываемое инфекцией. Без лечения приводит к повреждению органа и даже смерти.
Сифилис нервной системы – при заражении сифилисом в 10% случаев поражаются и все отделы нервной системы. Нейросифилис без лечения приводит к параличам и инвалидности, возможна смерть.
Менингит – воспаление, поражающее различные части ЦНС, как оболочки головного мозга, так и спинной. Вызвать менингит могут воспаление среднего уха, травма, вирусы и множество других причин.
Полиомиелит – вирусное заболевание, поражающее всю нервную систему. Чаще всего им болеют дети, часто последствия остаются на всю жизнь.
Многие патологии нервной системы возникают из-за генетических мутаций, травм при рождении или проблем при вынашивании. Часто заболевания проявляются еще в младенчестве: задержка развития, слабые рефлексы, зрение и слух. Некоторые врожденные патологии не дают о себе знать много лет.
Эпилепсия – хроническое наследственное заболевание. Проявляется припадками, судорогами.
Спинальная мышечная атрофия – тяжелое заболевание, при котором поражаются нейроны спинного мозга. Мышцы больных не развиваются и почти не работают, болезнь постепенно приводит к смерти.
Синдром Кэнэвэн – поражает головной мозг. При этом умственное развитие задерживается, нарушается способность глотать. Синдром не поддается лечению.
Хорея Хантингтона – отличается характерными тиками, постепенным развитием слабоумия. Несмотря на то, что болезнь генетическая, проявляется только в старшем возрасте.
Синдром Туретта – расстройство ЦНС, при котором возникают непроизвольные движения и выкрикивание слов. Проявляется в детстве, с возрастом обычно утихает.
От спинного мозга симметричными парами отходят спинномозговые нервы, их 31 пара. Каждый нерв начинается от спинного мозга в виде 2 тяжей, или корешков, которые, соединяясь, образуют нерв. Спинномозговые нервы и их ветви направляются к мышцам, костям, суставам, коже, внутренним органам.
Спинной мозг под руководством головного мозга регулирует работу, обеспечивает иннервацию кожи и скелетных мышц.
От спинного мозга симметричными парами отходят спинномозговые нервы, их 31 пара. Каждый нерв начинается от спинного мозга в виде 2 тяжей, или корешков, которые, соединяясь, образуют нерв. Спинномозговые нервы и их ветви направляются к мышцам, костям, суставам, коже, внутренним органам.
Спинной мозг под руководством головного мозга регулирует работу, обеспечивает иннервацию кожи и скелетных мышц.
Нервная система человека делится на центральную и периферическую системы. Центральная, в свою очередь, тоже состоит из двух больших частей: головной мозг и спинной мозг. Узнай подробно, как устроен спинной мозг.
Спинной мозг располагается в позвоночнике. Он имеет вид длинного белого шнура диаметром около 1 см, почти цилиндрической формы тяж длинной 45 см и массой 34-38 г. Начинается он на уровне большого затылочного отверстия черепа и заканчивается на уровне 2 поясничного позвонка
Как определить правильная ли у вас осанка? Какая должна быть осанка при ходьбе? К чему приведет не правильная посадка за партой? Какой портфель нужно носить ученику в школу? Почему? (при неправильном сидении за партой искривляется позвоночник, нарушаются природные изгибы…)
От спинного мозга симметричными парами отходят спинномозговые нервы, их 31 пара. Каждый нерв начинается от спинного мозга в виде 2 тяжей, или корешков, которые, соединяясь, образуют нерв. Спинномозговые нервы и их ветви направляются к мышцам, костям, суставам, коже, внутренним органам.
Спинной мозг под руководством головного мозга регулирует работу, обеспечивает иннервацию кожи и скелетных мышц.
- Нервная система выполняет функции:
Г) обеспечивающую связь с внешней средой.
- К центральной нервной системе относятся:
А) нервы и спинной мозг
Б) головной мозг и спинной мозг
- Особенность условных рефлексов
А) являются индивидуальными
Б) передаются по наследству
В) стабильны в течение жизни
Г) являются врожденными.
