Головна

ОРГАНІЗАЦІЯ ЛЮДСЬКОГО МОЗКУ

  1. II. Організація діяльності загальноосвітнього закладу
  2. II.6.2.) Організація і правоздатність корпорацій.
  3. VIII. Реорганізація і ліквідація
  4. Абсолютна і відносна маса мозку у людини і антропоїдних мавп (Рогінський, 1978)
  5. Абсцеси головного мозку. хірургічне лікування
  6. Адаптація до ринку. Форми власності і організація управління
  7. адміністративна організація

Людський мозок містить понад тисячу мільярдів обчислювальних елементів, званих нейронами. Перевищуючи за кількістю число зірок в Чумацькому Шляху галактики, ці нейрони пов'язані сотнями трильйонів нервових ниток, званих синапсами. Ця мережа нейронів відповідає за все явища, які ми називаємо думками, емоціями, пізнанням, а також і за вчинення міріад сенсомоторних і автономних функцій. Поки мало зрозуміло, яким чином все це відбувається, але вже досліджено багато питань фізіологічної структури і певні функціональні області поступово вивчаються дослідниками.

Мозок також містить густу мережу кровоносних судин, які забезпечують киснем і живильними речовинами нейрони та інші тканини. Ця система кровопостачання пов'язана з головною системою кровообігу за допомогою високоефективної фільтруючої системи, яку називають гематоенцефалічний бар'єр, цей бар'єр є механізмом захисту, який оберігає мозок від можливих токсичних речовин, що знаходяться в крові. Захист забезпечується низькою проникністю кровоносних судин мозку, а також щільним перекриттям гліальних клітин, що оточують нейрони. Крім цього, гліальні клітини забезпечують структурну основу мозку. Фактично весь обсяг мозку, не зайнятий нейронами і кровоносними судинами, заповнений гліальними клітинами.

Гематоенцефалічний бар'єр є основою для забезпечення схоронності мозку, але він значно ускладнює лікування терапевтичними ліками. Він також заважає дослідженням, що вивчають вплив різних хімічних речовин на функції мозку. Лише невелика частина ліків, створених з метою впливу на мозок, може долати цей бар'єр. Ліки складаються з невеликих молекул, здатних проникати через крихітні пори в кровоносних судинах. Щоб впливати на функції мозку, вони повинні потім пройти через гліальні клітини або розчинитися в їх мембрані. Лише деякі молекули цікавлять нас ліків задовольняють цим вимогам; молекули багатьох терапевтичних ліків затримуються цим бар'єром.

Мозок є основним споживачем енергії тіла. Включаючи в себе лише 2% маси тіла, у стані спокою він використовує приблизно 20% кисню тіла. Навіть коли ми спимо, витрачання енергії триває. Насправді існують докази можливості збільшення витрачання енергії під час фази сну, що супроводжується рухом очей. Споживаючи тільки 20 Вт, мозок з енергетичної точки зору неймовірно ефективний. Комп'ютери з однієї крихітної часткою обчислювальних можливостей мозку споживають багато тисяч ват і вимагають складних засобів для охолодження, що оберігає їх від температурного саморуйнування.

нейрон

Нейрон є основним будівельним блоком нервової системи. Він. є кліткою, подібної всім іншим клітинам тіла; однак певні суттєві відмінності дозволяють йому виконувати всі обчислювальні функції та функції зв'язку всередині мозку.

Як показано на рис. А.1, нейрон складається з трьох частин: тіла клітини, дендритів і аксона, кожна частина зі своїми, але взаємопов'язаними функціями.

Мал. А.1. компоненти нейрона

Функціонально дендрити отримують сигнали від інших клітин через контакти, звані синапсами. Звідси сигнали проходять в тіло клітини, де вони підсумовуються з іншими такими ж сигналами. Якщо сумарний сигнал протягом короткого проміжку часу є досить великим, клітина збуджується, виробляючи в аксоні імпульс, який передається на наступні клітини. Незважаючи на очевидне спрощення, ця схема функціонування пояснює більшість відомих процесів мозку.

Тіло осередки. Нейрони в мозку дорослої людини не відновлюються; вони відмирають. Це означає, що всі компоненти повинні безперервно замінюватися, а матеріали оновлюватися в міру необхідності. Більшість цих процесів відбувається в тілі клітини, де зміна хімічних чинників призводить до великих змін складних молекул. Крім цього, тіло клітини управляє витратою енергії нейрона і регулює безліч інших процесів в клітині. Зовнішня мембрана тіла клітини нейрона має унікальну здатність генерувати нервові імпульси (потенціали дії), які є життєвими функціями нервової системи і центром її обчислювальних здібностей.

Мал. А.2. типи нейронів

Були ідентифіковані сотні типів нейронів, кожен зі своєю характерною формою тіла клітини (рис. А.2), що має звичайно від 5 до 100 мкм в діаметрі. В даний час цей факт розглядається як прояв випадковості, проте можуть бути знайдені різні морфологічні зміни, що відображають важливу функціональну спеціалізацію. Визначення функцій різних типів клітин є в даний час предметом інтенсивних досліджень і основою розуміння обробних механізмів мозку.

Дендрити. Більшість вхідних сигналів від інших нейронів потрапляють в клітину через дендрити, що представляють собою густо ветвящуюся структуру, що виходить від тіла клітини. На дедрітах розташовуються синаптичні з'єднання, які отримують сигнали від інших аксонів. Крім цього, існує величезна кількість сінаптічес-ких зв'язків від аксона до аксону, від аксона до тіла клітини і від дендрита до дендритів; їх функції не дуже зрозумілі, але вони занадто широко поширені, щоб не зважати на них.

На відміну від електричних ланцюгів, синаптичні контакти зазвичай не є фізичними або електричними з'єднаннями. Замість цього є вузький простір, зване синоптичної щілиною, відділяє дендрит від передавального аксона. Спеціальні хімічні речовини, що викидаються аксоном в синаптичну щілину, дифундують до дендритів. Ці хімічні речовини, які називаються нейротрансмиттерами, уловлюються спеціальними рецепторами на дендрит і впроваджуються в тіло клітини.

Визначено більше 30 видів нейротрансмітерів. Деякі з них є збудливими і прагнуть викликати збудження клітини і виробити вихідний імпульс. Інші є гальмують і прагнуть придушити такий імпульс. Тіло клітини підсумовує сигнали, отримані від дендритів, і якщо їх результуючий сигнал вище порогового значення, виробляється імпульс, що проходить по аксону до інших нейронів.

Аксон. Аксон може бути як коротким (0,1 мм), так і перевищувати довжину 1 м, поширюючись в іншу частину тіла людини. На кінці аксон має безліч гілок, кожна з яких завершується синапсом, звідки сигнал передається в інші нейрони через дендрити, а в деяких випадках прямо в тіло клітини. Таким чином, всього один нейрон може генерувати імпульс, який збуджує або загальмовує сотні або тисячі інших нейронів, кожен з яких, в свою чергу, через свої дендрити може впливати на сотні або тисячі інших нейронів. Таким чином, ця висока ступінь пов'язаності, а не функціональна складність самого нейрона, забезпечує нейрона його обчислювальну потужність.

Синаптична зв'язок, завершальна гілка аксона, являє собою маленькі потовщення, що містять сферичні структури, звані синоптичними бульбашками, кожен з яких містить велику кількість нейротрансмітерних молекул. Коли нервовий імпульс приходить в аксон, деякі з цих бульбашок вивільняють свій вміст в синаптичну щілину, тим самим ініціалізувавши процес взаємодії нейронів (рис. А.3).

Мал. А.3. синапс

Крім поширення такого бінарного сигналу, що забезпечується збудженням першого імпульсу, в нейронах при слабкій стимуляції можуть також поширюватися електрохімічні сигнали з послідовною реакцією. Локальні за своєю природою, ці сигнали швидко згасають з видаленням від місця збудження, якщо не будуть посилені. Природа використовує це властивість перших клітин шляхом створення навколо аксонів ізолюючої оболонки з шванковскіх клітин. Ця оболонка, яка називається миелиновой, переривається приблизно через кожен міліметр уздовж аксона вузькими розривами, званими вузлами, або перехопленнями Ранвье. Нервові імпульси, що приходять в аксон, передаються стрибкоподібно від вузла до вузла. Таким чином, аксону немає потреби витрачати енергію для підтримки свого хімічного градієнта по всій своїй довжині. Тільки що залишилися неізольованими перехоплення Ранвье є об'єктом генерації першого імпульсу; для передачі сигналу від вузла до вузла більш ефективними є градуально реакції. Крім цього властивості оболонки, що забезпечує збереження енергії, відомі її інші властивості. Наприклад, міелінізірованние нервові закінчення передають сигнали значно швидше неміелінізірованних. Виявлено, що деякі хвороби призводять до погіршення цієї ізоляції, що, мабуть, є причиною інших хвороб.



Попередня   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   Наступна

Оптична мережа Хопфілда, що використовує об'ємні голограми | ВИСНОВОК | Глава 10. когнітроні і неокогнітрон | неокогнітроні | ВИСНОВОК | КОМП'ЮТЕРИ І ЛЮДСЬКИЙ МОЗОК | НАВЧАННЯ З УЧИТЕЛЕМ І БЕЗ ВЧИТЕЛЯ | Алгоритм навчання Хеба | Метод сигнального навчання Хеба | Метод диференціального навчання Хеба |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати