Вся рефлексы животных, работа органов и желез, взаимодействие с окружающей средой подчинены нервной системе. Высшая деятельность — мышление, память, эмоциональное восприятие — свойственна только высокоразвитым биологическим особям, к которым раньше относили одного лишь человека. В последнее время биологи убедились, что такие животные, как обезьяны, киты, дельфины, слоны способны думать, переживать, запоминать и принимать логические решения. Однако такая форма деятельности, как интеллектуальное творчество или абстрактное мышление, доступны только человеку. Почему центральная нервная система человека дает ему эти возможности?
Нервная система — это высоко интегрированная совокупность, объединяющее в единое целое двигательные функции, чувствительность и работу систем регуляции — иммунную и эндокринную.
В единую нервную систему входят центральная нервная (ЦНС) и периферийная нервные системы (ПНС). ЦНС через ПНС, связана со всеми органами тела, в том числе и с нервными отростками, выходящими из позвонков. ПНС в свою очередь состоит из вегетативной, соматической и, по некоторым источникам, сенсорной систем.
Рассмотрим основные органы, относящиеся к центральной нервной системе как у животных, так и у людей.
Отделы ЦНС всех позвоночных включают в себя связанные между собой головной и спинной мозг, выполняющие такие задачи:
Это возможно, благодаря сложному нейронному устройству мозгового вещества. Нейрон является основной структурной единицей ЦНС, нервной возбудимой клеткой с электрическим потенциалом, обрабатывающей сигналы, передаваемые ионами.
Такая ЦНС у всех позвоночных животных. Нервная система низших биологических особей (полипов, медуз, червей, членистоногих, моллюсков) имеет иные типы систем — диффузную, стволовую или ганглионарную (узловую).
Главные функции ЦНС — рефлекторные.
Благодаря простым и сложным рефлексам, ЦНС выполняет следующее:
В состав центральной нервной системы входят клетки белого и серого вещества:
Серое вещество является главным компонентом ЦНС. К нему относятся:
В белом веществе находятся только аксоны с миелиновой оболочкой, нейронов в нем нет.
Сравним анатомию мозга человека и позвоночного животного. Первое, бросающееся в глаза, отличие — это размер.
Головной мозг взрослой человеческой особи составляет примерно 1500 см³, а у орангутанга — 400 см³, хотя орангутанг крупнее человека.
Размеры отдельных частей мозга, их форма, развитие у животных и людей также отличаются.
Но сама общая его структура одинакова у всех высших особей. Мозг и человека, и животного анатомически устроен одинаково.
Исключение — мозолистое тело, соединяющее полушария: оно есть не у всех позвоночных животных, а только у млекопитающих.
Мозг находится в надежном хранилище — черепе, и окружен тремя оболочками:
Наружной твердой (надкостница)и внутренними — паутинной и мягкой оболочками.
Между паутинной и мягкой оболочкой есть субарахноидальное пространство, заполненное серозной жидкостью. Мягкая сосудистая оболочка прилегает непосредственно к самому мозгу, входя в борозды, и питает его.
Паутинная оболочка вплотную к бороздам не прилегает, из-за чего под ней образуются полости с ликвором (цистерны). Цистерны питают паутинную оболочку и сообщаются с бороздами и ножками, а также с нижним четвертым желудочком. В середине мозга находятся четыре соединенных между собой полости — желудочки. Их роль — осуществление правильного обмена спинномозговой жидкости и регуляция внутричерепного давления.
Всего в головном мозге различают пять основных отделов:
Продолжает спинной и имеет такие же борозды, как у него. Сверху ограничивается варолиевым мостом. По структуре это белое вещество с отдельными ядрами серого вещества, от которых берет начало 9-я — 12-я пара черепных нервов. Отвечает за работу органов грудной полости и органов внутренней секреции (слюноотделение, слезотечение и т. д).
Состоит из мозжечка и моста под названием варолиев:
Внутри мозжечка — белое вещество, пронизанное разветвлениями серого, а снаружи — кора из серого вещества.
Мост состоит из волокон белого вещества со значительным включение серого.
Мозжечок копирует всю поступающую из спинного мозга двигательную и чувствительную информацию. На основании ее он координирует и корректирует движения, распределяет мышечный тонус.
Самый большой мозжечок, в сравнении с общим размером мозга, у птиц, так как у них самый совершенный вестибулярный аппарат, и они совершают сложные трехмерные движения.
Отличие мозжечка человека от мозжечка животного в наличии двух полушарий, что позволяет ему принимать участие в высшей нервной деятельности (мышление, запоминание, накопление опыта).
Находится впереди варолиевого моста. Состав:
Структура:
Находится под мозолистым телом мозга выше крыши среднего мозга. Делится на таламическую (эпиталамус, таламус и субталамус) и гипоталамическую (гипоталамус и задняя часть гипофиза) области.
По структуре — это белое вещество с включениями серого.
Каждое полушарие разделено на четыре доли:
Объединяет полушария мозолистое тело, которое есть только у млекопитающих, находящееся в продольном углублении между полушариями. Каждое полушарие разделяется бороздами:
Внутри полушарий — серое вещество, покрытое массивом белого, а сверху — серая кора головного мозга, в которой находится около 15 млрд. клеток — каждая образует до 10 000 новых клеточных связей). Кора занимает 44% общего объема полушарий.
Основная интеллектуальная деятельность, абстрактное, логическое и ассоциативное мышление происходит в больших полушариях, главным образом, в коре. В полушариях ведется анализ всей информации, поступающей от зрительных, слуховых, обонятельных, осязательных и др. нервов.
Мозолистое тело полушарий предположительно отвечает за интуитивное мышление. Считается, что у женщин интуиция развита больше, так как мозолистое тело женского мозга шире, чем у мужского.
Размещается в позвоночном канале. Он похож на кабель белого цвета с двумя бороздами на передней и задней поверхностях, протянутый между первым шейным и первым-вторым поясничным позвонками. Так же как и головной, он окружен тремя оболочками и состоит из внутреннего серого вещества, на срезе похожего на крылья бабочки, и наружного белого.
Деятельность спинного мозга рефлекторная и проводниковая:
Рефлекторная функция осуществляется, благодаря:
Проводниковая — благодаря трем путям проводимости, образованными аксонами белого вещества:
Патологоанатомические исследования некоторых умерших великих людей показали наличие у них более крупного мозга. Однако прямая связь объема мозга с интеллектом наукой опровергнута. И с маленьким мозгом люди добивались больших успехов и отличались высоким интеллектом: мозг французского романиста Анатоля Франса составлял всего около 1000 см³. В то же время самый крупный, известный науке мозг (почти 3000 см3) принадлежал человеку, страдающему идиотизмом.
Мы убедились, что у высокоразвитых животных и у людей центральная нервная система устроена одинаково, работает по такому же принципу, и в нее входят одинаковые отделы и элементы. У животных имеется и мозжечок, и кора головного мозга, и ассоциативные проводниковые пути. Но человек все-таки остается умнейшим земным существом.
Многие ученые считают, что человеческий ум столь уникален, благодаря модульному устройству коры полушарий и мозжечка, при котором в них формируются сложные пирамидные пути. Одни модули отвечают за возбуждение, другие — за торможение.
Кора условно делится на сенсорную, моторную и ассоциативную зоны. В человеческом мозге ассоциативная зона, предположительно отвечающая за обработку информации, анализ и осмысленное поведение, больше, чем у животных — она занимает три четверти всей коры.
Нервная система в целом состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека - мышлении, памяти, разумном поведении в обществе, восприятии окружающего мира, познании законов природы и общества и т.д., т.е. вся деятельность человека, как биологическая, так и социальная, осуществляется благодаря реализации взаимоотношений организма и среды по принципу рефлекса.
Спинной мозг лежит в спинномозговом канале, образованном дужками позвонков. Его длина у взрослого человека в пределах 41-45см, толщина 1см. Первый шейный позвонок является границей спинного мозга сверху, а граница снизу - второй поясничный позвонок. Спинной мозг делится на пять отделов с определенным количеством сегментов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. В центре спинного мозга находится канал, заполненный спинномозговой жидкостью. На поперечном разрезе лабораторного препарата легко различают серое и белое вещество мозга. Серое вещество мозга состоит из скопления тел нервных клеток (нейронов), периферические отростки которых в составе спинномозговых нервов достигают рецепторов кожи, мышц, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество, окружающее серое, состоит из отростков, связывающих между собой нервные клетки спинного мозга; восходящих чувствительных (эфферентных), связывающих все органы и ткани человеческого тела (кроме головы) с головным мозгом, нисходящих двигательных (афферентных) путей, идущих от головного мозга к двигательным клеткам спинного мозга.
Таким образом, нетрудно себе представить, что спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. В различных отделах спинного мозга находятся мотонейроны (двигательные нервные клетки), иннервирующие мышцы верхних конечностей, спины, груди, живота, нижних конечностей. В крестцовом отделе располагаются центры дефекации, мочеиспускания и половой деятельности. Важной функцией мотонейронов является постоянное обеспечение необходимого тонуса мышц, благодаря которому все рефлекторные двигательные акты осуществляются мягко и плавно. Тонус центров спинного мозга регулируется высшими отделами центральной нервной системы. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции. Всевозможные травмы и заболевания спинного мозга могут приводить к расстройству болевой, температурной чувствительности, нарушению структуры сложных произвольных движений, мышечного тонуса и т.д.
Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отделов. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела. Назовем некоторые особенности и жизненно важные функции. Так, например, такое образование заднего мозга, как продолговатый мозг, является местом расположения важнейших рефлекторных центров (дыхательного, пищевого, регулирующих кровообращение, потоотделение). Поэтому поражение этого отдела головного мозга вызывает мгновенную гибель. Необходимо отметить, что кора больших полушарий головного мозга является наиболее молодым в филогенетическом отношении отделом мозга (филогенез - процесс развития растительных и животных организмов в течение времени существования жизни на Земле). В процессе эволюции кора больших полушарий приобретает существенные структурные и функциональные особенности и становится высшим отделом центральной нервной системы, формирующим деятельность организма как единого целого в его взаимоотношениях с окружающей средой.
Вегетативная нервная система - специализированный отдел единой нервной системы мозга регулируется, в частности, корой больших полушарий. В отличие от соматической нервной системы, иннервирующей произвольную (скелетную) мускулатуру и обеспечивающей общую чувствительность тела и других органов чувств, вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов - дыхания, размножения, кровообращения, выделения, желез внутренней секреции и т.д. Вегетативная нервная система подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы. Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, половых и т.д.; регуляция обмена веществ, термообразования, участие в формировании эмоциональных реакций (страх, гнев, радость) - все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной систем и все под тем же контролем со стороны высшего отдела центральной нервной системы. Экспериментально показано, что их влияние носит хотя и антагонистический характер, но согласованный в регуляции важнейших функций организма.
Рецепторы и анализаторы. Главным условием нормального существования организма человека является его способность быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Эта способность реализуется за счет наличия специальных образований - рецепторов. Рецепторы, обладая строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражители (звук, температуру, свет, давление и т.д.) в нервные импульсы, которые по нервным волокнам передаются в центральную нервную систему. Рецепторы человека делятся на две основные группы: экстеро (внешние) и интеро (внутренние) рецепторы. Каждый такой рецептор является составной частью анализирующей системы, в которую поступают импульсы и которая называется анализатором.
Анализатор состоит из трех отделов - рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозгу. Высший отдел анализатора - корковый. Перечислим названия анализаторов, роль которых в жизнедеятельности любого человека многим известна. Это - кожный анализатор (тактильная, болевая, тепловая, холодовая чувствительность), двигательный (рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках возбуждаются под влиянием давления и растяжения), вестибулярный (воспринимает положение тела в пространстве), зрительный (свет и цвет), слуховой (звук), обонятельный (запах), вкусовой (вкус), висцеральный (состояние ряда внутренних органов).
По мере эволюционного усложнения многоклеточных организмов, функциональной специализации клеток, возникла необходимость регуляции и координации жизненных процессов на надклеточном, тканевом, органном, системном и организменном уровнях. Эти новые регуляторные механизмы и системы должны были появиться наряду с сохранением и усложнением механизмов регуляции функций отдельных клеток с помощью сигнальных молекул. Приспособление многоклеточных организмов к изменениям в среде существования могло быть выполнено при условии, что новые механизмы регуляции будут способны обеспечить быстрые, адекватные, адресные ответные реакции. Эти механизмы должны быть способны запоминать и извлекать из аппарата памяти сведения о предыдущих воздействиях на организм, а также обладать другими свойствами, обеспечивающими эффективную приспособительную деятельность организма. Ими стали механизмы нервной системы, появившейся у сложных, высокоорганизованных организмов.
Нервная система — это совокупность специальных структур, объединяющая и координирующая деятельность всех органов и систем организма в постоянном взаимодействии с внешней средой.
К центральной нервной системе относятся головной и спинной мозг. Головной мозг подразделяется на задний мозг ( и варолиев мост), ретикулярную формацию, подкорковые ядра, . Тела образуют серое вещество ЦНС, а их отростки (аксоны и дендриты) — белое вещество.
Одной из функций нервной системы является восприятие различных сигналов (раздражителей) внешней и внутренней среды организма. Вспомним, что воспринимать разнообразные сигналы среды существования могут любые клетки с помощью специализированных клеточных рецепторов. Однако к восприятию ряда жизненно важных сигналов они не приспособлены и не могут мгновенно передать информацию другим клеткам, которые выполняют функцию регуляторов целостных адекватных реакций организма на действие раздражителей.
Воздействие раздражителей воспринимается специализированными сенсорными рецепторами. Примерами таких раздражителей могут быть кванты света, звуки, тепло, холод, механические воздействия (гравитация, изменение давления, вибрация, ускорение, сжатие, растяжение), а также сигналы сложной природы (цвет, сложные звуки, слово).
Для оценки биологической значимости воспринятых сигналов и организации на них адекватной ответной реакции в рецепторах нервной системы осуществляется их превращение - кодирование в универсальную форму сигналов, понятную нервной системе, — в нервные импульсы, проведение (передана) которых по нервным волокнам и путям в нервные центры необходимы для их анализа.
Сигналы и результаты их анализа используются нервной системой для организации ответных реакции на изменения во внешней или внутренней среде, регуляции и координации функции клеток и надклеточных структур организма. Такие ответные реакции осуществляются эффекторными органами. Наиболее частыми вариантами ответных реакций на воздействия являются моторные (двигательные) реакции скелетной или гладкой мускулатуры, изменение секреции эпителиальных (экзокринных, эндокринных) клеток, инициируемые нервной системой. Принимая прямое участие в формировании ответных реакций на изменения в среде существования, нервная система выполняет функции регуляции гомеостаза, обеспечения функционального взаимодействия органов и тканей и их интеграции в единый целостный организм.
Благодаря нервной системе осуществляется адекватное взаимодействие организма с окружающей средой не только через организацию ответных реакций эффекторными системами, но и через ее собственные психические реакции — эмоции, мотивации, сознание, мышление, память, высшие познавательные и творческие процессы.
Нервную систему подразделяют на центральную (головной и спинной мозг) и периферическую — нервные клетки и волокна за пределами полости черепной коробки и спинномозгового канала. Головной мозг человека содержит более 100 миллиардов нервных клеток (нейронов). Скопления нервных клеток, выполняющих или контролирующих одинаковые функции, формируют в центральной нервной системе нервные центры. Структуры мозга, представленные телами нейронов, формируют серое вещество ЦНС, а отростки этих клеток, объединяясь в проводящие пути, — белое вещество. Кроме этого, структурной частью ЦНС являются глиальные клетки, формирующие нейроглию. Число глиальных клеток приблизительно в 10 раз превышает число нейронов, и эти клетки составляют большую часть массы центральной нервной системы.
Нервную систему по особенностям выполняемых функций и строения делят на соматическую и автономную (вегетативную). К соматической относят структуры нервной системы, которые обеспечивают восприятие сенсорных сигналов преимущественно внешней среды через органы чувств, и контролируют работу поперечно-полосатой (скелетной) мускулатуры. К автономной (вегетативной) нервной системе относят структуры, которые обеспечивают восприятие сигналов преимущественно внутренней среды организма, регулируют работу сердца, других внутренних органов, гладкой мускулатуры, экзокринных и части эндокринных желез.
В центральной нервной системе принято выделять структуры, расположенные на различных уровнях, для которых свойственны специфические функции и роль в регуляции жизненных процессов. Среди них , базальные ядра, структуры ствола мозга, спинной мозг, периферическая нервная система.
Нервную систему подразделяют на центральную и периферическую. К центральной нервной системе (ЦНС) относятся головной и спинной мозг, а к периферической — нервы, отходящие от центральной нервной системы к различным органам.
Рис. 1. Строение нервной системы
Рис. 2. Функциональное деление нервной системы
Значение нервной системы:
Структурно-физиологической единицей нервной системы является - (рис. 3). Он состоит из тела (сомы), отростков (дендритов) и аксона. Дендриты сильно ветвятся и образуют множество синапсов с другими клетками, что определяет их ведущую роль в восприятии нейроном информации. Аксон начинается от тела клетки аксонным холмиком, являющимся генератором нервного импульса, который затем по аксону проводится к другим клеткам. Мембрана аксона в области синапса содержит специфические рецепторы, способные реагировать на различные медиаторы или нейромодуляторы. Поэтому на процесс выделения медиатора пресинаптическими окончаниями могут оказывать влияние другие нейроны. Также мембрана окончаний содержит большое число кальциевых каналов, через которые ионы кальция поступают внутрь окончания при его возбуждении и активизируют выделение медиатора.
Рис. 3. Схема нейрона (по И.Ф. Иванову): а — строение нейрона: 7 — тело (перикарион); 2 — ядро; 3 — дендриты; 4,6 — нейриты; 5,8 — миелиновая оболочка; 7- коллатераль; 9 — перехват узла; 10 — ядро леммоцита; 11 — нервные окончания; б — типы нервных клеток: I — униполярная; II — мультиполярная; III — биполярная; 1 — неврит; 2 -дендрит
Обычно в нейронах потенциал действия возникает в области мембраны аксонного холмика, возбудимость которой в 2 раза выше возбудимости других участков. Отсюда возбуждение распространяется по аксону и телу клетки.
Аксоны, помимо функции проведения возбуждения, служат каналами для транспорта различных веществ. Белки и медиаторы, синтезированные в теле клетки, органеллы и другие вещества могут перемещаться по аксону к его окончанию. Это перемещение веществ получило название аксонного транспорта. Существует два его вида — быстрый и медленный аксонный транспорт.
Каждый нейрон в центральной нервной системе выполняет три физиологические роли: воспринимает нервные импульсы с рецепторов или других нейронов; генерирует собственные импульсы; проводит возбуждение к другому нейрону или органу.
По функциональному значению нейроны подразделяют на три группы: чувствительные (сенсорные, рецепторные); вставочные (ассоциативные); моторные (эффекторные, двигательные).
Помимо нейронов в центральной нервной системе имеются глиальные клетки, занимающие половину объема мозга. Периферические аксоны также окружены оболочкой из глиальных клеток — леммоцитов (шванновские клетки). Нейроны и глиальные клетки разделены межклеточными щелями, которые сообщаются друге другом и образуют заполненное жидкостью межклеточное пространство нейронов и глии. Через это пространств происходит обмен веществами между нервными и глиальными клетками.
Клетки нейроглии выполняют множество функций: опорную, защитную и трофическую роль для нейронов; поддерживают определенную концентрацию ионов кальция и калия в межклеточном пространстве; разрушают нейромедиаторы и другие биологически активные вещества.
Центральная нервная система выполняет несколько функций.
Интегративная: организм животных и человека представляет собой сложную высокоорганизованную систему, состоящую из функционально связанных между собой клеток, тканей, органов и их систем. Эту взаимосвязь, объединение различных составляющих организма в единое целое (интеграция), их согласованное функционирование обеспечивает центральная нервная система.
Координирующая: функции различных органов и систем организма должны протекать согласованно, так как только при таком способе жизнедеятельности возможно поддерживать постоянство внутренней среды, равно как и успешно адаптировать к изменяющимся условиям окружающей среды. Координацию деятельности составляющих организм элементов осуществляет центральная нервная система.
Регулирующая: центральная нервная система регулирует все процессы, протекающие в организме, поэтому при ее участии происходят наиболее адекватные изменения работы различных органов, направленные на обеспечение той или иной его деятельности.
Трофическая: центральная нервная система осуществляет регуляцию трофики, интенсивности обменных процессов в тканях организма, что лежит в основе формирования реакций, адекватных происходящим изменениям во внутренней и внешней среде.
Приспособительная: центральная нервная система осуществляет связь организма с внешней средой путем анализа и синтеза поступающей к ней разнообразной информации от сенсорных систем. Это дает возможность перестраивать деятельность различных органов и систем в соответствии с изменениями среды. Она выполняет функции регулятора поведения, необходимого в конкретных условиях существования. Это обеспечивает адекватное приспособление к окружающему миру.
Формирование ненаправленного поведения: центральная нервная система формирует определенное поведение животного в соответствии с доминирующей потребностью.
Приспособление процессов жизнедеятельности организма, его систем, органов, тканей к меняющимся условиям среды называется регуляцией. Регуляция, обеспечиваемая совместно нервной и гормональной системами, называется нервно-гормональной регуляцией. Благодаря нервной системе организм осуществляет свою деятельность по принципу рефлекса.
Основным механизмом деятельности центральной нервной системы является — это ответная реакция организма на действия раздражителя, осуществляемая с участием ЦНС и направленная на достижение полезного результата.
Рефлекс в переводе с латинского языка означает «отражение». Термин «рефлекс» был впервые предложен чешским исследователем И.Г. Прохаской, который развил учение об отражательных действиях. Дальнейшее становление рефлекторной теории связано с именем И.М. Сеченова. Он полагал, что все бессознательное и сознательное совершается по типу рефлекса. Но тогда еще не существовало методов объективной оценки деятельности мозга, которые могли бы подтвердить это предположение. Позднее объективный метод оценки деятельности мозга был разработан академиком И.П. Павловым, и он получил название метода условных рефлексов. С помощью этого метода ученый доказал, что в основе высшей нервной деятельности животных и человека лежат условные рефлексы, формирующиеся на базе безусловных рефлексов за счет образования временных связей. Академик П.К. Анохин показал, что все многообразие деятельности животных и человека осуществляется на основе концепции функциональных систем.
Морфологической основой рефлекса является , состоящая из нескольких нервных структур, которая обеспечивает осуществление рефлекса.
В образовании рефлекторной дуги участвуют три вида нейронов: рецепторные (чувствительные), промежуточные (вставочные), двигательные (эффекторные) (рис. 6.2). Они объединяются в нейронные цепи.
Рис. 4. Схема регуляции но принципу рефлекса. Рефлекторная дуга: 1 — рецептор; 2 — афферентный путь; 3 — нервный центр; 4 — эфферентный путь; 5 — рабочий орган (любой орган организма); МН — моторный нейрон; М — мышца; КН — командный нейрон; СН — сенсорный нейрон, МодН — модуляторный нейрон
Дендрит ренепторного нейрона контактирует с рецептором, его аксон направляется в ЦНС и взаимодействует с вставочным нейроном. От вставочного нейрона аксон идет к эффекторному нейрону, а его аксон направляется на периферию к исполнительному органу. Таким образом и формируется рефлекторная дуга.
Рецепторные нейроны расположены на периферии и во внутренних органах, а вставочные и двигательные находятся в ЦНС.
В рефлекторной дуге различают пять звеньев: рецептор, афферентный (или центростремительный) путь, нервный центр, эфферентный (или центробежный) путь и рабочий орган (или эффектор).
Рецептор — специализированное образование, воспринимающее раздражение. Рецептор состоит из специализированных высокочувствительных клеток.
Афферентное звено дуги представляет собой рецепторный нейрон и проводит возбуждение от рецептора к нервному центру.
Нервный центр образован большим числом вставочных и двигательных нейронов.
Это звено рефлекторной дуги состоит из совокупности нейронов, расположенных в различных отделах ЦНС. Нервный центр воспринимает импульсы от рецепторов по афферентному пути, осуществляет анализ и синтез этой информации, затем передает сформированную программу действий по эфферентным волокнам к периферическому исполнительному органу. А рабочий орган осуществляет свойственную ему деятельность (мышца сокращается, железа выделяет секрет и т.д.).
Специальное звено обратной афферентации воспринимает параметры совершенного рабочим органом действия и передает эту информацию в нервный центр. Нервный центр является акцептором действия звена обратной афферентации и воспринимает информацию с рабочего органа о совершенном действии.
Время от начала действия раздражителя на рецептор до появления ответной реакции называется временем рефлекса.
Все рефлексы у животных и человека подразделяются на безусловные и условные.
Безусловные рефлексы - врожденные, наследственно передающиеся реакции. Безусловные рефлексы осуществляются через уже сформированные в организме рефлекторные дуги. Безусловные рефлексы видоспецифичны, т.е. свойственны всем животным данного вида. Они постоянны в течение жизни и возникают в ответ на адекватные раздражения рецепторов. Безусловные рефлексы классифицируются и по биологическому значению: пищевые, оборонительные, половые, локомоторные, ориентировочные. По расположению рецепторов эти рефлексы подразделяются: на экстероцептивные (температурные, тактильные, зрительные, слуховые, вкусовые и др.), интероцептивные (сосудистые, сердечные, желудочный, кишечный и пр.) и проприоцептивные (мышечные, сухожильные и пр.). По характеру ответной реакции — на двигательные, секреторные и др. По нахождению нервных центров, через которые осуществляется рефлекс, — на спинальные, бульбарные, мезэнцефальные.
Условные рефлексы - рефлексы, приобретенные организмом в процессе его индивидуальной жизни. Условные рефлексы осуществляются через вновь сформированные рефлекторные дуги на базе рефлекторных дуг безусловных рефлексов с образованием между ними временной связи в коре больших полушарий.
Рефлексы в организме осуществляются с участием желез внутренней секреции и гормонов.
В основе современных представлений о рефлекторной деятельности организма находится понятие полезного приспособительного результата, для достижения которого и совершается любой рефлекс. Информация о достижении полезного приспособительного результата поступает в центральную нервную систему по звену обратной связи в виде обратной афферентации, которая является обязательным компонентом рефлекторной деятельности. Принцип обратной афферентации в рефлекторной деятельности был разработан П. К. Анохиным и основан на том, что структурной основой рефлекса является не рефлекторная дуга, а рефлекторное кольцо, включающее следующие звенья: рецептор, афферентный нервный путь, нервный центр, эфферентный нервный путь, рабочий орган, обратная афферентация.
При выключении любого звена рефлекторного кольца рефлекс исчезает. Следовательно, для осуществления рефлекса необходима целостность всех звеньев.
Нервные центры обладают рядом характерных функциональных свойств.
Возбуждение в нервных центрах распространяется односторонне от рецептора к эффектору, что связано со способностью проводить возбуждение только от пресинаптической мембраны к постсинаптической.
Возбуждение в нервных центрах проводится медленнее, чем по нервному волокну, в результате замедления проведения возбуждения через синапсы.
В нервных центрах может происходить суммация возбуждений.
Можно выделить два основных способа суммации: временную и пространственную. При временной суммации несколько импульсов возбуждения приходят к нейрону через один синапс, суммируются и генерируют в нем потенциал действия, а пространственная суммации проявляется в случае поступления импульсов к одному нейрону через разные синапсы.
В них происходит трансформация ритма возбуждения, т.е. уменьшение или увеличение количества импульсов возбуждения, выходящих из нервного центра по сравнению с количеством импульсов, приходящих к нему.
Нервные центры очень чувствительны к недостатку кислорода и действию различных химических веществ.
Нервные центры, в отличие от нервных волокон, способны к быстрому утомлению. Синаптическая утомляемость при длительной активации центра выражается в снижении числа постсинаптических потенциалов. Это обусловлено расходованием медиатора и накоплением метаболитов, закисляющих среду.
Нервные центры находятся в состоянии постоянного тонуса, обусловленного непрерывным поступлением определенного числа импульсов от рецепторов.
Нервным центрам свойственна пластичность — способность увеличивать свои функциональные возможности. Это свойство может быть обусловлено синаптическим облегчением — улучшение проведения в синапсах после короткого раздражения афферентных путей. При частом использовании синапсов ускоряется синтез рецепторов и медиатора.
Наряду с возбуждением в нервном центре происходят процессы торможения.
Одной из важных функций центральной нервной системы является координационная функция, которую называют также координационной деятельностью ЦНС. Под ней понимают регуляцию распределения возбуждения и торможения в нейронных структурах, а также взаимодействие между нервными центрами, которые обеспечивают эффективное осуществление рефлекторных и произвольных реакций.
Примером координационной деятельности ЦНС могут быть реципрокные отношения между центрами дыхания и глотания, когда во время глотания центр дыхания затормаживается, надгортанник закрывает вход в гортань и предупреждает попадание в дыхательные пути пищи или жидкости. Координационная функция ЦНС принципиально важна для осуществления сложных движений, осуществляемых при участии множества мышц. Примерами таких движений могут быть артикуляция речи, акт глотания, гимнастические движения, требующие согласованного сокращения и расслабления множества мышц.
В основе координационной деятельности центральной нервной системы лежит ряд принципов.
Принцип конвергенции реализуется в конвергентных цепях нейронов, в которых на один из них (обычно эфферентный) сходятся или конвергируют аксоны ряда других. Конвергенция обеспечивает поступление к одному и тому же нейрону сигналов от различных нервных центров или рецепторов различных модальностей (различных органов чувств). На основе конвергенции самые разные раздражители могут вызвать однотипную реакцию. Например, сторожевой рефлекс (поворот глаз и головы — настораживание) может быть вызван и световым, и звуковым, и тактильным воздействием.
Принцип общего конечного пути вытекает из принципа конвергенции и близок по своей сути. Под ним понимают возможность осуществления одной и той же реакции, запускаемой конечным в иерархической нервной цепи эфферентным нейроном, на который конвергируют аксоны множества других нервных клеток. Примером классического конечного пути являются мотонейроны передних рогов спинного мозга или двигательных ядер черепных нервов, которые своими аксонами непосредственно иннервируют мышцы. Одна и та же двигательная реакция (например сгибание руки) может запускаться путем поступления к этим нейронам импульсов от пирамидных нейронов первичной двигательной коры, нейронов ряда моторных центров ствола мозга, интернейронов спинного мозга, аксонов чувствительных нейронов спинальных ганглиев в ответ на действие сигналов, воспринятых разными органами чувств (на световое, звуковое, гравитационное, болевое или механическое воздействие).
Принцип дивергенции реализуется в дивергентных цепях нейронов, в которых один из нейронов имеет ветвящийся аксон, и каждая из ветвей образует синапс с другой нервной клеткой. Эти цепи выполняют функции одновременной передачи сигналов от одного нейрона на многие другие нейроны. Благодаря дивергентным связям происходит широкое распространение (иррадиация) сигналов и быстрое вовлечение в ответную реакцию многих центров, расположенных на разных уровнях ЦНС.
Принцип обратной связи (обратной афферентации) заключается в возможности передачи по афферентным волокнам информации об осуществляемой реакции (например, о движении от проприорецепторов мышц) обратно в нервный центр, который ее запускал. Благодаря обратной связи формируется замкнутая нейронная цепь (контур), через которую можно контролировать ход исполнения реакции, регулировать силу, продолжительность и другие параметры реакции, если они не были реализованы.
Участие обратной связи можно рассмотреть на примере реализации сгибательного рефлекса, вызываемого механическим воздействием на рецепторы кожи (рис. 5). При рефлекторном сокращении мышцы-сгибателя изменяется активность проприорецепторов и частота посылки нервных импульсов по афферентным волокнам к а-мотонейронам спинного мозга, иннервирующим эту мышцу. В результате формируется замкнутый контур регулирования, в котором роль канала обратной связи выполняют афферентные волокна, передающие информацию о сокращении в нервные центры от рецепторов мышц, а роль канала прямой связи — эфферентные волокна мотонейронов, идущие к мышцам. Таким образом, нервный центр (его мотонейроны) получает информацию об изменении состояния мышцы, вызванном передачей импульсов по двигательным волокнам. Благодаря обратной связи образуется своеобразное регуляторное нервное кольцо. Поэтому некоторые авторы предпочитают вместо термина «рефлекторная дуга» применять термин «рефлекторное кольцо».
Наличие обратной связи имеет важное значение в механизмах регуляции кровообращения, дыхания, температуры тела, поведенческих и других реакций организма и рассматривается далее в соответствующих разделах.
Рис. 5. Схема обратной связи в нейронных цепях простейших рефлексов
Принцип реципрокных отношений реализуется при взаимодействии между нервными центрами-антагонистами. Например, между группой моторных нейронов, контролирующих сгибание руки, и группой моторных нейронов, контролирующих разгибание руки. Благодаря реципрокным отношениям возбуждение нейронов одного из антагонистических центров сопровождается торможением другого. В приведенном примере реципрокные отношения между центрами сгибания и разгибания проявятся тем, что во время сокращения мышц- сгибателей руки будет происходить эквивалентное расслабление разгибателей, и наоборот, что обеспечивает плавность сгибательных и разгибательных движений руки. Реципрокные отношения осуществляются за счет активации нейронами возбужденного центра тормозных вставочных нейронов, аксоны которых образуют тормозные синапсы на нейронах антагонистического центра.