4.Наиболее чувствительны к недостатку кислорода клетки:
А) спинного мозга
Б) головного мозга
В) печени и почек
Г) желудка и кишечника
3
- Фронтальная беседа по вопросам (проводится в то время, пока выполняются индивидуальные задания):
1) Какие функции выполняет нервная система?
2) На какие два отдела делится нервная система?
3) Что значит ЦНС, что значит — периферическая?
4) Какой принцип деятельности нервной системы?
5) Что такое рефлекс?
6) Какие бывают рефлексы?
7) Перечислите составляющие рефлекторной дуги.
8) Дайте характеристику безусловному рефлексу.
9) Дайте характеристику условному рефлексу.
10) Перечислите условия, необходимые для образования условного рефлекса.
На заглавном изображении моллюск рода Аплизия, в его нервной системе всего 20 000 нервных клеток. Практически таких же как и в Вашей нервной системе, те же самые дендриты, аксоны, медиаторы. Те же самые белки и вещества. И путь к понимаю природы сознания и сложного интеллектуального поведения не может проходить мимо этого скромного существа.
Существует три типа рефлекторной деятельности это привыкание, сенсибилизация и образование условных рефлексов. Данные типы деятельности выявил академик Павлов И.П. и если наша модель не будет этого эмулировать, то значит, это не модель нервной системы, а модель чего-то другого.
Привыкание это явление, связанное с тем, что после неоднократного действия безразличного раздражителя, как животное, так и клетка перестает на него реагировать. К примеру фоновый звук к которому мы можем привыкнуть и через некоторое время практически перестаем его слышать, или если вы носите кольцо длительное время, то можете не чувствовать его давление на кожу и т.д.
Привыкание реализовано следующим способом. При активации нейроэлемента он входит в состоянии активности, в котором прекращает реагировать на активирующие факторы, такие как сигнал, от контактных синапсов или превышение порога обшей суммы на сумматоре. Через некоторое время нейроэлемент производит ответ по всем имеющимся у него передающим синапсам. После передачи сигнала проходит еще время, которое обозначено как время отдыха или восстановления. Далее состояние активности сменяется состоянием ожидания, в котором нейроэлемент может реагировать на активирующие факторы и снова войти в состояние активности. Для модулируемого нейроэлемента после фазы активности существует время оценки, за которое определяется, будет ли нейроэлемент активирован повторно.
Если повторная активация происходит в этот период, то происходит подсчет повторов. То есть каждый раз, когда активация происходит во время оценки, то счетчик повторов увеличивается на один, но если во время оценки не происходит активации, то счётчик сбрасывается. Так происходит подсчет активаций, если они совершаются достаточно часто.
И если количество повторов оказывается выше определённого лимита, то происходит повышение порога сумматора нейроэлемента на некоторое значение. Таким образом, нейроэлемент повышает свой порог, пока не прекратит отвечать на тот уровень воздействия, который его активировал.
В противоположность привыканию следует выделить механизм адаптация. Адаптация это способность клетки с течением времени возвращается к прежнему уровню чувствительности. Даже после привыкания, если длительное время отсутствует раздражитель, к которому выработано привыкание, то сила этого привыкания уменьшается, и может вообще исчезнуть.
Скорость, с которой происходит восстановление, в разных случаях может быть различной, и иногда оно может длиться часы и даже дни, а в некоторых случаях это происходит очень быстро.
Пример с адаптацией:
Механизм привыкания можно представить как механизм защиты, при очень частой активации нервной ткани, есть большая вероятность её истощения, гибели и повреждения. Поэтому в целях защиты чувствительность нейрона уменьшается, и он реже начинает отвечать на возбуждения.
С другой стороны, если нейрон не будет активироваться, то он не будет выполнять свои задачи и а значит, он бы являлся бесполезным энергопотреблением. Поэтому существует механизм адаптация, который повышает чувствительность к внешним раздражителям, что увеличивает вероятность активации нейрона.
