Что такое нейронный контур в физиологии
PsyAndNeuro.ru
Сопоставление нейронных контуров и симптомов тревожных и депрессивных расстройств
Существующие визуализационные исследования свидетельствуют о том, что наличие тех или иных симптомов тревоги и депрессии зависит от того, как изменяется работа той или иной области головного мозга. Так, в ответ на пугающие стимулы обнаруживалось усиление активности миндалевидного тела, нарушалась взаимосвязь между ним и префронтальной корой как при тревожном расстройстве, так и при депрессии. При положительных стимулах отмечалась сниженная активация в области полосатого тела. Это приводило к нарушению формирования поведения, направленного на получение вознаграждения, что характерно для ангедонии. При тревожных расстройствах и депрессии снижалась активность лобно-теменной области, что приводило к нарушению внимания. Возможно, тревожные расстройства, и депрессия имеют схожий механизм патогенеза.
В попытке определить взаимосвязь между симптомами и нейронными контурами Andrea N. Goldstein-Piekarski et al. провели исследование, которое было опубликовано июне 2021 года в журнале Biological Psychiatry. Участников исследования разделили на четыре группы. В первую вошли 95 условно здоровых взрослых респондентов. Во вторую, первично клиническую группу, вошли респонденты с симптомами тревоги и депрессии. С целью проследить корреляцию между нейронными сетями и одним из симптомов на небольшой выборке эта группа была поделена на две подгруппы: А – 112 человек и В – 48 человек. В третью группу вошли 90 респондентов с симптомами тревоги и депрессии. Четвёртая группа была лечебная. В ней оказалось 205 человек с тревожным расстройством или депрессией. 137 из них получали лекарственную терапию, 68 человек использовали поведенческие техники для облегчения своего состояния. Распределение респондентов производилось рандомно.
В качестве симптомов авторы исследования выбрали руминации, избегающее поведение, ощущение угрозы, ангедонию, негативное восприятие, нарушение когнитивных функций. В качестве когнитивных феноменов авторы выдели устойчивость внимания (тестирование n-назад), подавление реакции (тест Go-NoGo), скорость обработки информации (тест Струпа), исполнительскую функцию (тест Maze), оперативную память (тест повторения цифр). В качестве эмоциональных феноменов авторы выделили скорость определения грусти, ужаса, отвращения, радости по выражению лица на предъявляемой картинке. Всем респондентам была проведение фМРТ.
Гипоконнективность в сети пассивного режима работы головного мозга оказалась предиктором ангедонии и негативного восприятия. Более выраженные руминации наблюдалось при снижении активности в области угловой извилины и в области передней медиальной префронтальной коры.
Гипоконнективность салиентной сети, ответственной за выбор самой важной информации из всего потока внешних стимулов, оказалась ассоциированной с избегающим поведением, негативным восприятием, ощущением опасности, ангедонией, нарушением внимания. Это было характерно для всех клинических групп респондентов. Избегающее поведение ассоциировалось со снижением коннективности в левой передней области островковой извилины. Снижение коннективности во всей островковой извилине оказалось ассоциированным с негативным восприятием, ангедонией и ощущением опасности. Авторы исследования предположили, что изменение в нейронных связей в данной области могут являться причиной возникновения негативного восприятия, притупления эмоций при тревожно-депрессивных состояниях.
Изменений в активности нейронной сети, ответственной за функцию внимания, обнаружено не было. При снижении коннективности в области островковой извилины обнаруживалось более значительное негативное восприятие действительности при моделировании негативной аффективности.
Авторы не обнаружили ассоциированности между влиянием положительной аффективности на симптомы тревожных расстройств и депрессии. Было отмечено снижение активности вентральной части полосатого тела при сложностях определить эмоцию радости на демонстрируемых картинках. Снижение активности в области передней поясной коры ассоциировалось с более значимыми нарушениями внимания и когнитивных функций.
Для исследования эффективности лечения авторы выбрали антидепрессанты из группы селективных ингибиторов обратного захвата серотонина (СИОЗС) и ингибиторов обратного захвата серотонина и норадреналина (ИОЗСН). Нон-респондёры ИОЗСН обнаружили гиперконнективность в области задней поясной и угловой извилин. Пациенты с хорошим ответом на терапию ИОЗСН обладали сниженной коннективности в данной зоне. В отношении СИОЗС наблюдалась противоположная картина: лица с гипоконнективностью не имели эффекта от терапии данными лекарствами; лица с гиперконнективностью получали хороший эффект от них. В эксперименте с негативной аффективностью, проведённом до фармакотерапии было обнаружено, что респондёры СИОЗС обладают повышенной коннективностью в области миндалевидного тела слева и дорсальной части передней поясной извилины. ИОЗСН респондёры обнаруживали снижение активности миндалевидного тела справа.
Что касается поведенческих психотерапевтических техник, то респондёры данного вида терапии продемонстрировали снижение связи между левой передней нижней височной долей и левой префронтальной корой. Предиктором хорошего ответа на поведенческие техники оказалось снижение активности вентромедиальной префронтальной коры. В эксперименте с негативной аффективностью предпосылкой к эффективности поведенческой терапии стало снижение активности миндалевидного тела слева.
Таким образом, новое исследование позволило выделить смежные симптомы для тревожных и аффективных расстройств. Более того, при дальнейшем изучении активности нейросетей позволит в будущем осуществлять лечение персонализировано, а также лучше предполагать исходы тревожных расстройств и депрессий.
Автор перевода: Вирт К.О.
Источник: Andrea N. Goldstein-Piekarski. Mapping neural circuit biotypes to symptoms and behavioral dimensions of depression and anxiety. Biological Psychiatry.
Общая физиология Центральной нервной системы
Структура и функции нейрона. Рефлекторная дуга. Координация функций ЦНС. Наиболее распространенные нейронные контуры. Иерархическая организация ЦНС. Иерархический принцип функционирования распределенных систем. Координация антагонистических функций.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.07.2013 |
| Размер файла | 30,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Общая физиология ЦНС
Структурно-функциональной единицей ЦНС является нейрон.
Структура
С морфологической точки зрения типичный нейрон (рис. 4.1) состоит из трех отделов:
С точки зрения передачи информации нейрон можно разделить на два отдела:
Функция
Физиология синаптической передачи подробно рассматривается в гл. 2. Здесь мы кратко перечислим лишь основные ее принципы.
· Когда в пресинаптическое окончание приходит ПД, медиатор выделяется в синаптическую щель.
· Диффундируя к постсинаптической мембране, медиатор взаимодействует с расположенными на ней рецепторами.
· Активация рецепторов может приводить к двум типам последствий:
— в случае метаботропных рецепторов активируются внутриклеточные биохимические системы, что приводит к различным изменениям метаболизма и функции клетки;
Медиаторы нервной системы
Интегративная деятельность
Итак, интегративная деятельность нейрона осуществляется благодаря постоянной пространственной и временной суммации ВПСП и ТПСП; если в результате этой суммации мембранный потенциал в области аксонного холмика превосходит Eкр, то на выходе нейрона возникают ПД, причем они генерируются в течение всего времени, пока мембранный потенциал не станет ниже Eкр.
— чувствительного (афферентного), образованного сенсорными рецепторами и чувствительным нейроном;
— двигательного (эфферентного), образованного двигательным нейроном.
Рефлекторная реакция зависит от состояния всех отделов рефлекторной дуги, но главным образом от:
— состояния центрального звена рефлекса (в условиях стресса или волевым усилием можно не отбросить горячий предмет; у сытого человека или животного слюна в ответ на запах пищи не выделяется).
Важнейшим свойством рефлекса является его пластичность: при изменениях окружающей среды меняются уже существующие рефлексы и вырабатываются новые рефлексы. Так организм гибко приспосабливается к изменчивой среде обитания. Подробнее см. в гл. 18.
Координация функций ЦНС
· Существуют две основные формы координации функций ЦНС:
· В свою очередь, координация союзных функций может осуществляться:
— во времени (временная координация; например, рефлексы следуют друг за другом в строгой последовательности);
— в пространстве (пространственная координация; например, разные рефлексы осуществляются одновременно).
· Наконец, пространственная координация может быть:
Нейронные контуры можно рассматривать как микросхемы ЦНС.
· Подобно тому, как самый сложный электронный прибор состоит из ограниченного набора микросхем, структуры ЦНС состоят из ограниченного набора нейронных контуров.
· Каждый нейронный контур, как и каждый тип микросхем, обладает присущими только ему свойствами, то есть соотношением между входом и выходом (например, превращает постоянную импульсацию на входе в ритмичную импульсацию на выходе).
· Свойства любого электронного устройства зависят от того, из каких микросхем он состоит. Точно так же и свойства любого нервного центра определяются тем, из каких он состоит нейронных контуров.
Наиболее распространенные нейронные контуры
Здесь мы рассмотрим лишь самые распространенные универсальные, то есть входящие в состав многих структур ЦНС, нейронные контуры, они приведены на рис. 4.4. Помимо того, многие отделы ЦНС образованы специфическими, присущими только им контурами (например, рефлекторные дуги спинного мозга, колонки коры головного мозга, нейронные контуры мозжечка и пр.), и мы рассмотрим их в соответствующих разделах частной физиологии ЦНС.
Распределительные контуры
Эти контуры представляют собой узлы ветвления и схождения нервных путей. Они чрезвычайно распространены в ЦНС, представляя собой фактически основы ее организации.
· Соотношение между входом и выходом: один вход, несколько выходов.
· Устройство контура: множественное ветвление (мультипликация) нервных волокон, при котором один аксон иннервирует несколько нейронов.
· Назначение контура: распределение возбуждения по разным нервным путям. Например, при прикасании к горячему предмету срабатывает рефлекс отдергивания, и одновременно импульсация поступает в высшие отделы ЦНС, вызывая чувство боли, перераспределение мышечного тонуса и пр.
Конвергентный контур (рис. 4.4, Б).
· Соотношение между входом и выходом: несколько входов, один выход.
· Устройство контура: схождение нервных волокон, при котором несколько аксонов иннервируют один нейрон.
· Назначение контура: схождение возбуждения, например разных программ, на одних и тех же нервных путях. Так, на одном и том же двигательном нейроне спинного мозга, иннервирующем сгибатель пальца руки, в конечном счете сходятся программы, отвечающие за письмо, игру на фортепиано, чесание и пр.
Круговые контуры
Контур круговой циркуляции возбуждения (рис. 4.4, В).
· Соотношение между входом и выходом: один импульс (или короткий разряд) на входе, постоянная импульсация на выходе.
· Устройство контура: от аксона выходного нейрона отходит коллатераль, по которой через один или несколько возбуждающих нейронов импульсация возвращается к исходному нейрону.
· Назначение контура: длительная циркуляция возбуждения по одним и тем же замкнутым нервным путям, например при формировании памяти или таких длительных процессов, как эмоции.
Контур возвратного торможения (рис. 4.4, Г).
Этот контур внешне похож на предыдущий, но функционально является его противоположностью.
· Устройство контура: от аксона выходного нейрона отходит коллатераль, переключающаяся на тормозный нейрон, иннервирующий, в свою очередь, выходной нейрон.
Генератор ритма (рис. 4.4, Д).
Этот контур внешне неотличим от предыдущего, хотя функции их различны.
· Назначение контура: генерация ритмов (например, дыхательного, электроэнцефалографических и пр.).
Прочие контуры
Контур реципрокного торможения (рис. 4.4, Е).
· Соотношение между входом и выходом: импульсация на входе вызывает возбуждение одного выходного нейрона и торможение другого.
Контур латерального торможения (рис. 4.4, Ж).
· Соотношение между входом и выходом: на входе имеются параллельно расположенные нейроны, которые переключаются на соответствующие нейроны на выходе. Возбуждение одного из входных нейронов вызывает возбуждение соответствующего ему выходного нейрона и торможение соседних нейронов.
· Устройство контура: от каждого нейрона во все стороны отходят коллатерали, переключающиеся через тормозные вставочные нейроны на соседних нейронах.
Контур пресинаптического торможения (рис. 4.4, З).
· Назначение контура: активация тормозного волокна приводит к подавлению импульсации на самом входе в контур. Это широко используется, например, в спинном мозге для выключения ненужной в данный момент чувствительности еще до ее поступления к спинномозговым нейронам.
Иерархическая организация ЦНС
Иерархическая организация ЦНС заключается в следующем:
— нейроны объединяются в нейронные контуры;
— нейронные контуры объединяются в нервные центры;
— нервные центры объединяются в распределенные системы;
— распределенные системы функционируют по иерархическому принципу.
Нервные центры
Свойства нервных центров
Эти свойства можно разделить на две группы:
— общие свойства нервных центров, вытекающие из общих для всех них особенностей строения;
— специальные свойства нервных центров, обусловленные особенностями выполняемой ими функции и нейронными контурами, входящими в их состав.
Общие свойства нервных центров
Эти свойства вытекают из двух особенностей строения всех нервных центров:
— в нервных центрах происходят синаптические переключения с афферентных нейронов на вставочные и, далее, эфферентные;
— в нервных центрах (в отличие от нервных путей) сосредоточены тела нейронов.
Таким образом, общие свойства нервных центров сводятся к свойствам синапсов и свойствам тел нейронов. Основные из них следующие.
· Одностороннее проведение. Обусловлено односторонним проведением в химических синапсах.
· Замедленное проведение. Обусловлено задержкой проведения в химических синапсах.
· Низкая лабильность. Обусловлена низкой (по сравнению с нервными волокнами) лабильностью химических синапсов.
· Высокая утомляемость. Обусловлена высокой (по сравнению с нервными волокнами) утомляемостью химических синапсов.
· Чувствительность к ряду препаратов. Нервные центры чувствительны к веществам, вмешивающимся в синаптическую передачу (например, блокаторам рецепторов, ингибиторам синтеза или обратного захвата медиаторов и пр.).
· Чувствительность к гипоксии. Обусловлена аэробным характером метаболизма в телах нейронов.
Специальные свойства нервных центров
Распределенные системы
Это системы, объединяющие нервные центры на разных уровнях ЦНС для выполнения сложной функции. Так, в спинном мозге имеются центры шагательного рефлекса, но координированная ходьба возможна только при участии центров спинного мозга, ствола мозга, стриопаллидарной системы, мозжечка и двигательных зон коры. Все эти структуры вместе взятые образуют распределенную двигательную систему, организованную по иерархическому принципу; ниже (гл. 5) мы рассмотрим ее подробно.
Иерархический принцип функционирования распределенных систем
Иерархический принцип в эфферентных системах
Иерархический принцип в афферентных системах
Временная координация
Эта координация заключается в том, чтобы разные нервные программы (например, рефлексы) следовали друг за другом в правильной последовательности. Для этого необходимы два условия:
— в ЦНС должна поступать информация о ходе выполнения и завершения предыдущей программы;
— после завершения предыдущей программы должна запускаться следующая.
Это достигается благодаря двум механизмам координации:
— механизму обратной связи;
— механизму цепных рефлексов.
Обратная связь
Цепные рефлексы
Этот механизм заключается в том, что пусковым фактором для выполнения очередного рефлекса (или иной программы) служит правильное окончание предыдущего рефлекса (программы). Примером может быть чесательный рефлекс: сначала конечность подносится к раздраженному участку кожи, и только после ее контакта с этим участком запускаются ритмичные чесательные движения. Любое поведение по сути представляет собой последовательность отдельных программ.
Координация антагонистических функций
Многие программы активности ЦНС не могут осуществляться одновременно (например, чесательный рефлекс и рефлекс отдергивания, оборонительное и пищевое поведение и пр.). В таких случаях одна программа активируется, а другая затормаживается. Рассмотрим основные принципы такой координации антагонистических программ.
Общий конечный путь
Программ деятельности гораздо больше, чем исполнительных органов (один и тот же палец руки участвует в письме, почесывании, хватании и пр.). Следовательно, множество программ конвергируют на одни и те же мотонейроны спинного мозга (см. гл. 5, разд. «Спинной мозг»). Эти мотонейроны являются общим конечным путем для всех двигательных программ и рефлексов. В широком смысле слова общим конечным путем является любая нервная структура, на которой сходятся различные программы деятельности.
Борьба за общий конечный путь
Поскольку многие программы активности осуществляются через одни и те же исполнительные структуры (в частности, мотонейроны), между этими программами постоянно происходит борьба за общий конечный путь. В естественном поведении это фактически борьба за управление организмом с участием обширных отделов ЦНС (например, борьба между оборонительным и пищевым поведением).
Фактор силы/значимости
Борьбу за общий конечный путь выигрывает программа, вызванная более сильным раздражителем. Для естественного поведения более сильный означает не больший по амплитуде, но более значимый (например, вид хищника более значим, чем вид кормушки; важное сообщение более значимо, чем сильный шум).
Доминанта
— она тормозит другие программы деятельности, захватывая тем самым общие конечные пути;
— она «притягивает» посторонние (относящиеся к иным программам) раздражители. Так, при переполненном мочевом пузыре сильный раздражитель может вызвать акт мочеиспускания; любой посторонний раздражитель усиливает зубную или головную боль и т. д.
Функциональная система
Любое поведение обладает, в частности, следующими чертами:
— оно требует участия организма в целом.
Соответственно, функциональная система — это временное объединение множества нервных структур, направленное на достижение полезного результата (то есть удовлетворение потребности).
Рассмотрим деятельность функциональной системы на примере пищевого поведения (рис. 4.6).
· Для того чтобы возникло пищевое поведение, необходимы:
— пусковая афферентация (внешний или внутренний стимул, запускающий поведение, например звонок на перемену для школьника, означающий возможность пойти в буфет).
· Все эти виды информации (афферентации) сопоставляются на стадии афферентного синтеза, и если соблюдаются все условия для запуска поведения (имеется мотивация, а обстановка, оцененная на основании заложенного в памяти опыта, позволяет ее удовлетворить), то принимается решение об окончательном формировании функциональной системы.
· На этой стадии образуются два блока:
— программа действий (информация о том, какие действия следует предпринять);
— акцептор результатов действия (информация о том, какие результаты ожидается получить).
В соответствии с программой действий, запускается поведение.
Как видим, в организации функциональной системы участвуют все перечисленные принципы функционирования ЦНС:
— выполнение отдельных программ и информация об их окончании постоянно контролируется с помощью обратной связи (обратной афферентации);
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Роль центральной нервной системы в интегративной, приспособительной деятельности организма. Нейрон как структурная и функциональная единица ЦНС. Рефлекторный принцип регуляции функций. Нервные центры и их свойства. Изучение видов центрального торможения.
презентация [7,2 M], добавлен 30.04.2014
Понятие и значение центральной нервной системы в обеспечении согласованной работы всех органов и систем тела. Сущность ряда общих закономерностей – принципов координации. Возбуждение механорецепторов дуги аорты при повышении артериального давления.
контрольная работа [27,0 K], добавлен 30.05.2015
презентация [1,3 M], добавлен 22.04.2015
Структура центральной нервной системы. Наиболее распространенные заболевания. Болезнь Паркинсона, инсульт, мигрень. Заповеди здорового питания при повышенном артериальном давлении и уровне холестерина. Симптоматическое лечение последствий болезни.
реферат [19,9 K], добавлен 12.05.2013
Основные вопросы физиологии центральной нервной системы и высшей нервной деятельности в научном плане. Роль механизмов работы мозга, лежащих в основе поведения. Значение знаний по анатомии и физиологии ЦНС для практических психологов, врачей и педагогов.
реферат [20,9 K], добавлен 05.10.2010
Что такое нейронный контур в физиологии
а) Нестабильность и стабильность нервных контуров. Почти каждый участок головного мозга прямо или косвенно связан с другим его участком, и это создает серьезную проблему. Если один участок возбуждает второй, второй — третий, третий — четвертый и т.д. до тех пор, пока сигнал не начинает снова возбуждать первый участок, ясно, что возбуждающий сигнал, входящий в любую часть мозга, может вызвать непрерывный цикл повторного возбуждения всех его частей.