Принцип доминанты также реализуется на основе особенностей взаимодействия между нервными центрами. Нейроны доминирующего, наиболее активного центра (очага возбуждения) обладают стойкой высокой активностью и подавляют возбуждение в других нервных центрах, подчиняя их своему влиянию. Более того, нейроны доминирующего центра притягивают к себе афферентные нервные импульсы, адресуемые к другим центрам, и усиливают свою активность за счет поступления этих импульсов. Доминантный центр может длительно находиться в состоянии возбуждения без признаков утомления.
Примером состояния, обусловленного наличием в центральной нервной системе доминантного очага возбуждения, может служить состояние после пережитого человеком важного для него события, когда все его мысли и действия так или иначе становятся связанными с этим событием.
Свойства доминанты
Рассмотренные принципы координации могут использоваться, в зависимости от координируемых ЦНС процессов порознь или вместе в различных сочетаниях.
Центральная нервная система представляет собой основу всей нервной системы человеческого организма. Все рефлексы и функционирование жизненно необходимых органов подчиняются именно ей. Когда пациенту ставится диагноз, связанный с нарушениями в ЦНС, не каждый понимает, что входит в нервную систему человека. Она есть у всех живых существ, но при этом ЦНС имеет некоторые особенности, например, у человека и других позвоночных она состоит из головного и спинного мозга, которые защищены черепом и позвоночником.
Центральная нервная система человека состоит из двух мозгов: головного и спинного, которые тесно взаимосвязаны. Они будут рассмотрены более подробно ниже. Основная функция ЦНС – это контроль всех жизненно важных процессов, происходящих в организме.
Головной мозг несёт ответственность за мыслительную функцию, возможность говорить, слуховое и зрительное восприятие, а также он позволяет координировать движения. Спинной мозг отвечает за регуляцию работы внутренних органов, а также позволяет телу двигаться, но только под контролем головного мозга. За счёт этого, спинной мозг выступает в роли носителя сигналов, переданных из головы ко всем участкам тела.
Осуществляется этот процесс за счёт нейронного устройства мозгового вещества. Нейрон представляет собой основную единицу нервной системы, имеющую электрический потенциал и обрабатывающую сигналы, получаемые от ионов.
Вся ЦНС отвечает за следующие составляющие, помогающие адаптироваться во внешнем мире:
Центральная нервная система человека образована из серого и белого вещества.
Первое из перечисленных – это нервные клетки, имеющие маленькие отростки. Серая субстанция расположена в спинном мозге в самом центре. А в головном мозге именно эта субстанция представляет собой кору.
Белое вещество расположено под серым, в нём содержатся волокна нервов, которые составляют пучки, входящие в состав самого нерва.
Оба мозга, исходя из анатомии, окружены следующими оболочками:
Такое строение центральной нервной системы присуще человеку и всем позвоночным животным. Что касается хордовых, то у них ЦНС имеет вид полой трубки, называемой невроцеля.
Данная составляющая системы расположена в канале позвоночника. Спинной мозг тянется от затылочной области и до поясницы. С обеих сторон имеются продольные борозды, а в центре – спинномозговой канал. Снаружи расположено белое вещество.
Что касается серой субстанции, то она входит в состав передних, боковых и задних роговых участков. В передних рогах расположены двигательные нервные клетки, а в задних – вставочные, предназначенные для контакта двигательных и чувствительных клеток. К передним присоединяются отростки, входящие в состав волокон. Нейроны, создающие корешки, соединяются с роговыми областями.
Они являются посредниками между спинным мозгом и ЦНС. Возбуждение, проходящее в мозг, приходит во вставочный нейрон, после чего при помощи аксона – в необходимый орган. Из каждого позвонка отходят шестьдесят два нерва в обе стороны.
Условно можно сказать, что состоит из пяти участков, причём внутри него расположены четыре полости, заполненные специальной жидкостью, именуемой спинномозговой.
Если рассматривать орган, исходя из принципа размера составляющих, то первыми по праву считаются полушария, которые занимают восемьдесят процентов всего объёма. Вторым в этом случае является ствол.
Головной мозг состоит из следующих участков:
Первый из перечисленных находится перед варолиевым мостом, и состоит он из мозговых ножек и четырёх холмов. В самом центре имеется канал, который является связывающим звеном между третьим и четвёртым желудочками. Обрамляется он серой субстанцией. В мозговых ножках имеются пути, объединяющие варолиев и продолговатый мост с головными полушариями. Этот участок мозга реализует возможность передачи рефлексов и поддержания тонуса. При помощи среднего отдела становится возможным стояние и хождение. Также здесь расположены ядра, связанные со зрением и слухом.
Продолговатый мозг – это продолжение спинного, он даже по строению имеет с ним схожесть. Структура этого отдела образована из белого вещества, где имеются области серого, откуда отходят черепные нервы. Практически весь отдел закрыт полушариями. В продолговатом мозге расположены центры, ответственные за работоспособность таких важных органов как лёгкие и сердце. Помимо этого, он контролирует глотание, кашель, образование желудочного сока и даже выделение слюны в ротовой полости. При повреждении продолговатого мозга может наступить летальный исход из-за остановки сердца и дыхания.
К заднему мозгу относится варолиев мост, который внешне похож на валик, а также мозжечок. Благодаря последнему, организм способен координировать движения, держать в тонусе мышцы, сохранять равновесие и двигаться.
Промежуточный мозг находится перед мозговыми ножками. Его строение включает в себя белое вещество и серую субстанцию. В этом отделе расположены зрительные бугры, откуда импульсы переходят в кору головного мозга. Под ними находится гипоталамус. Подкорковый высший центр способен поддерживать необходимую среду внутри организма.
Передний мозг представлен в виде больших полушарий с соединительной частью. Полушария разделяются при помощи прохода, под которым есть мозолистое тело, соединяющее их отростками нервов. Под корой мозга, представляющей собой нейроны и отростки, расположено белое вещество, которое выступает в роли проводника, объединяющего центры головных полушарий воедино.
Работа центральной нервной системы, если говорить кратко, заключается в осуществлении следующих процессов:
Таким образом, функции ЦНС – это восприятие, анализ и синтез центростремительных импульсов, которые возникают во время раздражения рецепторов, находящихся в тканях и органах.
ЦНС обеспечивает приспособление человеческого организма к окружающей среде.
Вся система должна функционировать как единый слаженный организм, так как только за счёт этого становится возможной адекватная реакция в ответ на раздражители из окружающего мира.
Патологии центральной нервной системы человека, её строения и функций могут быть спровоцированы различными факторами, начиная с врождённых заболеваний и заканчивая инфекционными.
Условно причинами нарушения центральной нервной системы могут быть следующие аспекты:
Сосудистые патологии обусловлены следующими факторами:
К числу заболеваний сосудистого характера относятся атеросклероз, инсульт и аневризма. Такие состояния являются наиболее опасными, так как они часто приводят к летальным исходам или инвалидности. Например, инсульт приводит к отмиранию нервных клеток, вследствие чего полное выздоровление невозможно. Аневризма истончает стенки сосудов, из-за чего сосуд может лопнуть, что приведёт к выбросу крови в окружающие ткани. Такое состояние чаще всего заканчивается смертью.
Что касается психики, то на функциональность головного мозга оказывают негативное влияние даже отрицательные установки, мысли и планы человека. Если он чувствует себя недолюбленным, обиженным или испытывает постоянное чувство зависти, то его нервная система может давать серьёзный сбой, выражающийся в различных заболеваниях.
При инфекционных патологиях первоначально поражается ЦНС, после чего ПНС. К числу таковых относятся следующие состояния: менингит, энцефалит, полиомиелит.
Что касается врождённых патологий, то они могут быть вызваны наследственностью, мутацией генов или травмой во время родов. Причинами такого состояния являются следующие процессы: гипоксия, инфекция, которая возникла в период вынашивания ребёнка, травмы и приём медикаментов, который осуществлялся при беременности.
Опухоли могут локализоваться как в головном, так и в спинном мозге. Онкологические заболевания мозга чаще регистрируются у людей в возрасте от двадцати до пятидесяти лет.
При патологиях, поражающих центральную нервную систему, клиническая картина подразделяется на три симптоматические группы:
Нервные заболевания характеризуются следующими общими симптомами:
К числу общих симптомов также относятся нарушение психосоматики и проблемы со сном.
С целью постановки диагноза могут потребоваться допплерография, и компьютерная томография. По результатам проведённого обследования медиком назначается подходящее лечение.
Основной частью нервной системы позвоночных животных и человека является ЦНС. Она представлена головным и спинным мозгом и состоит из множества скоплений нейронов и их отростков. Центральная нервная система выполняет множество важнейших функций, главная из которых - осуществление различных рефлексов.
По мере эволюционирования регуляция и координация всех жизненно важных процессов организма начала происходить на совершенно новом уровне. Усовершенствованные механизмы стали обеспечивать очень быструю ответную реакцию на любые изменения во внешней среде. Кроме того, они начали запоминать воздействия на организм, происходившие в прошлом, и при необходимости извлекать эту информацию. Подобные механизмы и образовали нервную систему, которая появилась у человека и позвоночных животных. Она разделяется на центральную и периферическую.
Итак, что такое ЦНС? Это основной отдел, который не только объединяет, но и координирует работу всех органов и систем, а также обеспечивает непрерывное взаимодействие с внешней средой и поддерживает нормальную психическую деятельность.
Подобный путь включает:
Все реакции подразделяются на 2 вида:
Нервные центры большего числа рефлексов находятся в ЦНС, но реакции, как правило, замыкаются за ее пределами.
Это важнейшая функция центральной нервной системы, подразумевающая регуляцию процессов торможения и возбуждения в структурах нейронов, а также выполнение ответных реакций.
Координационная деятельность необходима для того, чтобы организм мог совершать сложные движения, в которых задействованы многочисленные мышцы. Примеры: осуществление гимнастических упражнений; речь, сопровождающаяся артикуляцией; процесс глотания пищи.
Стоит отметить, что ЦНС - такая система, нарушения в работе которой негативно сказываются на функционировании всего организма. Любой сбой представляет опасность для здоровья. Поэтому при появлении первых тревожных симптомов необходимо обратиться к врачу.
Основными видами заболеваний ЦНС являются:
В настоящее время известно около 30-ти патологий этой системы. К наиболее распространенным заболеваниям ЦНС относятся:
Патологии ЦНС возникают вследствие поражений какого-либо ее отдела. Каждый из недугов имеет уникальную симптоматику и требует индивидуального подхода к выбору метода лечения.
Задача центральной нервной системы - обеспечить согласованную работу каждой клетки организма, а также его взаимодействие с внешним миром. Краткая характеристика ЦНС: она представлена головным и спинным мозгом, ее структурной единицей является нейрон, а главным принципом ее деятельности - рефлекторный. Любые нарушения в работе ЦНС неизбежно ведут к сбоям в функционировании всего организма.