Свойства нейроэлемента привыкание и адаптация решают проблему зацикливания, очень часто в нервной ткани нейроны объединены так, что образуют петли передачи нервного возбуждения, такие небольшие кольцевые передачи как бы обозначают рефлекторную дугу по пути распространения возбуждения. Но при кольцевых передачах возбуждения не происходит бесконечного зацикливания, с течением времени эти передачи так же прекращаются, за счет быстрого привыкания.
Сенсибилизация
Второй тип рефлекторной деятельности это сенсибилизация. Сенсибилизация это повышение чувствительности к воздействию раздражителей, даже безразличных, если этому предшествовала важное для организма событие.
К примеру, для собаки определённый звук является безразличным раздражителем, на который она ранее не реагировала. Тогда, если поступит неприятный раздражитель, к примеру, удар током, то собака на некоторое время будет встревожена, и даже индифферентный звук будет вызывать характерное поведение, защитную реакцию.
Для того, что бы смоделировать сенсибилизацию обратимся к работам Эрика Канделя, лауреата Нобелевской премии в области физиологии. Он подробно описал действие модулирующих синапсов на примере нервной системы моллюска Аплизии.
У моллюска существует защитная реакция в ответ на всякого рода прикосновения это втягивание жабр. В своих опытах Эрик Кандел вызывал у Аплизии привыкание к легкому касанию её сифона так, что защитный рефлекс не срабатывал. Защитный рефлекс сохраняется для сильных воздействий на сифон, но при слабом воздействии он отсутствовал. Но если легкому касанию сифона предшествовало воздействие на хвост моллюска, то защитный рефлекс срабатывал с прежней силой и происходил сохранение жабр.
Нервная система Аплизии состоит из относительно небольшого числа клеток, которые могут быть идентифицированы и поэтому возможно составить схемы рефлексов. Возможно полностью выделить рефлекторную дугу ответственную за защитную реакцию при раздражении сифона – это основная цепь. И цепь нейронов, ответственная за модуляцию – модулирующая цепь, которая активируется при воздействии на хвост моллюска.
Эрик Кандел подробно описал, как происходит в данном случае модуляция, какие химические вещества участвуют в этом процессе, внутриклеточные каскады реакций. Давайте перенесем эти знания на нашу модель.
И так у нас в системе существует определённый тип синапсов – модулирующий. Этот тип синапсов не оказывает прямого активирующего или тормозящего действия, он воздействует на уровень активирующего порога. Уровень активации нейроэлемента состоит из двух частей основной и модулируемой. Основная часть порога активации это то, что будет изменяться при привыкании и адаптации. Модулируемая часть подобна сумматору, в ней складываются все воздействия от модулирующих синапсов. Результирующая сумма постепенно уменьшается по модулю и стремится к нулю. Скорость уменьшения модулирующего воздействия в значительной степени медленней, чем скорость, с которой уменьшается общее воздействие синапсов прямого действия.
Сила модулирующего синапса может быть различной по знаку, то есть может повысить порог, тем самым понизить чувствительность нейроэлемента, или понизить порог, увеличивая его чувствительность.
Уровень порога, по которому оценивается, будет ли нейроэлемент активироваться, является суммой основной и модулирующей части, этот уровень не может быть равным нулю или ниже нуля.
Смоделируем эксперименты Эрика Канделя с Аплизией.
Механизм сенсибилизации у Аплизии является прообразом эмоционально состояния тревожности и страха у животных с более развитой нервной системой. У таких животных в сенсибилизации участвуют не отдельные цепочки нейронов, а целые области в нервной системе. Область ответственная за страх и тревожность – миндалевидное тело, миндалина, при её активации происходит, выделите модулирующих медиаторов (адреналин, норадреналин). Данные медиаторы могут оказывать действие на моторную кору, увеличивая чувствительность нейронов, что увеличивает активность в моторной каре. Это значит, что требуется меньше внутренней мотивации, что бы совершить некоторые действия, что позволяет быстрее убегать от опасности или более активно атаковать и проявлять агрессию.
Переключатель
Читайте также: