| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Физика, химия и информационная емкость мозга
Содержание.
1. Глоссарий
2.Введение
3. Основные части головного мозга
3.1 Большие полушария
3.2 Подкорковые структуры
3.3 Ствол мозга
3.4 Мозжечок
4. Нейрохимия
5. Тайна памяти
5.1 Выключатель нейронов
5.2 Оживление воспоминаний
6. Информационная емкость мозга человека
7.Список литературы
1. Глоссарий
Гиппокамп - часть лимбической системы головного мозга (обонятельного мозга). Участвует в механизмах формирования эмоций.
Базальные ганглии (также базальные ядра, лат. nuclei basales) — комплекс подкорковых нейронных узлов, расположенных в центральном белом веществе полушарий большого мозга.
Таламус - область головного мозга, отвечающая за перераспределение информации от органов чувств, за исключением обоняния, к коре головного мозга.
Мет-энкефалин — один из важных представителей класса энкефалинов, особых нейропептидов, являющихся эндогенными лигандами опиоидных рецепторов.
2. Введение
В нашей голове находится великолепное устройство, которое управляет нашими действиями и каким-то образом даёт нам представление об окружающем мире. Его устройство давно изучается человеком, но чем больше мы понимаем, тем больше возникает вопросов[1]. Работа посвящена принципу работы головного мозга человека. Детального изучения его строения на макро и микро уровне, возможность действия квантовых законов в мозге, использование нанотехнологий. Возможность применения нанотехнологий для изучения человеческого мозга. Современные проекты по работе в этой области будут рассмотрены современные взгляды на его изучение. Приведены в пример статьи современных учёных о внедрении «нано» в жизнь. Актуальности этого вопроса велика, и реализация современных технологий в мозге человека в ближайшем будущем - это не сказки.
3. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Головной мозг можно условно разделить на три основные части: передний мозг, ствол мозга и мозжечок. В переднем мозгу выделяют большие полушария, таламус, гипоталамус и гипофиз (одну из важнейших нейроэндокринных желез).
3.1 Большие полушария
Самая большая часть мозга, составляющая у взрослых примерно 70% его веса. В норме полушария симметричны. Они соединены между собой массивным пучком аксонов (мозолистым телом), обеспечивающим обмен информацией.
Каждое полушарие состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной (рис. 1). В коре лобных долей содержатся центры, регулирующие двигательную активность, а также, вероятно, центры планирования и предвидения. В коре теменных долей, расположенных позади лобных, находятся зоны телесных ощущений, в том числе осязания и суставно-мышечного чувства.
Сбоку к теменной доле примыкает височная, в которой расположены первичная слуховая кора, а также центры речи и других высших функций. Задние отделы мозга занимает затылочная доля, расположенная над мозжечком; ее кора содержит зоны зрительных ощущений.
Области коры, непосредственно не связанные с регуляцией движений или анализом сенсорной информации, именуются ассоциативной корой. В этих специализированных зонах образуются ассоциативные связи между различными областями и отделами мозга и интегрируется поступающая от них информация. Ассоциативная кора обеспечивает такие сложные функции, как научение, память, речь и мышление.
Рис.1 Полушария мозга
3.2. Подкорковые структуры
Ниже коры залегает ряд важных мозговых структур, или ядер, представляющих собой скопление нейронов. К их числу относятся таламус, базальные ганглии и гипоталамус. Таламус – это основное сенсорное передающее ядро; он получает информацию от органов чувств и, в свою очередь, переадресует ее соответствующим отделам сенсорной коры. В нем имеются также неспецифические зоны, которые связаны практически со всей корой и, вероятно, обеспечивают процессы ее активации и поддержания бодрствования и внимания. Базальные ганглии – это совокупность ядер (т.н. скорлупа, бледный шар и хвостатое ядро), которые участвуют в регуляции координированных движений (запускают и Прекращают их)[1].
Гипоталамус – маленькая область в основании мозга, лежащая под таламусом (рис. 2). Богато снабжаемый кровью, гипоталамус – важный центр, контролирующий гомеостатические функции организма. Он вырабатывает вещества, регулирующие синтез и высвобождение гормонов гипофиза. В гипоталамусе расположены многие ядра, выполняющие специфические функции, такие, как регуляция водного обмена, распределения запасаемого жира, температуры тела, полового поведения, сна и бодрствования[1].
3.3. Ствол мозга
Расположен у основания черепа. Он соединяет спинной мозг с передним мозгом и состоит из продолговатого мозга, моста, среднего и промежуточного мозга.
Через средний и промежуточный мозг, как и через весь ствол, проходят двигательные пути, идущие к спинному мозгу, а также некоторые чувствительные пути от спинного мозга к вышележащим отделам головного мозга. Ниже среднего мозга расположен мост, связанный нервными волокнами с мозжечком. Самая нижняя часть ствола – продолговатый мозг – непосредственно переходит в спинной. В продолговатом мозгу расположены центры, регулирующие деятельность сердца и дыхание в зависимости от внешних обстоятельств, а также контролирующие кровяное давление, перистальтику желудка и кишечника.
Рис.2 Схема соматосенсорных структур в стволе мозга
На уровне ствола проводящие пути, связывающие каждое из больших полушарий с мозжечком, перекрещиваются. Поэтому каждое из полушарий управляет противоположной стороной тела и связано с противоположным полушарием мозжечка.
3.4. Мозжечок
Расположен под затылочными долями больших полушарий (рис. 3). Через проводящие пути моста он связан с вышележащими отделами мозга. Мозжечок осуществляет регуляцию тонких автоматических движений, координируя активность различных мышечных групп при выполнении стереотипных поведенческих актов; он также постоянно контролирует положение головы, туловища и конечностей, т.е. участвует в поддержании равновесия[2].Согласно последним данным, мозжечок играет весьма существенную роль в формировании двигательных навыков, способствуя запоминанию последовательности движений.
Рис.3 Препарат мозга человека, красным выделен мозжечок
4. НЕЙРОХИМИЯ МОЗГА
К числу самых важных нейромедиаторов мозга относятся ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, глутамат, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), эндорфины и энкефалины. Помимо этих хорошо известных веществ, в мозге, вероятно, функционирует большое количество других, пока не изученных. Некоторые нейромедиаторы действуют только в определенных областях мозга (рис. 4).
Действие нейромедиаторов может видоизменяться под влиянием другого класса нейрохимических веществ – пептидных нейромодуляторов.
Высвобождаемые пресинаптической мембраной одновременно с медиатором, они обладают способностью усиливать или иным образом изменять эффект медиаторов на постсинаптическую мембрану[3].
Важное значение имеет недавно открытая эндорфин-энкефалиновая система. Энкефалины и эндорфины – небольшие пептиды, которые тормозят проведение болевых импульсов, связываясь с рецепторами в ЦНС, в том числе в высших зонах коры. Это семейство нейромедиаторов подавляет субъективное восприятие боли.
Вещества, способные специфически связываться с определенными рецепторами в мозгу и вызывать изменение поведения. Выявлено несколько механизмов их действия. Одни влияют на синтез нейромедиаторов, другие – на их накопление и высвобождение из синаптических пузырьков (например, амфетамин вызывает быстрое высвобождение норадреналина). Третий механизм состоит в связывании с рецепторами и имитации действия естественного нейромедиатора, например эффект ЛСД (диэтиламида лизергиновой кислоты) объясняют его способностью связываться с серотониновыми рецепторами. Четвертый тип действия препаратов – блокада рецепторов, т.е. антагонизм с нейромедиаторами.. Наконец, последний из распространенных механизмов действия – торможение инактивации нейромедиаторов (многие пестициды препятствуют инактивации ацетилхолина).
Рис.4 Движение нейронов в мозгу
5. ТАЙНА ПАМЯТИ
5.1. Выключатель нейронов
Учёные давно знают, что ключевым "устройством", отвечающим за запись новых воспоминаний (при обучении или получении новых впечатлений) в долговременную память, является гиппокамп (рис. 5).
С ним уже не раз проводили различные эксперименты, проясняющие, как гиппокамп перекодирует информацию. И хотя он устроен куда проще, чем весь мозг в целом, даже этот небольшой "узел", нечто вроде "шины данных" в компьютере, всё ещё скрывает в себе массу тайн.
Впервые учёные смогли произвольно выключить и включить строго определённую нейронную "схему" в мозге живого существа (мыши) и проследить эффект от такого переключения. Более того, экспериментаторы сумели уже в гиппокампе выключить и включить определённую его часть
Рис.5 Гиппокамп мыши
Переключатель исследователи использовали оригинальный. В лаборатории Тонегавы был изобретён новый метод блокирования нейронных связей: "Доксициклин-ингибированное подавление клеточного экзоцитоза" (то есть выделения медиаторов)[4]. Кстати, химический метод воздействия на гиппокамп (только с иным веществом) применяла другая научная группа, которая некогда стёрла воспоминания у крыс (рис. 6).
5.2. Оживление воспоминаний
Небольшая часть мозга, гиппокамп, не хр¬анит непосредственно воспоминания, но без её нормальной работы человек не может запомнить никаких новых вещей. Специалисты по биоинженерии приступили к амбициозному проекту — созданию электронного гиппокампа для замены повреждённого.
Гиппокамп занимается перекодировкой информации в краткосрочной памяти человека для её последующей записи в долговременной памяти.
Рис.6 Схема эксперимента с мозгом крысы
Эта область мозга нередко повреждается при травмах, эпилепсии, различных заболеваниях, типа болезни Альцгеймера, наконец — начинает плохо работать в старости. Нет никаких клинических методов лечения такого недуга. Теодор Бергер (Theodore Berger), директор Центра нейроинженерии (Center for Neural Engineering) университета Южной Калифорнии (University of Southern California) намерен создать микрочип , который, будучи внедрённым в мозг, мог бы выполнять функции гиппокампа.
6.Информационная ёмкость мозга человека.
Хотя сегодня о мозге и его строении известно очень много, но на главный вопрос: ≪Как работает мозг?≫ пока нет ответа. Сегодня мозг представляется чёрным ящиком, на вход которого через рецепторы – органы чувств поступают сигналы, отображающие обстоятельства внешнего мира, в которых и находится организм с управляющим мозгом.
Понятно, что на функционирование мозга влияют и обратные связи различной глубины через текущее физическое состояние всего организма в целом и мозга в частности, а также через сложившуюся к данному моменту структуру мозга, в которой отображён предыдущий опыт
индивидуума в виде неких логических связей между элементами мозга.
На сегодня известно, что мозг состоит из большого количества отдельных логических элементов-нейронов. Каждый нейрон может возбуждаться (активизироваться) сигналами, поступающими на его входы с выходов других нейронов, непосредственно связанных с ним. Возбудившись, этот нейрон некоторое время пребывает в возбуждённом состоянии и передает возбуждение через свои выходы на входы следующих логических элементов-нейронов. С точки зрения понимания логики работы мозга ясно, что на уровне отдельного элемента-нейрона не имеет значения, каким именно образом (механически, химически или электрически) реализованы связи и как именно осуществляют анализ входных сигналов эти логические элементы-нейроны.
7.Заключение
Мозг – одна из самых больших загадок человечества. Разум и мышление – это те качества, которые отличают нас от животных. Тайна их появление заключена в мозге каждого из живущих, либо когда-то живших людей. Разгадка находится так близко и одновременно так далеко. Но теперь у человека появился новое орудие исследования. Мы перешли на новый - нано уровень. Теперь можно ожидать, что разгадка тайн человеческого мозга не за горами.
8.Литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Blue_Brain_Project - Проект Blue Brain
2. http://banana.by/index.php?newsid=158137 - IBM: компьютеры станут умнее человека к 2019 году
3. Физиология человека /под ред. Г. И Косицкого М. : Медицина 1985 г. (кол-во страниц: 560)
4. http://www.it-med.ru/library/g/brain.htm - Строение головного мозга |
Категория: Для абитуриентов | Добавил: Sandra (25.05.2012)
| Автор: Богданова Александра 
|
| Просмотров: 1860
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
