Введение

Как у всех позвоночных, нервная система человека состоит из центральной и периферической частей. К центральной части относятся головной и спинной мозг, к периферической -- нервы и нервные узлы.

В центральной нервной системе сосредоточено большое число нейронов. Их тела вместе с дендритами образуют серое вещество мозга. На поверхности головного мозга они образуют кору, а их скопления внутри белого вещества образуют ядра. Тела нейронов периферической нервной системы находятся в особых скоплениях -- нервных узлах.

Длинные отростки, покрытые оболочками, образуют нервные волокна. В центральной нервной системе они образуют белое вещество, а на периферии входят в состав нервов.

Глава 1. Строение нервной системы. Спинной мозг

Различают чувствительные, исполнительные и смешанные нервы. По чувствительным нервам сигналы идут в центральную нервную систему. Они информируют мозг о состоянии внутренней среды и событиях, происходящих в окружающем мире. Исполнительные нервы несут сигналы от мозга к органам, управляя их деятельностью. Смешанные нервы включают как чувствительные, так и исполнительные нервные волокна.

Спинной мозг лежит в позвоночном канале (рис. 1, А). Он представляет собой цилиндрический тяж диаметром около 1 см. Вверху спинной мозг переходит в головной, внизу оканчивается на уровне второго поясничного позвонка пучком отходящих от него нервов, напоминающим конский хвост.

Спинной мозг находится в спинномозговой жидкости. Она выполняет роль тканевой жидкости, обеспечивая постоянство внутренней среды, и предохраняет спинной мозг от толчков и сотрясений.

На передней и задней поверхностях спинного мозга проходят глубокие борозды, делящие его на две половины, соединенные в глубине центральной перемычкой. В самом центре спинного мозга проходит центральный канал, также заполненный спинномозговой жидкостью.

Вокруг центрального канала располагается серое вещество, состоящее из тел нейронов и их дендритов (рис. 91, Б). Оно занимает всю центральную часть спинного мозга и тянется сверху донизу в виде серых столбов. На поперечном разрезе серое вещество имеет вид бабочки.

Белое вещество располагается в наружной части спинного мозга. Оно содержит массу нервных волокон, связывающих нейроны спинного мозга между собой, а также с нейронами головного мозга.



Рис. 1. Спинной мозг в позвоночном канале.

А -- положение спинного мозга и нервных узлов: 1 -- белое вещество спинного мозга; 2 -- серое вещество спинного мозга; 3 -- позвоночный канал; 4 -- узлы симпатического ствола; 5 -- тело позвонка; 6 -- межпозвоночный диск; 7 -- задний отросток позвонка; 8 -- передние корешки спинномозговых нервов; 9 -- задние корешки спинномозговых нервов со спинномозговыми узлами; Б -- спинной мозг (вид сбоку): 1 -- белое вещество; 2 -- серое вещество; 3 -- центральный канал; 4-- спинномозговые узлы на задних корешках спинномозговые нервов; 5-- узлы симпатического ствола

Различают восходящие нервные пути, по которым нервные импульсы идут к головному мозгу, и нисходящие нервные пути, по которым возбуждение идет от головного мозга к центрам спинного мозга.



Рис. 2. Коленный рефлекс: 1 -- рецепторы коленного рефлекса; 2 -- чувствительный нейрон спинномозгового узла; 3 -- двигательный нейрон; 4 -- аксон двигательного нейрона; 5 -- нервные окончания двигательного нейрона Щ$&.ышцах с синапсами (стрелками показано направление нервного Щпульса)

Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводящую функции. Вспомним, как осуществляется коленный рефлекс (рис. 2). Врач ударяет молоточком по сухожилию четырехглавой мышцы пациента. Возникшее в рецепторах возбуждение направляется в спинной мозг, затем через синапсы переключается на исполнительные нейроны. Они посылают нервные импульсы к мышцам ноги, и она приходит в движение. Этот безусловный спинномозговой рефлекс происходит непроизвольно. Когда спинной мозг выполняет рефлекторную функцию, рефлекторная дуга замыкается на уровне спинного мозга. Это, однако, не значит, что головной мозг не получает ин-фррмацию о спинномозговых рефлексах: пациент чувствует удар и движение ноги. В мозг эта информация приходит по восходящим путям, благодаря проводящей функции спинного мозга. Она же позволяет снизить или повысить рефлекторный эффект, совершать произвольные действия. Например, по желанию мы можем задержать движение ноги или преднамеренно качнуть ею. Это возможно потому, что из головного мозга по нисходящим путям к нейронам спинного мозга поступают возбуждающие или тормозящие сигналы.

Произвольные движения регулируются головным мозгом, но приводят в действие конкретные мышцы туловища и конечностей исполнительные центры спинного мозга. Они находятся в передних столбах серого вещества.

1.1 Связь спинного мозга с головным

Центры спинного мозга работают под контролем головного мозга. Импульсы, поступающие от него, стимулируют деятельность центров спинного мозга, поддерживают их тонус. Если нарушена связь между спинным и головным мозгом, что бывает при повреждении позвоночника, наступает шок. При шоке все рефлексы, центры которых лежат ниже повреждений спинного мозга, пропадают, и произвольные движения становятся невозможными.

1.2 Строение головного мозга. Функции продолговатого и среднего мозга, моста и мозжечка

1.2.1 Отделы головного мозга

Через затылочное отверстие спинной мозг сообщается с головным. Четкой границы перехода нет.

Головной мозг состоит из следующих отделов: продолговатый мозг, мозжечок, мост, средний мозг, промежуточный и большие полушария головного мозга. Последние часто называют полушариями большого мозга, в отличие от полушарий мозжечка, малого мозга (рис. 3). Продолговатый мозг, мост и мозжечок относят к заднему мозгу, а промежуточный и большой мозг -- к переднему мозгу.

На уровне моста и продолговатого мозга проходит единый ствол мозга, но на уровне среднего мозга в нем возникают две симметричные половины. В переднем мозге они разобщены и сообщаются между собой перемычками. Центральный канал Спинного мозга продолжается и в головном. Между продолговатым мозгом и мозжечком образуется IV желудочек, а между симметричными половинами промежуточного мозга III желудочек. В левой половине большого мозга расположен I желудочек, в правой -- II желудочек

Рис. 3. Отделы головного мозга. Задний мозг: 1 -- продолговатый; 2 -- мозжечок; 3 -- мост; 4 -- средний мозг. Передний мозг. Промежуточный: 5 -- гипоталамус; 6 -- таламус; 7 -- большие полушария головного мозга (большой мозг)

Продолговатый мозг по своему строению и функциям сходен со спинным мозгом, с которым имеет непосредственную нижнюю границу. В продолговатом мозге находятся ядра блуждающего нерва, иннервирующего сердце и другие внутренние органы.

В ядрах серого вещества продолговатого мозга находятся центры защитных рефлексов -- мигательного и рвотного, рефлексов кашля и чихания, некоторых других. Другая группа центров связана с питанием и дыханием -- это центры вдоха и выдоха, слюноотделения, глотания и отделения желудочного сока.

Через продолговатый мозг проходят пути, соединяющие спинной мозг с мозжечком, средним мозгом и другими его отделами, до коры больших полушарий включительно.

Функции продолговатого мозга такие же, как у спинного, -- рефлекторные и проводящие.

Мост тоже состоит из серого и белого вещества. Серое вещество представлено отдельными ядрами. В них находятся центры, связанные с движением глазных яблок, мимикой. Нервные пути, составляющие основную массу белого вещества моста, связывают полушария мозжечка и спинной мозг с другими отделами головного мозга. Через мост проходят в кору слуховые пути.

Мозжечок состоит из средней, наиболее древней части и полушарий, имеющих кору. Он находится над продолговатым мозгом и связан со всеми отделами мозга. Особенно тесна связь мозжечка со средним мозгом (рис. 94).

Мозжечок осуществляет координацию движений, делает их плавными, точными и соразмеренными, устраняет лишние движения, например возникшие в силу инерции. Это бывает, когда сопротивление неожиданно исчезает или водитель транспорта меняет скорость. При этом нам приходится прилагать усилия, чтобы устоять на ногах и не потерять равновесие. Траектория любого движения от исходного положения до цели контролируется мозжечком.

1.2.2 Функции переднего мозга

Передний мозг состоит из двух отделов: промежуточного мозга и больших полушарий головного мозга. Это самый большой отдел головного мозга, состоящий из правой и левой половин.

Промежуточный мозг состоит из трех частей -- верхней, Центральной и нижней. Центральная часть промежуточного мозга называется таламусом. Он состоит из двух парных образований, разделенных III желудочком мозга. Сюда стекается вся информация от органов чувств. Здесь происходит первая оценка ее значимости. Благодаря таламусу только важная информация поступает в кору большого мозга.

Нижняя часть промежуточного мозга называется гипоталамусом. Он регулирует обмен веществ и энергии. В его ядрах имеются центры жажды и ее утоления, голода и насыщения. Гипоталамус контролирует удовлетворение потребностей и поддержание постоянства внутренней среды - гомеостаза. С участием промежуточного мозга и других отделов головного мозга осуществляются многие циклические движения: ходьба, бег, прыжки, плавание и пр., а также сохранение позы между движениями.

Большие полушария головного мозга разделены глубокой переднезадней щелью на левую и правую части. В ее глубине находится соединяющая их перемычка из белого вещества -- мозолистое тело.

Поверхность большого мозга образована корой, состоящей из серого вещества. Там сосредоточены тела нейронов. Они располагаются столбиками, образуя несколько слоев.

Под корой находится белое вещество, состоящее из массы нервных волокон, связывающих нейроны коры между собой и с нижележащими отделами мозга.

Здесь с участием речевых центров вырабатываются сценарии будущего поведения. Они реализуются другими отделами головного и спинного мозга, связанными с исполнительными органами.

Сведения о достигнутых результатах приходят по обратным связям в лобные доли полушарий и, в зависимости от полученного эффекта, деятельность прекращается или продолжается в измененном виде.

1.3 Соматический и автономный (вегетативный) отделы нервной системы

1.3.1 Значение функционального разделения нервной системы на соматический и автономный отделы

В процессе эволюции позвоночных животных произошло разделение функций нервной системы.

Ее соматический отдел специализируется на восприятии информации, поступающей из окружающей среды, и управлении движениями тела в пространстве. Автономный (вегетативный) отдел управляет внутренними органами, гладкой мускулатурой и обменом веществ.

Разделение функций нервной системы дало большие преимущества в борьбе за существование. Постройка жилища, бегство от хищника, поиск пищи требовали точной ориентировки в окружающей среде и выработки определенной линии поведения, которая выражалась в произвольных движениях, регулируемых соматической системой. Организация же сложного «внутреннего хозяйства», например установление необходимого для данной работы ритма и силы сердечных сокращений, давления крови, продвижение пищи по желудку и кишечнику, проходила автоматически благодаря точно очерченной для каждого вида генетической программе, осуществляемой автономным отделом нервной системы.

Автономная нервная система слабо подчиняется волевому контролю, и в этом есть определенное ее преимущество, поскольку она не дает нам возможности вмешиваться в веками отлаженную программу работы внутренних органов.

Соматическая нервная система регулирует работу поперечнополосатой мышечной ткани скелетных мышц.

Рис. 4. Доли больших полушарий головного мозга: 1 -- лобная; 2 -- теменная; 3 -- затылочная; 4 -- височная

Поверхность полушарий собрана в складки. Выступающие части поверхности образуют извилины, а углубления -- борозды. Они намного увеличивают поверхность коры больших полушарий. Самые глубокие борозды делят каждое полушарие на четыре доли: лобную, теменную, затылочную и височную. Они примыкают к соответствующим костям и потому носят их названия. Центральная борозда отделяет лобную долю от теменной, боковая -- височную долю от лобной и теменной.

В нейронах коры больших полушарий происходит анализ нервных импульсов, поступающих от органов чувств. Он осуществляется в чувствительных зонах, которые занимают среднюю и заднюю части головного мозга. Так, в затылочной доле сосредоточены нейроны зрительной зоны, в височной -- слуховой. В теменной зоне, позади центральной извилины, находится зона кожно-мышечной чувствительности.

Обонятельные и вкусовые зоны находятся на внутренней поверхности височных долей. Центры, регулирующие активное поведение, находятся в передних частях головного мозга, в лобных долях коры больших полушарий. Двигательная зона расположена впереди центральной извилины.

Правое полушарие управляет органами левой части туловища и получает информацию от пространства слева. Левое полушарие регулирует работу органов правой части туловища и воспринимает информацию от пространства справа.

Рис. 5. Основные зоны коры больших полушарий головного мозга человека с наружной (А) и внутренней (Б) сторон: 1 -- двигательная; 2 -- кожно-мышечной чувствительности; 3 -- зрительная; 4 -- слуховая; 5 -- обонятельная и вкусовая

Основная особенность большого мозга человека заключается в том, что правое и левое полушария функционально различны. В левом полушарии, как правило, у правшей находятся центры речи. Здесь происходит анализ обстановки и связанных с ним действий по отдельным параметрам, вырабатываются обобщения, строятся логические выводы. Правое полушарие воспринимает обстановку в целом. Здесь возникают так называемые интуитивные решения. В правом полушарии происходит распознавание образов и мелодий, запоминание лиц.

В полушариях большого мозга образуются временные связи между сигнальными, условно-рефлекторными раздражителями и жизненно значимыми событиями. Благодаря этим связям накапливается индивидуальный опыт.

Старая и новая кора большого мозга. Старая кора имеется уже у рептилий. У млекопитающих ее появление связано с развитием обоняния. Она как пояс окружает основание мозга и включает подкорковые ядра. Здесь сосредоточены центры, связанные со сложными инстинктами, эмоциями, памятью. Старая кора дает возможность организму различать благоприятные и неблагоприятные события и реагировать на них испугом, радостью, агрессией, тревогой. Здесь в памяти хранится информация о пережитых событиях. Это дает возможность при сходных обстоятельствах предпринять действия, которые приведут к успеху. В отличие от новой коры, старая кора не может точно распознавать объекты, оценивать вероятность будущих событий и планировать ответы на их появление.

В новую кору поступает информация от внутренних органов и от органов чувств. В лобных долях из многочисленных потребностей отбирается самая важная и формируется цель де деятельности, план достижения цели на основании анализа обстановки и прошлого опыта.

Высшим центром соматической нервной системы является кора больших полушарий. Сюда стекается вся информация от органов чувств к внутренней среде организма. Здесь изыскиваются способы удовлетворения потребностей. В лобных долях коры созревает план будущих действий, который реализуется соматической нервной системой. Цели человека много сложнее, чем цели животных, но и они в конечном счете сводятся к мышечному движению -- будь то работа на станке, письмо, речевое общение или даже чтение (движение глаз, произнесение слов про себя ит. д.). Приспособление к природной и социальной среде, связанное с изменением поведения, осуществляется соматической нервной системой.

Автономная (вегетативная) нервная система, как и соматическая, имеет центральную к периферическую части. Высшим органом автономной нервной системы считается гипоталамус. Он регулирует не только автономную нервную систему, но и эндокринные железы через гипофиз.

Симпатический подотдел автономной нервной системы называют системой аварийных ситуаций, так как он активизируется всякий раз, когда организм находится в напряжении. Его высшие центры расположены в боковых столбах верхней и средней частей спинного мозга. От них идут нервы к нервным узлам, расположенным вдоль позвоночника. Это парные узлы нервного ствола. Кроме того, имеются и дополнительные узлы, например в области живота -- солнечное сплетение, а также в некоторых других местах.

Под влиянием симпатической иннервации сердце усиливает свою работу, повышается кровяное давление, увеличивается содержание сахара в крови, сосуды кожи сужаются, человек бледнеет. Органы пищеварения под действием симпатических нервов затормаживают свою деятельность.

1.3.2 Парасимпатический подотдел автономной нервной системы

Высшие парасимпатические центры находятся в стволе головного мозга и в крестцовой части спинного мозга. Самый крупный из них -- центр блуждающего нерва -- находится в продолговатом мозге под дном IV желудочка. Блуждающий нерв идет параллельно нервному стволу и дает ответвления ко многим внутренним органам. Нервные узлы парасимпатической системы располагаются либо в самих органах, либо недалеко от них (рис. 6).

Рис. 6. Схема строения автономной (вегетативной) нервной системы: 1 -- парасимпатические ядра; 2 -- симпатические ядра; 3 -- узлы симпатического ствола; 4 -- блуждающий нерв парасимпатической системы; 5 -- парасимпатические узлы в органах

Парасимпатическую систему называют системой отбоя. Она возвращает деятельность сердца в состояние покоя, уменьшает давление и содержание сахара в крови. Под ее влиянием дыхание становится более редким, но более глубоким, что позволяет избавиться от продуктов неполного окисления, оставшихся после напряженной работы. Блуждающий нерв расширяет кожные сосуды и активизирует органы пищеварения.

1.3.3 Взаимодействие симпатического и парасимпатического подотделов

Оба подотдела автономной нервной системы работают по принципу дополнительности. В состоянии ли покоя, в состоянии ли интенсивной работы находится человек, его внутренние органы и гладкие мышцы получают нервные импульсы как от симпатического, так и от парасимпатического подотделов.

Рис. 7. Схема симпатической и парасимпатической иннервации автономной (вегетативной) нервной системы: 1 --ядра автономной нервной системы, находящиеся в головном и спинном мозге; 2 -- нервные узлы; 3 -- иннервируемые органы

Представим, что человек увидел на остановке нужный ему автобус и побежал. Включилась симпатическая система, просвет сосудов стал сужаться, давление повысилось, и скорость крови возросла. Но если сужение чрезмерно, просвет сосуда становится настолько узким, что кровь по нему вообще не может пройти (это бывает при спазмах сосудов). Но этого не происходит, так как по обратным связям в мозг идут сигналы о неблагополучии и включается парасимпатическая система, которая расширяет сосуды. Так находится оптимальная величина просвета сосудов, обеспечивающая необходимые давление и скорость крови.

Глава 2. Методические разработки по теме «Строение и функции нервной системы»

2.1 Урок №1. Динамика процессов ВНД

Задачи раздела: дать характеристику процессов иррадиации и концентрации возбуждения и торможения, рассмотреть закон взаимной индукции и его проявление, изучить явление доминанты и ее роль в психических процессах, познакомиться с физиологическими основами и теориями сна и сновидений, гигиеной сна.

2.1.1 Иррадиация и концентрация нервных процессов

Оборудование: таблицы, схемы и рисунки, иллюстрирующие процессы иррадиации и концентрации возбуждения и торможения.

2.1.2 Ход урока

2.1.2.1 Изучение нового материала

1) Динамика нервных процессов в сети нейронов

Вся сложная и разнообразная деятельность высших отделов нервной системы построена на работе двух основных нервных процессов - возбуждения и торможения. Протекая в подвижных пространственных и временных отношениях друг с другом, эти процессы то разливаются (иррадиируют), то сосредоточиваются (концентрируются) в определенных пунктах коры, то возбуждение порождает торможение (отрицательная индукция), то торможение дает начало возбуждению (положительная индукция).

Непрерывное взаимодействие движущихся и вызывающих друг друга возбудительных и тормозных процессов создает в высших отделах мозга чрезвычайно тонкую мозаику, колеблющийся узор из переплетения возбужденных и заторможенных нейронов. Такие мозаики лежат в основе как различных актов поведения, так и их торможения в явлениях сна.

2) Иррадиация торможения

Возбуждение или торможение, возникшее в какой-либо клетке или группе клеток мозга, всегда склонны к распространению. Распространение нервного процесса из очага его возникновения на окружающие нервные клетки называется иррадиацией (от лат. irradiare - сиять).

Иррадиацию условного торможения удобно наблюдать в кожном анализаторе. Значительная площадь этого анализатора является как бы увеличивающим зеркалом, в котором можно ясно видеть, как по последовательно расположенным проекционным полям будет иррадиировать тормозное состояние, например дифференцировочное торможение.

Рис. 8. Опыт с иррадиацией дифференцировочного торможения по корковым клеткам кожного анализатора: 0 - дифференцировочный раздражитель; 1, 2, 3, 4 - положительные условные раздражители (прикладываются к пунктам кожи ноги на расстоянии от дифференцировочного раздражителя соответственно на 3, 9, 15 и 22 см)

Иррадиацию дифференцировочного торможения обнаружили в следующем опыте (рис. 8). Вдоль задней ноги собаки от стопы до бедра наклеивали пять «касалок» - приборов для механического раздражения кожи. Четыре верхние касалки использовали для выработки условных пищевых слюноотделительных рефлексов и добивались одинаковых слюноотделительных эффектов от этих раздражителей. Нижняя касалка служила дифференцировочным раздражителем и применялась без подкрепления едой, пока не переставала вызывать даже малейшее слюноотделение. Если теперь, вслед за применением дифференцировочной касалки, испробовать положительные раздражители, то оказывается, что слюногонное действие последних претерпевает закономерные изменения.

Каждый раз, когда дифференцировочная касалка создавала очаг торможения, начинали изменяться и соседние положительные рефлексы. Следовательно, торможение выходит за пределы своего очага и захватывает соседние клетки анализатора, в данном случае те, на которые проецируются пункты положительных касалок.

В одинаковых условиях условные рефлексы, связанные с положительными касалками, изменяются по-разному. Так, рефлекс, связанный с ближайшим пунктом (касалка 1), оказался полностью заторможенным. Рефлекс, связанный с пунктом, расположенным несколько дальше (касалка 2), был только уменьшен. Рефлексы, связанные с пунктами, расположенными еще дальше, не только не испытали торможения, но даже усилились. Следовательно, иррадиирущее торможение оказывает тем более сильное воздействие на клетки анализатора, чем ближе они находятся к тормозном очагу.

Каждый, кому приходилось играть в мяч, знает, как легко обмануть партнера, сделав несколько обманных движений мячом. После ряда таких бросков партнер не только не пытается поймать мяч, но даже не сходит с места, не меняет позы. Торможение, наступившее вследствие угасания условного рефлекса на бросок мяча, распространилось на многочисленные нервные центры. Этот пример также иллюстрирует иррадиацию торможения.

3) Концентрация торможения

После широкой иррадиации наступает сосредоточение, концентрация торможения в месте его возникновения. Этот процесс тоже удобно проследить на примере дифференцировочного торможения в кожном анализаторе. Опыты проводили так же, как и при наблюдении иррадиации, но положительные рефлексы на раздражение каждого участка кожи испытывали в различные сроки после окончания действия тормозного раздражителя. При помощи такого приема можно увидеть, как сначала далеко распространившееся тормозное состояние начинает сосредоточиваться, возвращаясь к исходному пункту.

При концентрировании торможение проходит в обратной последовательности все те пункты проекционных полей анализаторов, которые оно захватывало в своем поступательном движении.

Что представляет собой процесс торможения? Возможны два варианта. При первом распространившееся торможение рассеивается, затухает на периферии и занимаемая им территория постепенно уменьшается. При втором происходит подъем обратной волны торможения к тому месту, откуда оно распространилось. Последнее более вероятно, так как, например, упрочение дифференцировки сопровождается усилением тормозного процесса.

Следовательно, концентрация торможения связана не с рассеиванием и ослаблением, а с его сосредоточением и усилением.

4) Скорость иррадиации и концентрации торможения

На основании ряда опытов с кожным анализатором удалось измерить скорость иррадиирования тормозного состояния. Оказалось, что процесс иррадиирования торможения по нервным клеткам коры протекает очень медленно. Для прохождения области одного только кожного анализатора торможению требуются минуты.

Абсолютные величины времени концентрации тормозного процесса, как и времени его иррадиации, сильно зависят от индивидуальных особенностей подопытных животных, однако их соотношение оказалось довольно постоянным у всех испытуемых собак. Как правило, иррадиирование происходит в 4-5 раз быстрее, чем последующее концентрирование.

5) Иррадиация и концентрация возбуждения

Опыт, показывающий иррадиацию возбудительного процесса, в некоторых отношениях напоминает описанные опыты с иррадиацией торможения.

У собаки вдоль задней ноги от плюсны до таза на примерно одинаковом расстоянии друг от друга приклеивали пять касалок. На действие самой нижней касалки (касалка 1) вырабатывали условный рефлекс слюноотделения, подкрепляемый вливанием в рот собаке подкисленной воды. При первом испытании и другие сходные раздражители (касалки 2, 3, 4 и 5) вызывали слюноотделение. Для выработки дифференцированных реакций от касалок применли многократно касалку 1 с подкреплением, а остальные касалки - без подкрепления. Теперь только касалка 1 вызывала слюноотделение, а остальные превратились в тормозные сигналы.

После такой подготовки приступали к главной части опыта. Включали положительную касалку 1 на 15 с и сразу после ее выключения действовали касалкой 2. Однако ее действие тоже вызывало слюноотделение. Это означало, что пункт кожного анализатора, под касалкой 2, обычно находящийся в тормозном состоянии, сразу после возникновения очага возбуждения в пункте, под касалкой 1, тоже оказывался в возбужденном состоянии. Иначе говоря, возбуждение из пункта под касалкой 1 в это время распространилось на пункт под касалкой 2. Если так же испытать и какой-либо другой, более удаленный, пункт кожного анализатора, то можно судить о районе такой иррадиации. Таким образом, иррадиирущее возбуждение по мере удаления от очага своего развития постепенно ослабевает (рис. 9).

Рис. 9. Опыт с иррадиацией возбуждения по корковым клеткам кожного анализатора: 1 - положительный условный раздражитель; 2, 3, 4, 5 - дифференцировочные раздражители

Опыты показали, что иррадиация возбуждения в коре мозга происходит гораздо быстрее, чем иррадиация торможения, и требует менее 1 с для распространения по области кожного анализатора.

Через некоторое время после положительного сигнала соседние пункты анализатора вновь оказываются в прежнем тормозном состоянии. Это означает, что волна возбуждения уже успела разлиться по коре и вновь сосредоточиться в исходном пункте.

Сходные картины можно наблюдать и в жизни человека. Ребенку прижгли рану на руке йодом. Сначала он отдернул руку, затем стал ею махать, потом подпрыгивать, плакать, кричать. Возбуждение, возникшее в одном пункте коры, распространилось на другие. Оно охватило обширные участки коры, подкорковые центры.

В процессе обучения какому-либо навыку человек сначала совершает большое количество ненужных движений, и только после более или менее длительной практики его движения становятся экономичными, координированными. Иррадиация возбуждения уступает место концентрации, вследствие которой возбуждение оказывается стянутым в определенные участки.

Благодаря иррадиации возбуждения животное может реагировать не только на тот условный раздражитель, на который вырабатывался условный рефлекс, но и на сходные раздражители. Кошка обнаружила мышь по писку и поймала ее. Писк мыши сделался условным раздражителем. Но только ли на этот звук будет реагировать кошка? Оказывается, нет. Благодаря иррадиации возбуждения она будет реагировать на массу сходных звуков: писк птенцов, стрекотание кузнечика и т.д. Вполне возможно, что некоторые из них окажутся небесполезными. Иррадиация делает условный рефлекс обобщенным, или, как говорят, генерализованным. Только спустя некоторое время после образования этого рефлекса благодаря дифференцировочному торможению животное научится отличать истинные сигналы от ложных. Благодаря концентрации возбуждения уловный рефлекс становится специализированным.

Таким образом, способностью к иррадиации и концентрации обладают и процесс возбуждения, и процесс торможения.

2.1.2.2 Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

2.1.2.3 Домашнее задание

Изучить параграф учебника (понятия иррадиации и концентрации нервных процессов, иррадиация и концентрация торможения и их скорость, иррадиация и концентрация возбуждения).

2.2 Урок № 2. Индукция нервный процессов

Оборудование: таблицы, схемы и рисунки, иллюстрирующие процессы иррадиации и концентрации возбуждения и торможения, а также процессы положительной и отрицательной индукции, явление доминанты.

2.2.1 Ход урока

2.2.1.1 Проверка знаний

1) Работа по карточкам

Докажите, что на ранних стадиях выработки условного рефлекса происходит иррадиация возбуждения в коре полушарий большого мозга.

2) Устная проверка знаний по вопросам

1. Общая характеристика процессов иррадиации и концентрации возбуждения и торможения.

2. Характеристика иррадиации торможения.

3. Характеристика концентрации торможения.

4. Характеристика иррадиации и концентрации возбуждения.

5. Скорость иррадиации и концентрации тормозных и возбудительных процессов.

2.2.1.2 Изучение нового материала

1) Положительная индукция нервных процессов

Движение основных процессов ВНД определяется не только свойствами иррадиации и концентрации, но и свойствами их взаимной индукции. Индукцией (от лат. induction - возбуждение) называется свойство каждого из основных нервных процессов вызывать вокруг себя и после себя противоположный процесс.

Явление, при котором процесс торможения порождает процесс возбуждения, называется положительной индукцией.

Явление положительной индукции было выявлено в специальных опытах на примере, связанном с дифференцировочным торможением. Так, у собаки вырабатывали условный пищевой рефлекс слюноотделения, в котором сигналом служило раздражение касалкой кожи передней лапы. Другая касалка была установлена на задней ноге. Ее применяли без подкреплений, так что скоро она действовала как тормозной дифференцировочный раздражитель. На включение дифференцировочной касалки слюноотделение не наступало, однако испробованный сразу после нее положительный раздражитель давал резко усиленный рефлекс.

Измерение силы условного рефлекса по количеству слюны обнаруживает, что торможение в пункте задней лапы усилило условное возбуждение в пункте передней лапы почти на 50%. Следовательно, в данном случае произошла положительная индукция из очага торможения в очаг возбуждения.

С положительной индукцией мы встречаемся довольно часто в жизни. У малыша, утомившегося в течение дня, в коре больших полушарий начинают развиваться процессы торможения, поскольку данный отдел обладает наименьшей выносливостью. Торможение в коре по закону положительной индукции вызывает возбуждение подкорковых центров, в частности тех, с которыми связаны эмоции. Ребенок начинает либо веселиться, либо капризничать. Часто положительные и отрицательные эмоции сменяют друг друга: ребенок то плачет, то вновь начинает смеяться.

Примерно то же бывает у опьяневшего человека. Алкоголь вызывает наркотическое торможение в коре, что приводит к возбуждению подкорковых центров вследствие положительной индукции. Эмоциональные реакции усиливаются, человек переходит в состояние болезненной веселости - эйфории, которая нередко сменяется сильной тоской. Поведение становится ненормальным, нередко агрессивным. Теряется критическое отношение к обстановке, опьяневший человек не может оценить степень риска. Ему все кажется доступным и возможным. Это делает пьяного человека социально опасным.

2) Отрицательная индукция нервных процессов

Процесс, в ходе которого возбуждение вызывает торможение, называется отрицательной индукцией.

Явление отрицательной индукции можно продемонстрировать в следующем опыте. У собаки образован условный пищевой рефлекс на метроном с частотой 120 ударов в минуту. К этому положительному раздражителю выработана дифференцировка метронома с частотой 60 ударов в минуту. Как известно, дифференцировку очень легко разрушить, если начать сопровождать дифференцировочный раздражитель подкреплением. И действительно, после того, как несколько раз метроном с частотой 60 ударов в минуту применили с подкреплением, он сам начал вызывать слюноотделение. Это простой и безотказный способ уничтожения тормозного очага.

После разрушения дифференцировки применяют с подкреплением один метроном с частотой 120 ударов в минуту. В результате используемый вслед за ним метроном с частотой 60 ударов в минуту, который только что вызывал слюноотделение, сразу теряет свое действие. Дифференцировка при этом восстанавливается, что связано с возникновением очага возбуждения. Этот очаг отрицательно индуцировал, т.е. затормозил клетки пункта метронома с частотой 60 ударов в минуту, и индуцированное торможение усилило остатки дифференцировочного.

Приведем пример отрицательной индукции из жизни человека. Ребенку дали суп, он с аппетитом начал его есть, но тут включили телевизор, и ребенок застыл с поднятой ложкой. Произошло знакомое внешнее торможение: сильное возбуждение зрительных центров затормозило пищевой центр.

3) Доминанта и ее роль в психических процессах

Поведение во многом определяется потребностями. В том случае, когда одна из потребностей перерастает в сильное желание, она может подчинить себе все остальное. Известный физиолог А.А. Ухтомский обнаружил, что в нервной системе, в частности в головном мозге, могут возникать сильные очаги временного возбуждения. Эти временно господствующие очаги возбуждения в ЦНС, обладающие повышенной возбудимостью ко всем приходящим в них раздражениям и способные оказывать тормозящее влияние на деятельность других нервных центров, были названы доминантами (от лат. dominantis - господствующий).

В условиях доминанты легко образуются условно-рефлекторные связи между сигнальным раздражителем и безусловным подкреплением. Доминанты способны не только оказывать интенсивную отрицательную индукцию на соседние участки, вследствие чего достигается значительная заторможенность тех полей, которые не относятся к доминанте, но и возбуждения, вызванные раздражителями, не относящимися к доминанте, меняют свое обычное направление. Нервные импульсы, вместо того, чтобы двигаться по своему традиционному пути, идут в сторону доминантного очага. Доминанта как бы притягивает их и усиливается за их счет.

Например, если после выработки у морской свинки условного жевательного рефлекса на постукивание по столу, вместо постукивания сказать любую фразу, животное начнет жевать. Морская свинка начнет жевать, когда услышит голос, и прекратит жевание, когда вы кончите говорить. Любое раздражение - слуховое, тактильное, зрительное - будет вызывать у нее жевательные движения без предварительной выработки. При выработке пищевого условного рефлекса у морской свинки была создана доминанта. Новые раздражители (голос человека и др.) теперь без всякой выработки оказываются связанными с пищевым возбуждением. Это происходит потому, что нервные импульсы, появившиеся под влиянием этих раздражителей, меняют свой обычный путь, иррадиируя в сторону доминантного очага возбуждения, как бы притягиваются им. Они усиливают доминантное возбуждение, что мы и видим по появлению жевательной реакции.

А.А. Ухтомский полагал, что доминировать могут целые системы рефлексов. Доминанта лежит в основе таких психических процессов, как внимание, сосредоточенность, способность к волевым усилиям. Благодаря доминанте человек целиком «уходит» в работу, ничто его не отвлекает, он не слышит, когда к нему обращаются. Внимание концентрируется на том, что он делает. Алкоголик в состоянии запоя не может думать ни о чем, кроме выпивки. Нередко он не в силах контролировать свои поступки и становится опасным для окружающих.

Однако в некоторых случаях появление длительно не затухающих очагов доминантного возбуждения может стать причиной различных душевных заболеваний. Подобного рода застойные очаги патологического возбуждения наблюдал И.П. Павлов. Они являются одной из причин, в силу которых душевнобольные люди неправильно оценивают события и ненормально на них реагируют.

4) Функциональная мозаика в высших отделах нервной системы

Взаимодействие иррадиирущих и индуцированных нервных процессов создает необычайно сложное и меняющееся от момента к моменту их уравновешивание и территориальное разграничение. В результате возбуждение и торможение образуют дробный рисунок подвижной мозаики, непрерывно меняющей свои очертания (рис. 10).

Рис. 10. Перераспределение очагов активности в коре мозга кролика при выработке длительного условного рефлекса на зрительное раздражение

В свое время И.П. Павлов говорил о том, какую замечательную картину вспыхивающих и затухающих, непрерывно перемежающихся мерцаний мы увидели бы на поверхности мозга, если бы его возбужденные пункты светились. Это стало возможным при изучении движения нервных процессов по коре полушарий большого мозга с помощью методики электроэнцефалоскопии. Электроэнцефалоскоп позволяет наблюдать мозаику электрической активности коры мозга при одновременном отведении из 100 ее пунктов и воспроизводит на экране телевизора непрерывно возникающие и меняющиеся подвижные картины, которые фиксируются киносъемкой. Такой «телевизор» мозга значительно расширяет возможности объективного изучения пространственной динамики активности коры при условно-рефлекторной деятельности.

Глава 3. Задания развивающего характера по теме: «Строение и функции нервной системы»

3.1 Лабораторная работа «Безусловные рефлексы продолговатого, среднего и промежуточного мозга»

Цель: познакомиться с безусловными рефлексами продолговатого, среднего и промежуточного мозга.

Оборудование: десертная ложка, спирт, карандаш.

Ход работы:

1) Продолговатый мозг

Черенком ложки экспериментатор прикасается к задней поверхности языка. Непроизвольно возникает глотательный рефлекс.

Испытуемый делает подряд несколько глотательных движений. Когда у него во рту слюны не останется, глотательный рефлекс проявляться не будет.

Испытуемый делает 2-3 быстрых и глубоких вдоха и выдоха. После этого у него на некоторое время дыхание прекращается.

Форма отчетности: Ответьте на следующие вопросы. Какие функции продолговатого мозга были выявлены в этих экспериментах? Какие еще функции этого отдела головного мозга вам знакомы?

2) Средний мозг

Экспериментатор предлагает испытуемым задания (например, прочитать небольшой текст). Как только все испытуемые приступили к чтению, он неожиданно и достаточно сильно стучит по столу карандашом. В этот момент большинство испытуемых прекратят чтение и непроизвольно повернут голову к источнику звука (ориентировочный рефлекс).

Испытуемый смотрит на зажженную лампу. Виден один источник света. Теперь он осторожно надавливает на одно из глазных яблок и вновь смотрит на источник света. Предмет начинает двоиться, видны две лампочки. Это произошло оттого, что была нарушена правильная установка глаза, контролируемая средним мозгом.

Испытуемый закрывает глаза, вытягивает вперед правую руку с разогнутым указательным пальцем, остальные пальцы сжаты в кулак. После этого кончиком указательного пальца касается своего носа.

Форма отчетности: Ответьте на следующие вопросы. Какие функции среднего мозга удалось установить с помощью данных экспериментов? Вы наверняка обращали внимание на то, что в общественных местах двери чаще всего открываются наружу - с какой функцией среднего мозга это связано?

3) Промежуточный мозг

Экспериментатор предлагает испытуемым заниматься своими делами. А затем неожиданно дает громкую команду: «Замри!». Испытуемые замирают в разных позах (поздний рефлекс промежуточного мозга).

Форма отчетности: Ответьте на следующие вопросы. Каковы рефлексы, центры которых находятся в промежуточном мозге, гипоталамусе? Какие функции в промежуточном мозге выполняет гипоталамус?

3.2 Строение нервной системы и ее свойства

1. Нервная система подразделяется на … (центральную и периферическую).

2. От центральной нервной системы ко всем органам нашего тела отходят … (нервы).

3. Ответная реакция организма на раздражение рецепторов, осуществляемая при участии нервной системы, называется … (рефлексом).

4. Скопление тел нейронов образуют … (серое) вещество головного и спинного мозга, а скопление их отростков - ... (белое) вещество.

5. Скопления тел нервных клеток за пределами центральной нервной системы - ... (нервные узлы).

6. Электрическая волна, распространяющаяся по нервному волокну, - ... (нервный импульс).

7. Нейроны, передающие в мозг нервные импульсы от органов чувств и внутренних органов, называются … (чувствительными).

8. Нейроны, передающие нервные импульсы от мозга к мышцам и железам - ... (двигательные).

9. Путь, по которому проводятся нервные импульсы при осуществлении рефлекса, называют … (рефлекторной дугой).

10. На передней и задней сторонах спинной мозг имеет … (продольные борозды), делящие его на правую и левую половины.

11. В центре спинного мозга проходит … (спинномозговой канал), заполненный спинномозговой жидкостью.

12. От каждого сегмента спинного мозга, отходит пара спинномозговых нервов, начинающихся двумя корешками - ... (передним и задним).

13. Основные функции спинного мозга - ... (рефлекторная и проводниковая) .

14. Головной мозг делят на три отдела - ... (передний, средний и задний).

15. Сверху большие полушария головного мозга покрывает серое вещество, называемое … (корой больших полушарий).

16. Доли коры больших полушарий - ... (лобная, теменная, затылочная и височная).

17. Определенный участок коры больших полушарий, осуществляющий анализ и синтез полученной информации, - ... (зона).

3.3 Кроссворды

3.3.1 Нервная система (вариант 1)

По вертикали. 2. Ответная реакция организма на раздражение.

По горизонтали. 1. Нервная клетка. 3. Пучки длинных отростков нейронов. 4. Часть нервной системы. 5. Вещество головного и спинного мозга, образованное скоплениями отростков нейронов. 6. Специализированные чувствительные клетки. 7. Отдел головного мозга, участвующий в координации движений, поддержании позы и равновесия тела. 8. Доля коры больших полушарий, в которой находится слуховая зона.

Ответы

По вертикали. 2. Рефлекс.

По горизонтали. 1. Нейрон. 3. Нервы. 4. Периферическая. 5. Белое. 6. Рецепторы. 7. Мозжечок. 8. Височная.

3.3.2 Нервная система (вариант 2)

По вертикали: 2. Ответная реакция организма на раздражение.

По горизонтали: 1. Пучки длинных отростков нейронов. 3. Нейроны, передающие импульсы от органов чувств в центральную нервную систему. 4. Часть нервной системы, представленная нервами и нервными узлами. 5. Рефлексы, которые формируются в течение жизни. 6. Нейроны, передающие импульсы от центральной нервной системы к рабочим органам. 7. Специализированные образования на концах длинных отростков нейронов, с помощью которых осуществляется передача возбуждения от одной нервной клетки к другой. 8. Нейроны, осуществляющие связь между чувствительными и двигательными нейронами.

Ответы

По вертикали. 2. Рефлекс.

По горизонтали. 1. Нервы. 3. Чувствительные. 4. Периферическая. 5. Условные. 6. Двигательные. 7. Контакты. 8. Вставочные.

3.3.3. Нервная система (вариант 3)

По вертикали: 2. Нервная система, представленная головным и спинным мозгом.

По горизонтали: 1. Специализированные клетки, расположенные в органах чувств. 3. Отдел головного мозга, участвующий в координации движений, поддержании позы и равновесия тела. 4. Корешок спинномозгового нерва, состоящий из двигательных волокон. 5. Доля коры больших полушарий головного мозга. 6. Вещество мозга, образованное скоплениями тел нейронов. 7. Отдел головного мозга. 8. Складки коры больших полушарий. 9. Зона, расположенная в затылочной доле коры больших полушарий. 10. Мозг, расположенный в полости черепа. 11. Доля коры больших полушарий, ответственная за поведение человека. 12. Доля коры больших полушарий, в которой находится обонятельная зона.

Ответы

По вертикали. 2. Центральная.

По горизонтали. 1. Рецепторы. 3. Мозжечок. 4. Передний. 5. Затылочная. 6. Серое. 7. Задний. 8. Извилины. 9. Зрительная. 10. Головной. 11. Лобная. 12. Височная.

Литература

1. Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. - М., 2002

2. Журналы «Биология в школе» (2, 6/2004; 5/2005; 2/2006).

3. Биология: Анатомия и физиология человека // Мультимедийное учебное пособие, 2003.

4. Николе Дж. и др. От нейрона к мозгу. - М., 2003.

5. Репетитор по биологии Кирилла и Мефодия //Виртуальная школа, 2006.

6. Шульговский В.В. Физиология центральной нервной системы. - М., МГУ, 1997.