Лекция 3 Коммуникативные нейронные сети

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. механизмы электрохимической передачи возбуждения

2. Медиаторные системы мозга и их функциональные эффекты

3. Нейронные сети, комплексы и функциональные центры мозга

1. Механизмы электрохимической передачи возбуждения

Классификация синаптических межнейронных связей учитывает различные признаки. В связи с пространственным положением меж­нейронных контактов различают синапсы: аксо-соматические, аксо-дендритные, аксо-аксонные, дендро-дендритные и дендро-со­матические, оказывающие либо возбуждающее, либо тормозное влияния.

Синаптические терминали нервных волокон – аксонов включают пресинаптическую мембрану, пузырьки-везикулы, содержащие ме­диатор, синаптическую щель, разделяющую пространство движения ионов от постсинаптической мембраны другого нейрона в данной цепочке.

По механизму передачи сигнальной информации различают си­напсы:

1/ химические с постсинаптическими рецепторами и регуля­цией медиатора ионами Ca²⁺;

2/Электрические – в внс, возбуждаю­щие и тормозные с быстрой двусторонней электропроводностью;

3/электро-химические, смешанные;

4/нейро-гормональные синапсы в структурах гипоталамуса.

Механизм межнейронной синаптической передачи сигнала включает последовательные события:

1/ высвобождение квантов ме­диатора из синаптических пузырьков под воздействием пресинапти­ческого потенциала действия;

2/ взаимодействие молекул медиатора с постсинаптическими рецепторами;

3/ открытие трансмембранных Na⁺-K⁺ каналов для потоков заряженной ионной плазмы;

4/регуляцию их проводимости для входящего Na⁺ и выходящего K⁺ ;

5/ обеспечение необходимого ионного насыщения и заряда постси­наптической мембраны;

6/ дозирование электрофизиологической ре­акции нейронов в виде местных постсинаптических потенциалов (ВПСП или ТПСП);

7/ суммация потенциалов до порогового уровня деполяризации и распространение возбуждения (ПД) по всей мем­бране нейрона, аксону, его терминалям и пресинаптическим мембра­нам без изменения электрических параметров сигнала и закодирован­ной в них информации.

2. МЕДИАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ МОЗГА

И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

На всех уровнях нейродинамики мозга и организации информа­ционного обмена процессы регулируемого возбуждения и торможе­ния осуществляются при участии около

30 медиаторов – химических и информационных трансмиттеров-посредников, которые синтезиру­ются в телах нейронов, транспортируются по аксональным каналь­цам и депонируется в терминальных пресинаптических пузырьках – везикулах.

Клеточные резервы медиатора ограничены, неизбежно исчерпываются при длительной стимуляции нейрона, что приводит к временному торможению его активности.

Каждый медиатор имеет своего химического и функционального антагониста, координирую­щего реактивность нейронных комплексов, в зависимости от различ­ных состояний мозга и установок индивидуального сознания.

Среди распространённых в ЦНС медиаторов отметим основные:

1/ Ацетилхолин – возбуждающий медиатор в синапсах нейросети большого мозга, ствола, ретикулярной формации, гипоталамуса, гип­покампа, мозжечка, спинного мозга, имеющих холинэргические ре­цепторы.

2/ Серотонин – содержится в гипоталамусе, в структурах симпатиче­ских нейронов, регулирующих вегетативные функции, оказывает возбуждающий или тормозной эффект в нейронах ствола мозга, в сегментах спинного мозга и тормозной – в коре большого мозга; уча­ствует в восприятии сенсорных сигналов, ускоряет образование ассо­циативных связей, формирование навыков и обучение, участвует в регуляции состояния сон-бодрствование и проявлении чувства удов­летворённости.

3/ Норадреналин – возбуждающий медиатор в нейронах гипоталамуса и тормозной в мозжечке; участвует в регуляции эмоциональной ре­активность, поддерживает стрессоустойчивость, уровень бодрствования и активацию некото­рых фаз сна и сновидений.

4/ Дофамин – медиатор нейронов среднего мозга, гипоталамуса и ги­пофиза, тормозит синтез ряда рилизинг- и тропных гормонов; сопутствует проявлению субъективного чувства удовольствия, поддерживает бодрствова­ние мозга, эмоциональное равновесие, участвует в регуляции сложных двига­тельных координаций через нейроны полосатого тела.

5/ Гистамин – в структурах гипофиза и части гипоталамуса, включён в регуляцию метаболизма внутренних органов.

6/ Аминокислоты – гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) и глицин – повсеместно распространённые пресинаптические тормозные медиа­торы коры большого мозга, мозжечка, ствола, спинного мозга.

7/ Энкефалины и эндорфины – опиоидные нейромедиаторы и модуля­торы, блокируют и регулируют болевую чувствительность через кле­точные структуры лимбической системы, которые содержат большое количество эндогенных опиатов – эндор­финов, как и ядра черной субстанции и промежуточного мозга; их мобилизация усиливает тонус бодрствующего состояния мозга, под­держивает оптимистичный настрой эмоциональных реакций, повы­шает устойчивость психики к стрессу и экстремальным условиям, ре­гулирует ритмы сна.

3.ИНФОРМАЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ МОЗГА

Осуществление сложнейших процессов функциональной дея­тельности головного и спинного мозга обеспечивается фундамен­тальным строением нейронных сетей – межнейронных, ассоциатив­ных, региональных, внутриполушарных и межполушарных связей.

Признаки высокой специфичности архитектоники мозга, корковых и под­корковых образований, диапазона связей нервных клеток, организо­ванных в функционально специфичные комплексы, ансамбли, мо­дули, локальные и иерархические сети и центры -- обусловлены генетической детерминацией.

Благодаря генетической программе, закодированной в индивидуальном наборе хромосом, унаследован­ных генов и геноме мозга, обеспечивается воспроизводство в поколе­ниях как организации структуры и функций мозга, единой для чело­веческого вида, так и индивидуальная, фенотипическая вариатив­ность функциональных способностей, адаптивной и возрастной из­менчивости ЦНС.

Очевидно, принцип сетевой организации функцио­нального аппарата мозга предопределяет его пластичность, приспо­собляемость и надёжность жизнеобеспечения человеческой особи.

Формирование межнейронных связей в ЦНС также обусловлено генети­чески определёнными особенностями каждого нейрона – его клеточ­ной типологией, формой, пространственным положением, медиатор­ным комплексом, параметрами биоэлектрической активности, функ­циональной специфичностью в масштабе инструментальной деятель­ности мозга, управляемой сознанием и разумом.

Нейроны включены: