Координационная и интегративная деятельность ЦНС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Координационная и интегративная деятельность ЦНС

Координационная деятельность ЦНС

Под координационной деятельностью ЦНС подразумевается согласованная и соподчиненная деятельность нервных центров, направленная на достижение полезного результата. В основу координационной деятельности ЦНС положено несколько принципов:

· принцип общего конечного пути;

· принцип проторения пути;

· принцип доминанты;

· принцип обратной связи;

· принцип реципрокности.

1. Принцип общего конечного пути. Сущность этого принципа заключается в конвергенции, когда на каком-либо одном нейроне или нервном центре сходятся несколько терминалей из других отделов ЦНС. Так, например, к одному мотонейрону подходят коллатерали аксонов первичных афферентов, спинальных интернейронов, нисходящих путей из стволовой части мозга и коры. Все эти терминальные окончания образуют на мотонейроне возбуждающие и тормозные синапсы и формируют конвергентную воронку, суженная часть которой и представляет собой мотонейрон. Суть этого механизма была раскрыта английским физиологом Ч. Шеррингтоном, который сформулировал принцип общего конечного пути. Согласно его представлениям, количественное преобладание чувствительных и других приходящих волокон над двигательными создает неизбежное столкновение импульсов в общем конечном пути, которым является группа мотонейронов и иннервируемые ими мышцы. Благодаря такому столкновению достигается блокирование всех воздействий, кроме одного, которое и регулирует протекание рефлекторной реакции. Принцип общего конечного пути, как один из принципов координации, применяется не только для спинного мозга, но и для любого другого отдела ЦНС.

Рис. 1. Принцип общего конечного пути

2. Принцип проторения пути. В основе этого принципа лежит модификация синапсов в направлении улучшения синаптической проводимости. В том случае если по сети нейронов в определенном направлении и по определенному пути прошел ПД, то при последующих раздражителях, за счет кратковременной и долговременной потенциации, по этому же пути ПД пройдет «легче». Данный принцип очень важен для формирования условных рефлексов, памяти.

3. Принцип доминанты. Под доминантой понимают господствующий очаг возбуждения, который предопределяет характер текущих реакций центров в данный момент. Этот принцип был разработан А.А. Ухтомским. Доминантный центр характеризуется: 1) наличием повышенной возбудимости, 2) инерционностью, 3) способностью к концентрации возбуждения с других нервных центров, 4) торможением деятельности других нервных центров, функционально несовместимых с деятельностью доминантного очага. Доминанта способна длительное время поддерживать очаг возбуждения в мозге и «притягивать» возбуждение из соседних областей. Психологически это выражается в том, что человек, имеющий сильную мотивацию к какому-то виду деятельности, будет выбирать из всего многообразия сигналов внешнего мира только те, что имеют отношение к его доминирующему желанию. Доминирующий очаг возбуждения может возникнуть как за счет гуморальных воздействий, так и под влиянием нервных сигналов, изменяющих возбудимость центральных нейронов. Доминантное состояние нервного центра, которое может поддерживаться довольно длительное время, обусловлено длительными следовыми процессами на мембранах нервной клетки и в синапсах.

4. Принцип обратной связи. Обратная связь необходима для определения эффективности рефлекторных действий в ответ на определенный раздражитель. Наличие обратной связи позволяет соотнести выраженность изменений параметров системы с воздействием на нее. Учитывая иерархичность уровней ЦНС, связь между каждым из этих уровней может быть охарактеризована определенным набором параметров. В том случае если воздействие направлено от вышележащего отдела к нижележащему, говорят о прямой связи. Если нижележащий отдел воздействует на вышележащий, говорят об обратной связи. Если связь соединяет соседние иерархические уровни, то это короткая связь, в противном случае речь идет о длинной связи. Если увеличение активности одного отдела приводит к увеличению активности другого, то это положительная связь, а если увеличение активности одного отдела приводит к уменьшению активности другого, то это отрицательная связь. Связь можно подразделять по скорости действия - быстрая (нервная) и медленная (гуморальная). Положительная прямая и отрицательная обратная связь улучшает устойчивость системы, то есть ее способность возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения влияния возмущающих факторов. Примером такой связи может служить возвратное торможение в спинном мозге с использованием клеток Реншоу. Положительная прямая и положительная обратная связь участвуют в «раскачивании» системы, то есть в увеличении различий между элементами системы.

На рисунке 2, приведенном ниже, представлены варианты связей трех уровней. Наивысший уровень - уровень1, уровни 2 и 3 соответственно более низкие.

5. Принцип реципрокности. Данный принцип отражает характер взаимоотношений между центрами, ответственными за осуществление противоположных функций. Классическим примером является активация проприорецепторов мышцы-сгибателя, которая одновременно возбуждает мотонейроны мышцы-сгибателя и тормозит через вставочные тормозные нейроны мотонейроны мышцы-разгибателя. Следовательно, в основу реципрокных отношений положено реципрокное торможение, которое играет важную роль в автоматической координации двигательных актов.

Интегративная деятельность ЦНС

Интегративная деятельность ЦНС заключается в соподчинении и объединении всех функциональных элементов организма в целостную систему, обладающую определенной направленностью действий. В осуществлении интегративной функции принимают участие различные уровни организации ЦНС. Для осуществления интегративной деятельности необходима координированная работа различных нейронов и нервных центров. Следовательно, координация и интеграция являются двумя одновременно протекающими и тесно взаимосвязанными процессами. В интеграционных процессах выделяют:

· уровень нейрона;

· уровень микросистем нейронов;

· уровень нервных центров;

· уровень больших интегративных систем.

1. Интегративная деятельность на уровне нейрона. Функциональной единицей ЦНС является нейрон, клеточная мембрана которого представляет область интеграции синаптических влияний. Этот уровень будет являться первым и осуществляется он в результате взаимодействия ВПСП и ТПСП, которые генерируются при активации синаптических входов нейрона. Если входы на нейрон активируются одновременно, то происходит суммация постсинаптических потенциалов, что и является основой интеграции. Конвергенция возбуждающих и тормозных входов на мембране нейрона определяет частоту генерируемых им ПД и, следовательно, выступает в качестве универсального фактора интегративной деятельности нервной клетки. С современной точки зрения, нейрон представляет собой математическую модель простого процессора, имеющего несколько входов-дендритов и один выход-аксон. Входные сигналы, поступающие через дендриты, преобразуются нейроном в выходной сигнал, который распространяется по аксону с использованием трех функциональных блоков: 1) локальной памяти; 2) суммирования; 3) нелинейного преобразования.

Блок локальной памяти содержит информацию о весовых множителях, являющихся аналогом чувствительности пластических синаптических контактов. Выбором весов достигается та или иная интегральная функция нейрона.

Блок суммирования обеспечивает интеграцию синаптических влияний.

Блок нелинейного преобразования генерирует потенциал действия, то есть функцию с определенными параметрами, в том случае если параметры синаптических входов содержат необходимые данные.

2. Интегративная деятельность на уровне микросистем нейронов. Одиночные нейроны образуют микросистемы нейронов, в каждой из которых имеет место и конвергенция и дивергенция нейронных цепочек. При этом можно выделить две группы межнейронных связей: 1) «жесткие» - генетически детерминированные связи между отдельными нейронами и микросистемами нейронов; 2) «вероятностные» - их формирование происходит в процессе жизнедеятельности. Благодаря им происходит гибкое приспособление нервной системы к изменяющимся условиям среды.

3. Интегративная деятельность на уровне нервных центров. Нервный центр представляет собой совокупность образований различных уровней ЦНС, интегрированная деятельность которых обеспечивает осуществление той или иной функции органов систем или целостного организма. В составе нервного центра имеет место относительно небольшое количество жестких, генетически детерминированных связей и очень большое количество гибких связей, которые формируются в процессе той или иной деятельности целостного организма. Генетические связи в большей степени характерны для ядра нервного центра, а гибкие - для периферии, хотя и в ядре и на периферии встречаются связи обоих типов. Поскольку активность организма проявляется несколькими функциями, сочетание которых постоянно меняется, то это требует выключения одних центров и включения других. Вследствие этого в ЦНС в каждый момент времени формируется определенный ансамбль нервных центров.

4. Интегративная деятельность на уровне объединения нервных центров. При морфологическом анализе выявлены определенные группы нервных центров, которые объединяются в системы мозг. причем каждая из этих систем выполняет определенные функции, отвечая за те или иные проявления жизнедеятельности целостного организма. Интеграция деятельности ЦНС осуществляется по нескольким морфофункциональным структурам:

1. Проекционные системы - сенсорные системы (афферентные системы), обеспечивают проведение через все уровни спинного и головного мозга информации о воспринимаемых раздражителях в высшие корковые представительства (кора затылочной, частично височной и теменной области), где как итог деятельности всех предыдущих этапов завершается анализ биологической и семантической значимости раздражителей, воздействующих на рецепторы. Примером такой системы может служить система рецепции боли, или ноцицептивная система. Рецепторами для нее служат как специфические болевые рецепторы в тканях, так и рецепторы других анализаторов при сверхсильных для них раздражителях. Болевые рецепторы характеризуются высоким порогом возбуждения и низкой адаптацией. Раздражение передается в ретикулярную формацию, гипоталамус, лимбическую систему и кору, где формируется ощущение боли. Оценка и восприятие боли осуществляется с участием ассоциативных систем.

2. Ассоциативные системы. Эта группа систем интегрирует отдельные системы мозга в целостную систему. Выделяют таламолобную, таламовисочную и таламотеменную системы. Существует определенная функциональная дифференциация в пределах этих систем.

· Таламолобная система (лобная кора и медиодорсальное ядро таламуса) участвует в формировании доминанты, в процессах вероятностного прогнозирования и программированного поведения.

· Таламотеменная система (теменная кора и задние ассоциативные ядра таламуса) участвует в селективном сенсорном внимании на сигналы, связанные с движениями, гнозисе, праксисе, в формировании трехмерной модели тела.

· Таламовисочная система (височная кора и задние ассоциативные ядра таламуса) участвует в слуховом и зрительном восприятии, формирует речь.

3. Лимбико-ретикулярная система. Лимбико-ретикулярная система осуществляет энергетическое, эмоциональное и вегетативное обеспечение деятельности организма, активизирует все системы мозга. Выполнение этих функций является причиной того, что данная система получила другое название - ее определяют как неспецифическую активирующую систему мозга. В состав этой системы входят: ретикулярная формация, неспецифические ядра таламуса, некоторые образования лимбической системы и коры полушарий большого мозга. Неспецифическая активирующая система мозга получает богатую афферентацию из других отделов ЦНС и, особенно, от сенсорных систем. Эта афферентация оказывает на нее стимулирующее влияние. Неспецифическая активирующая система мозга по эфферентным путям передает как активирующие, так и тормозные сигналы в структуры головного мозга. Таким образом, происходит регуляция сна и бодрствования. Активность активирующей системы резко возрастает при выбросе в кровь катехоламинов. Следовательно, активность данной системы значительно возрастает при психоэмоциональном напряжении.

4. Интегративно-пусковые системы представлены двигательной и орбитальной корой, имеющей мощные выходы к конечным моторным ядрам ствола и спинного мозга. Данные системы принимают участие в реализации двигательных программ.

5. В последнее время выделяют опиатную систему мозга. Впервые существование рецепторных зон на поверхностных мембранах нейронов, высоко чувствительных к молекулам морфия, было продемонстрировано в 70-х годах XX века. Это открытие привело к предположению о возможном существовании «эндогенных опиатов». Установлено, что распределение опиатных рецепторов соответствует одному из путей проведения боли. Рецепторы обнаружены в миндалине, в полосатом теле, гипоталамусе, в спинном мозге. Опиатоподобной активностью обладают энкефалины и эндорфины. Опиатная система мозга взаимодействует с другими системами физиологических нейромедиаторов. Так например в-эндорфин взаимодействует с дофаминовой системой в пределах области полосатого тела. К настоящему времени установлено, что опиатная система мозга является важным компонентом антиноцицептивной системы мозга.

Существует еще одна классификация систем мозга, основанная на биохимических системах межнейронных взаимоотношений. В ней выделяют: 1) адренэргические системы; 2) ацетилхолинэргические и дофаминэргические системы; 3) серотонинэргическую систему.

Интегративные системы мозга

интегративный координационный центральный нервный

Функциональные системы мозга

Изучая физиологическую структуру поведенческого акта, П.К. Анохин пришел к выводу о необходимости различать частные механизмы интеграции, когда они вступают между собой в сложное координированное взаимодействие, направленное на достижение полезного результата, реализуемого через приспособительное поведение. Этот принцип интегрирования частных механизмов был назван им принципом «функциональной системы». Анохин определил функциональную систему как динамическую, саморегулирующуюся организацию, избирательно объединяющую структуры и процессы на основе нервных и гуморальных механизмов регуляции для достижения полезных системе приспособительных результатов. В дальнейшем Анохин распространил содержание этого понятия на структуру любого целенаправленного поведения.

Выделяют два типа функциональных систем в зависимости от участия внешнего звена в процессах их деятельности.

1. Функциональные системы с внутренним звеном саморегуляции - обеспечивают постоянство определенных констант внутренней среды организма. Основу этих систем формируют нервные центры с жесткими генетически детерминированными связями. Примером может служить функциональная система поддержания постоянства давления крови.

2. Функциональные системы с внешним звеном саморегуляции - обеспечивают приспособительный эффект благодаря выходу за пределы организма через связь с внешним миром, что выражается в изменении поведения, с тем чтобы с большей вероятностью достигнуть полезного результата. Именно функциональные системы этого типа лежат в основе различных поведенческих актов, различных типов поведения. В функциональных системах с внешним звеном саморегуляции выделяют: системы с относительно пассивным звеном саморегуляции и системы с активным звеном саморегуляции. Примером первых может служить система, направленная на поддержание постоянства газового состава крови. Примером вторых - системы, направленные на удовлетворение пищевых потребностей, достижение социально значимого результата.

Функциональная система состоит из нескольких компонентов:

· афферентный синтез;

· принятие решения;

· эфферентная программа действия;

· акцептор результата действия;

· эфферентное возбуждение;

· действие;

· обратная афферентация.

Для любой функциональной системы системообразующим фактором являются потребности.

> Поведенческий акт любой сложности начинается мо стадии афферентного синтеза. В свою очередь, компонентами афферентного синтеза являются пусковая афферентация, обстановочная афферентация, доминирующая мотивация и память.

Мотивация появляется в ЦНС вследствие какой-нибудь потребности (витальной, социальной или идеальной). Но так как в организме существует несколько потребностей, то и мотиваций тоже формируется несколько. Из нескольких альтернативных мотиваций в определенный момент времени выбирается та, которая наиболее важна в данный момент. Эта мотивация будет называться доминирующей мотивацией. Ее роль в формировании афферентного синтеза определяется тем, что любая поступающая информация соотносится с доминирующим мотивационным возбуждением, которое действует как фильтр, отбирающий наиболее нужные данные для удовлетворения мотивационной установки. В качестве полезного результата выступает удовлетворение потребности, то есть снижение уровня мотивации до уровня, когда она перестает быть доминирующей. Следовательно, доминирующая мотивация отвечает на вопрос «что делать?». Нейрофизиологической основой мотивации является активация нервных структур по принципу доминанты. Эти структуры связаны с лимбической, ретикулярной системами мозга и корой больших полушарий.

Информация, поступающая из внешней и внутренней среды, формирует два типа стимулов с функциями пусковой и обстановочной афферентации. В том случае, когда стимул вызывает формирование определенной реакции организма, то такой раздражитель относится к пусковой афферентацией. Пусковая афферентация отвечает на вопрос «когда делать?».

Обстановочная афферентация, в отличие от пусковой, сама не способна вызывать формирование реакции организма. Она отвечает на вопрос «можно ли делать?».

Для успешной деятельности организма необходимо еще ответить на вопрос «как делать?». На этот вопрос отвечает память. Причем речь идет как о генетической памяти, так и о памяти, построенной на индивидуальном опыте. Чем более социализированные потребности должны быть удовлетворены в ходе работы функциональной системы, тем большую роль играет индивидуальная память. На стадии афферентного синтеза из памяти извлекаются и используются именно те фрагменты прошлого опыта, которые полезны и нужны для достижения полезного результата.

Таким образом, на основе взаимодействия мотивационного, обстановочного возбуждения и механизмов памяти формируется интеграция или готовность к определенному поведению. Но, чтобы она реализовалась в те или иные физиологические и психофизиологические процессы, необходимо воздействие со стороны пусковых раздражителей.

> Вслед за афферентным синтезом развивается процесс принятия решения, который заключается в выборе из нескольких возможных вариантов действия единственного варианта. Одним из физиологических механизмов принятия решения является латеральное торможение.

> Важным элементом функциональной системы является вырабатываемый ею акцептор результата действия. Он представляет собой нейронную модель полезного результата, который должен быть достигнут в ходе работы функциональной системы.

> Поскольку ожидаемый результат известен, то осуществляется выработка эфферентной программы действия, которая представляет собой совокупность возбужденных вегетативных, соматических и психофизиологических центров, способных включить эффекторные органы, необходимые для достижения полезного результата.

> Далее в соответствии с выработанной программой возбуждение распространяется на органы-эффекторы и совершается действие.

> В ходе действия изменяется импульсация с рецепторов, которые получают информацию из внешней и внутренней среды. Эта информация по каналам обратной афферентации поступает в функциональную систему. Полученная информация сравнивается с акцептором результата действия, то есть с ожидаемым результатом.

В случае, если полученная информация соответствует акцептору результата действия, то полезный результат достигнут и функциональная система, созданная для достижения этого результата, распадается.

Если же существует рассогласование между данными акцептора результата действия и обратной афферентации, то полезный результат не достигнут. В этом случае начинается коррекция эфферентной программы действия и самого акцептора результата действия. После чего процесс повторяется сначала до достижения полезного результата.

Поскольку в акцепторе результата действия содержатся ожидаемые промежуточные результаты, то обеспечивается «пошаговая» коррекция работы функциональной системы. Возможен и такой вариант: достижение полезного результата становится маловероятным или появляется новая, более значимая потребность. В этом случае происходит распад старой функциональной системы и формирование новой, но уже на основе другой потребности.

В деятельности функциональных систем очень важен мультипараметрический принцип взаимодействия различных функциональных систем. Поддержание гомеостаза является результатом согласованной деятельности многих функциональных систем, например, системы поддержания давления крови, постоянства ее газового состава, кислотно-основного состояния и так далее. Очевидно, что многие параметры гомеостаза тесно взаимосвязаны и изменение одного может привести к изменению других параметров. На основе принципа мультипараметрического взаимодействия все функциональные системы, участвующие в поддержании гомеостаза, объединяются в единую функциональную систему гомеостаза. Часть компонентов этой системы относятся к системам с внутренним звеном саморегуляции, а часть - к системам с внешним звеном. Тем самым достигается возможность корректировать гомеостаз с использованием активных поведенческих реакций (например, переместиться в тень во время жаркого дня).

Общие принципы формирования функциональных систем:

1. Наличие системообразующего фактора;

2. Принцип изоморфной организации;

3. Принцип консолидации компонентов функциональной системы.

4. Принцип гетерохронной закладки и гетерохронного созревания компонентов функциональной системы;

5. Принцип минимального обеспечения;

6. Принцип фрагментации органов в процессе антенатального онтогенеза.

Размещено на Allbest.ru