Если бы это происходило, мозг переполнился бы массой неконтролируемых реверберирующих сигналов, не передающих никакой информации, но занимающих контуры мозга, в результате ни один из информационных сигналов не смог бы передаваться. Такой эффект возникает в обширных областях мозга во время эпилептических приступов. Как удается центральной нервной системе избегать такого развития событий?
Ответ основан главным образом на существовании двух основных механизмов, которые функционируют повсюду в центральной нервной системе:
(1) тормозные контуры;
(2) утомление синапсов.
б) Тормозные контуры как механизм стабилизации функций нервной системы. Чрезмерное распространение возбуждения в различных областях мозга помогает предотвратить два типа тормозных контуров:
(1) контуры с обратной тормозной связью между конечными отделами нервных путей и возбуждающими нейронами на их входе; такие контуры встречаются практически во всех сенсорных путях и при их чрезмерном возбуждении тормозят первичные нейроны, формирующие этот сенсорный путь, или вставочные нейроны по его ходу;
(2) нервные контуры, оказывающие мощные тормозные влияния на различные, широко распространенные области мозга.
Например, многие базальные ганглии осуществляют тормозной контроль всей системы управления деятельностью скелетных мышц.
Последовательные сгибательные рефлексы, демонстрирующие утомление проведения по рефлекторному пути
в) Синаптическое утомление как способ стабилизации нервной системы. Синаптическое утомление означает, что при длительном и интенсивном возбуждении синаптическая передача постепенно ослабевает. На рисунке выше представлены три последовательно полученные кривые, отражающие результаты регистрации сгибательного рефлекса, возникающего у животного при болевом раздражении подушечки его лапы.
Видно, что каждая кривая постепенно снижается, т.е. сила сокращения уменьшается; основная часть этого эффекта связана с утомлением синапсов в контуре сгибательного рефлекса. Более того, чем короче интервал между последовательными сгибательными рефлексами, тем меньше интенсивность последующего рефлекторного ответа.
1. Автоматическая кратковременная регуляции чувствительности нервных центров с помощью механизма утомления. Теперь применим феномен утомления к другим путям в мозге. Перегруженные центры обычно утомляются, и их чувствительность снижается. Наоборот, недогруженные центры успевают восстановиться, и их чувствительность возрастает. Таким образом, утомление и восстановление составляют важный кратковременный механизм регуляции чувствительности различных контуров нервной системы. С его помощью поддерживается диапазон чувствительности нервных контуров, необходимый для их эффективного функционирования.
2. Долговременные изменения синоптической передачи, связанные с автоматическим снижением или повышением количества синоптических рецепторов. Чувствительность синапсов может сильно и надолго изменяться путем увеличения числа рецепторных белков в синаптических участках мембраны при сниженной активности и уменьшения количества рецепторов при сверхактивности. Механизм этого явления заключается в следующем.
Рецепторные белки постоянно формируются эндоплазматическим ретикулумом и аппаратом Гольджи и постоянно встраиваются в синаптическую мембрану нейрона. Однако если синапсы сверхактивны и с рецепторными белками связывается избыточное количество медиатора, многие из этих рецепторов инактивируются и удаляются из синаптической мембраны.
Очень важно, что увеличение и уменьшение количества рецепторов, как и другие механизмы регуляции эффективности синаптической передачи, постоянно доводят чувствительность каждого контура до уровня, необходимого для его должного функционирования. Представьте только на мгновение, насколько серьезны были бы последствия аномального повышения чувствительности хотя бы некоторых из этих контуров.
В этом случае можно было бы ожидать развития почти непрерывных мышечных спазмов, судорог, психических нарушений, галлюцинаций, умственной напряженности или других нервных расстройств. Но, к счастью, чувствительность контуров автоматически регулируется, возвращаясь к управляемому диапазону реактивности всякий раз, когда активность контура становится слишком высокой или резко сниженной.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021