2.Основные структуры нервной системы. Нейрон как структурная единица нервной системы

Лекция. Структура нервной системы. Связь структуры с функциями. Когнитивные выходы. Теоретические основы. И. А. Мартынов.

Говоря о когнитологии и обсуждая вопросы познания, невозможно избежать затрагивания тех самых тонких аспектов деятельности нервной системы (физиологического субстрата как такового), ответственных за обеспечение процессов восприятия, хранения и анализа информации.

Но давайте разбираться во всём по порядку. Нервная система настолько сложное структурное образование, что существует большое множество классификаций, описывающих саму систему. В последние годы большинством авторов для удобства изучения нервная система подразделяется на центральную (головной и спинной мозг) и периферическую (черепно - и спинномозговые нервы, их сплетения и узлы), а также соматическую и вегетативную (или автономную).

Соматическая нервная система осуществляет преимущественно связь организма с внешней средой: восприятие раздражений, регуляцию движений поперечнополосатой мускулатуры скелета и др.

Вегетативная — регулирует обмен веществ и работу внутренних органов: биение сердца, перистальтическое сокращение кишечника, секрецию различных желез и т. п. Обе они функционируют в тесном взаимодействии, однако вегетативная система обладает некоторой самостоятельностью (автономностью), управляя многими непроизвольными функциями.

<?!> В действительности, со стороны природы было очень мудро пойти по такому пути, при котором функции регулирования внутренних органов и систем контролируются автоматически, не выходя на уровень сознательного контроля. Например, человек совсем не в состоянии сознательно регулировать тонкие мышечные сокращения в желудочно-кишечном тракте, сокращения сердца, или тонус сосудов стопы. Несомненно, здесь есть и свои исключения. Так, некоторые йоги действительно могут изменять (с помощью сознательного расслабления) тонус сосудов конечностей. С этим связан известный эффект отсутствия пульса на руке у йогов, породивший множество разговоров о том, что йоги умеют останавливать сердце. Йоги на самом деле могут управлять вегетативными процессами, но всё же до некоторых пределов. Это достигается многолетними тренировками по принципу обратной биологической связи, когда человек обучается получать активно сигнал от каждой части тела, от каждого органа и выводить эту информацию на уровень сознания. Но даже для таких людей существуют пределы -  ограничения, установленные самой природой. На сегодняшний день нет научно засвидетельствованных фактов, говорящих о том, что йог или кто-либо другой может останавливать своё сердце, а потом запускать его. Таким образом, можно сказать, что вегетативная нервная система всё же является автоматической частью нервной системы и регулируется организмом без участия сознания. Единственный активный механизм воздействия на вегетативную систему — это дыхание. Именно с помощью дыхания можно влиять (косвенно) на вегетативные функции. К примеру, вполне возможно с помощью учащения дыхания изменить количество сердечных сокращений в минуту. Тогда получается, что вегетативная система не настолько уж и самостоятельна. Это вторая правда о нервной системе. Нервная система вообще  весьма парадоксальна в своей физиологии. С помощью дыхания можно влиять на работу нервной системы, но всё равно в некоторых пределах. Поэтому тут нет противоречий.

Мне видится чрезвычайно важным для современного педагога понимание того, как тесно связано осознание работы вегетативной нервной системы с работой процессов сознания.

Говоря проще, важно понимать, что например, плотно поевший ученик совершенно не пригоден для обучения, поскольку происходит перераспределение тонуса мышц сосудов, кровь оттекает от головного мозга к пищеварительному тракту.  Как следствие, мозг работает в экономичном режиме (некоторое время после приёма пищи) и не может организовать той интенсивности мыслительных процессов, которые так необходимы на уроке. Таким образом, не очень разумно ставить контрольные или другие варианты форм аттестации поле обеда в школе. Но зато уже где-то через 1,5 часа к мозговым структурам поступает достаточно большое количество глюкозы, и кровоток постепенно становится более интенсивным в самой нервной системе. Более того, также неразумно ставить первыми уроки физической культуры. Представьте себе ситуацию, в которой плотно позавтракавший школьник (большинство школьников до 8 класса принимают первый завтрак дома по настоянию родителей)  побежит тройку – другую кругов в спортзале. Нормальное пищеварение сложно обеспечить в таких условиях. Как следствие возникает нарушение усвоения необходимых мозгу веществ, затем следует снижение физиологической активности мозга. В конечном итоге, дорогие коллеги, мы получаем не только несварение желудка у детей, но и отсутствие адекватной мыслительной деятельности из-за снижения активности мозговых структур. Конечно, многие из вас могут отшутиться и сказать, что есть ученики, на которых это никак не сказывается, они всегда плохо усваивают новый материал. Но давайте всё же отбросим нотки циничного юмора, и порассуждаем здраво на эту тему. Ведь на месте такого  школьника могут оказаться и очень старательные  дети. Выводы напрашиваются сами: необходимо очень внимательно относиться к выстраиванию расписания уроков для каждого конкретного класса,  не только с учётом возраста обучающихся, но и с учётом приёмов пищи, уроков физической культуры, прогулок (если таковые имеются). Это может значительно облегчить жизнь и вам и вашим воспитанникам.

Другой не менее важной проблемой, связанной с деятельностью вегетативной нервной системы является проблема вегетативных расстройств у современных школьников. Речь идёт в первую очередь о вегетососудистой дистонии (или нейроциркуляторной дистонии, сосудистой дистонии). Диагноз вегетососудистая дистония ставится почти каждому городскому школьнику. В настоящее время ведутся активные обсуждения того, насколько вообще правомерно ставить такие диагнозы в клинике. По сути, это набор нарушений со стороны деятельности вегетативной нервной системы выражающийся в полисимптоматическом комплексе из более  чем 100 различных симптомов. Не будем вдаваться в медицинские подробности вопроса, но лишь отметим, что подобные нарушения могут представлять из себя  нарушение сна, головокружения, головные боли, повышенную утомляемость, беспричинную тошноту, расстройства пищеварения и  др. симптомокомплесы. Отсюда напрашивается  закономерный вопрос – а что с этим делать?

В действительности, эти проблемы только могут казаться ерундой и пустяками. Часто родители говорят детям, что это у всех, не переживай. Но на самом деле такие нарушения могут быть спровоцированы не только огромными умственными нагрузками в школе, но и серьёзными нарушениями со стороны систем органов, например, позвоночника. Было показано, что нарушения в области шейного отдела позвоночникамогут вызывать сужения артерий  шеи, питающих головной мозг. Отсюда может возникать ощущение головокружения, скачки давления, бессонница и прочие неприятные симптомы. Обратите внимание: в таком случае  дети не симулируют, им действительно плохо.  Вот почему все учителя должны следить за правильной осанкой у школьников. Именно от осанки во многом зависит здоровье позвоночника и вегетативной нервной системы. Очень важными факторами, провоцирующими вегетативные расстройства, являются факторы умственного и психического напряжения.  Это наводит на мысль, что 2-3 минутные перерывы во время самих уроков (например, с использованием разминки для пальцев пишущей руки) являются вполне оправданным. Стимулирование тонкой моторики пальцев рук позволяет в некоторой степени снять подобное напряжение.  Это также может быть полезно и для самих учителей. Не пренебрегайте этими рекомендациями со стороны врачей.

Но что же делать, если ребёнку стало нехорошо во время урока? Именно здесь могут помочь техники правильного дыхания, успокаивающие вегетативную нервную систему в случае её перенапряжения.  Такое может случиться, например, если ребёнок перенервничал. В моей практике была ученица, которая начинала делать сухие всхлипывания, то есть она как бы плакала, но без слёз, ей было тяжело остановиться. Это была реакция нервной системы на стресс. Такое с ней часто случалось перед контрольными работами. В таких ситуациях рекомендуется вывести ребёнка в рекреацию или в проветриваемое помещение. Затем попросите ребёнка сделать глубокий вдох и как будто протолкнуть воздух в живот — это будет вариантом активного брюшного дыхания. Ребёнок как бы выпячивает живот на вдохе и втягивает на выдохе. Так нужно сделать, сохраняя спокойное дыхание, 10 -15 вдохов. Это активирует парасимпатический отдел вегетативной нервной системы, который снижает частоту сердечных сокращений и успокаивает дыхание. После чего наступает успокоение. Если это не помогает, то, конечно же, отведите ребёнка в медицинский кабинет. Можно также дать рекомендации всем учителям прерываться на 2-3 минуты и предлагать детям спокойно подышать таким образом. Такие техники подробно описаны на многих медицинских порталах в Интернете. Это поможет успокоиться как вам, так и вашим ученикам. Для того, чтобы мотивировать учеников, объясните им, зачем это  делается. Объясните, что это также способствует хорошему сну и улучшению мозгового кровообращения. Сначала ученики будут подшучивать над этим, но, как показывает практика, эффект не заставит себя ждать. Через две недели это может стать обыденным вариантом 2-3 минутного перерыва. Так, к примеру,  когда-то делала моя учительница по английскому, занимавшаяся этим регулярно.

Но давайте всё же вернём к строению нервной системы и продолжим наш экскурс.

 

Мозг человека

Итак, головной мозг состоит из нескольких отделов: продолговатый мозг, задний мозг, средний мозг, промежуточный, конечный мозг.

Продолговатый мозг  является продолжением  спинного мозга. Он управляет вегетативными функциями организма, такими как дыхание, сердечная работа, пищеварение. В ядрах продолговатого мозга  расположены центры пищеварительных рефлексов - слюноотделения, глотания, отделения желудочного или поджелудочного сока, и защитных рефлексов - кашля, рвоты, чихания. Также в продолговатом мозге находятся центры дыхания и сердечной деятельности.
Задний мозг состоит из варолиева моста и мозжечка. Мозжечок и  мост являются единой структурой. Мост состоит из волокон, соединяющих полушария мозжечка.  Мозжечок находится позади продолговатого мозга и моста, в затылочной части головы и отвечает за координацию движений, поддержание позы и равновесия тела.
Средний мозг - наименьший из всех пяти отделов. Средний мозг является продолжением моста. Средний мозг выполняет следующие функции: двигательную, сенсорную, его еще называют зрительным центром, и регулирующую  продолжительности актов жевания и глотания.
Промежуточный мозг расположен впереди среднего мозга. Основной его функцией является  участие в возникновении ощущений. Его части согласуют работу внутренних органов и регулируют вегетативные функции: обмен веществ, температуру тела, кровяное давление, дыхание, гомеостаз. Через него проходят все чувствительные пути к большим полушариям мозга. Промежуточный мозг подразделяется на:
•    Таламический мозг;
•    Гипоталамус;
•    Третий желудочек, который является полостью промежуточного мозга.
Конечный мозг — самый крупный и развитый отдел головного мозга. Состоит из двух полушарий большого мозга(покрытых корой), мозолистого тела, полосатого тела и обонятельного мозга.
Поверхность  конечного мозга складчата из-за массы борозд. Полушария разделяют на 4 основные доли (лобная, теменная, затылочная и височная).

Лобная доля связана с определением личностных качеств человека, а ее задней части подчинены все двигательные центры ствола и спинного мозга. Поэтому при ее поражении появляются параличи мышц. В теменной доле, в основном, формируются ощущения тепла, холода, прикосновения, положения частей тела в пространстве. Затылочная доля содержит зрительные центры, височная — слуховые и обонятельные.

Всю кору полушарий принято разделять на 4 типа: древняя (палеокортекс), старая (архикортекс), новая (неокортекс) и межуточная кора(состоящая из промежуточной древней и промежуточной старой коры). Поверхность неокортекса у человека занимает 95,6%, старой 2,2%, древней 0,6%, межуточной 1,6%.

Сама кора больших полушарий, в общем-то, и обеспечивает все когнитивные процессы на высших уровнях обработки информации. Именно в коре выделяют высшие корковые ассоциативные центры, где происходит анализ и систематизирование информации на высшем уровне. Таким образом, продвигаясь по коре, мы можем смело сказать, что важнейшие ассоциативные функции, связанные с социальными процессами, выполняются лобными долями полушарий.

Цитоархитектонические поля Бродмана

Поля Бродмана – отделы коры больших полушарий головного мозга, отличающиеся по своей цитоархитектонике (строению на клеточном уровне). Выделяется 52 (53)  цитоархитектонических поля Бродмана.

1-я зона - двигательная - представлена центральной извилиной и лобной зоной впереди нее - 4, 6, 8, 9 поля Бродмана. При ее раздражении - различные двигательные реакции; при ее разрушении - нарушения двигательных функций

2-я зона - чувствительная - участки коры головного мозга сзади от центральной борозды (1, 2, 3, 4, 5, 7 поля Бродмана). При раздражении этой зоны - возникают ощущения, при ее разрушении - выпадение кожной, проприо-, интерочувствительности. 1-я и 2-я зоны тесно связаны друг с другом в функциональном отношении. В двигательной зоне много афферентных нейронов, получающих импульсы от рецепторов - это мотосенсорные зоны. В чувствительной зоне много двигательных элементов - это сенсомоторные зоны - отвечают за возникновение болевых ощущений.

3-я зона - зрительная зона - затылочная область коры головного мозга (17, 18, 19 поля Бродмана). При разрушении 17 поля - выпадение зрительных ощущений (корковая слепота). при разрушении 17 поля выпадает видение окружающей среды, которое проецируется на соответствующие участки сетчатки глаза. При поражении 18 поля Бродмана страдают функции, связанные с распознаванием зрительного образа и нарушается восприятие письма. При поражении 19 поля Бродмана - возникают различные зрительные галлюцинации, страдает зрительная память и другие зрительные функции.

4-я - зона слуховая - височная область коры головного мозга (22, 41, 42 поля Бродмана). При поражении 42 поля - нарушается функция распознавания звуков. При разрушении 22 поля - возникают слуховые галлюцинации, нарушение слуховых ориентировочных реакций, музыкальная глухота. При разрушении 41 поля - корковая глухота.

5-я зона - обонятельная - располагается в грушевидной извилине (11 поле Бродмана).

6-я зона - вкусовая - 43 поле Бродмана.

7-я зона - речедвигательная зона - у большинства людей (праворуких) располагается в левом полушарии.

Эта зона состоит из 3-х отделов.

Речедвигательный центр Брока - расположен в нижней части лобных извилин - это двигательный центр мышц языка.

Сенсорный центр Вернике - расположен в височной зоне - связан с восприятием устной речи. .

Центр восприятия письменной речи располагается в зрительной зоне коры головного мозга.

Клеточный уровень организации нервной системы

Сама же нервная система как таковая складывается из миллиардов клеток – нейронов.Нейрон(от др.-греч.νεῦρον — волокно, нерв) — это структурно-функциональная единица нервной системы. Эта клетка имеет сложное строение, высокоспециализирована и по структуре содержит ядро, тело клетки и отростки. В организме человека насчитывается более ста миллиардов нейронов.

Сложность и многообразие функций нервной системы определяются взаимодействием между нейронами, которое, в свою очередь, представляет собой набор различных сигналов, передаваемых в рамках взаимодействия нейронов с другими нейронами или мышцами и железами. Сигналы испускаются и распространяются с помощью ионов, генерирующих электрический заряд (потенциал действия), который движется по телу нейрона.

Дендриты и аксон

Аксон — обычно длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения и информации от тела нейрона или от нейрона к исполнительному органу. Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов), которые передают возбуждение к телу нейрона. Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи со многими (до 20-и тысяч) другими нейронами. Дендриты делятся дихотомически, аксоны же дают коллатерали. В узлах ветвления обычно сосредоточены митохондрии. Дендриты не имеют миелиновойоболочки, аксоны же могут её иметь. Местом генерации возбуждения у большинства нейронов является аксонный холмик — образование в месте отхождения аксона от тела. У всех нейронов эта зона называется триггерной.

Для понимания того, как происходят взаимодействия между нейронами, целесообразно ввести понятие синапса. Си́напс(греч.σύναψις, от συνάπτειν — обнимать, обхватывать, пожимать руку) — место контакта между двумя нейронамиили между нейроном и получающей сигнал эффекторнойклеткой. Служит для передачи нервного импульсамежду двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться. Одни синапсывызывают деполяризацию нейрона, другие — гиперполяризацию; первые являются возбуждающими, вторые — тормозными. Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов.

Функциональная классификация

Афферентные нейроны(чувствительный, сенсорный, рецепторный или центростремительный). К нейронам данного типа относятся первичные клетки органов чувств и псевдоуниполярные клетки, у которых дендриты имеют свободные окончания.

Эфферентные нейроны(эффекторный, двигательный, моторный или центробежный). К нейронам данного типа относятся конечные нейроны — ультиматные и предпоследние — не ультиматные.

Ассоциативные нейроны(вставочные или интернейроны) — группа нейронов осуществляет связь между эфферентными и афферентными, их делят на интризитные, комиссуральные и проекционные.

Секреторные нейроны — нейроны, секретирующие высокоактивные вещества (нейрогормоны). У них хорошо развит комплекс Гольджи (сереторный аппарта клетки), аксон заканчивается аксовазальными синапсами.

Понимание структуры нейрона и межнейронных связей потребуется нам в дальнейшем, когда мы будем говорить о механизмах памяти.

Резюмируя вышеизложенный материал, уже на данном этапе можно сделать некоторые выводы о том, что понимание структуры и физиологи нервной системы могут облегчить процесс обучения учеников. Именно законы функционирования  нервной системы диктуют особенности познавательных процессов в мозге.

<?!> Важно отметить, что сущесвтует такое понятие как сила синапса. Она связана с так называемой синаптической пластичностью, т.е. возможностью изменения силы самого синапса (величины изменения трансмембранного потенциала) в ответ на активацию постсинаптических рецепторов. Именно синаптическая пластичность считается основным механизмом, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения.

Это фундаментальное знание позволяет наиболее оптимальным способом организовывать процесс запоминания новой информации. Например, вы хотите, чтобы обучающиеся хорошо усвоили кто такой Михаил Васильевич Ломоносов.  Для этого нам нужно, чтобы на одном нейроне, который, скажем, условно говоря,  будет собирающим,  конвергировалась ( сходилась) информация о М. В. Ломоносове. Таким образом, будет целессообразно рассказывать об учёном на истории, на химии, на рисовании и т.д. Это будет увеличивать силу синапса и упрочнять его и, как следствие, мы получим наиболее устойчивые и уверенные знания о материале, связанном с Ломоносовым. То есть, чем чаще через синапс будет проходить инфрмация об учёном, тем сильнее будет становиться  сила данного синапса.

Вот почему так важна синхронизация программ  обучения различных предметов.  Не стоит забывать и о том, что разделение на отдельные науки весьма условно.

Задания

Первое задание является обязательным для выполнения. Вы можете также выбрать другие задания, трудоёмкостью не менее 70 минут. Общая трудоёмкость должна быть не менее 120 минут.

1. В тексте говориться о том, что с помощью дыхания можно регулировать как работу вегетативной нервной системы, так и эмоциональное состояние ученика. Отыщите другие варианты процессов в организме человека, которые можно регулировать с помощью дыхания. Оформите таблицу, в которой отразите технику, её название (если имеется), её функциональный смысл. Будьте готовы представить не менее 3-х различных дыхательных техник. Опробуйте такие техники на себе. Отразите в отчёте под таблицей  результаты, свои ощущения.

(Трудоёмкость 50 минут)

2.Заполните таблицу строения нервной системы.  Отметьте основные функциональные структуры. Используйте дополнительные материалы.

Пример заполнения таблицы.

Структура	Локализация	Функции	Комментарии
Периферические ганглии	Располагаются по ходу спинного мозга. Относятся к спинному мозгу.	Отвечает за переработку информации на локальном уровне, частично регулирует простейшие функции (например, тонус мочевого пузыря)	Количество таких ганглиев должно быть равно количеству сегментов в спинном мозге. Такие ганглии есть звенья вегетативной нервной системы.

 

(Трудоёмкость 60 минут)

3. В лекции упоминается о существовании так называемых синапсов. Подготовьте презентацию, в которой создайте слайды, посвящённые различным видам синапсов и их функциям.

(Трудоёмкость 50 минут)

4. В лекции говориться о том, что соматическая нервная система осуществляет преимущественно связь организма с внешней средой: восприятие раздражений, регуляцию движений поперечнополосатой мускулатуры скелета. Дополните этот раздел текста. Сделайте расширение в формате гипертекста. Сопроводите материалы рисунками, схемами или графиками.

(Трудоёмкость 40 минут)

5. Напишите эссе на тему “Зачем изучать мозг?”  Объём эссе должен быть не менее 700 слов.

(Трудоёмкость 35 – 40  минут)