close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

TextAnalyst - Microsystems, Ltd

код для вставкиСкачать
ИВНД и НФ РАН
Программирование
и новые информационные технологии
Харламов А.А.
© 2009 ИВНД и НФ РАН
ИВНД и НФ РАН
Нейроинформатика
и новые информационные технологии
Харламов А.А.
© 2009 ИВНД и НФ РАН
ИВНД и НФ РАН
Лекция № 3. Знакомство с биологией
мозга человека. Физиология нейрона
3
ИВНД и НФ РАН
Большие полушария головного мозга человека
(из атласа Синельникова Р.Д.)
4
ИВНД и НФ РАН
Складки коры
5
ИВНД и НФ РАН
Строение коры
большого мозга
I. молекулярный
II. наружный
зернистый
III. наружный
пирамидный
IV. внутренний
зернистый
V. ганглиозный (
гигантских пирамид)
VI. полиморфный
4
ИВНД и НФ РАН
Нейрон
1. Аксон от другого
нейрона
2. Дендриты
3. Тело клетки
4.Распространяющийся
потенциал действия
5. Аксон
4
ИВНД и НФ РАН
Анатомия нейрона
Нейрон состоит из сомы, одного аксона и дендритов.
Сома – тело клетки, содержит все основные клеточные
органеллы (ядро, рибосомы, лизосомы и т.п.).
Аксон – отросток клетки, по которому возбуждение
(информация) идет из нейрона к другим нейронам.
Дендрит – отросток клетки, по которому возбуждение идет
в нейрон. Может быть у нейрона один или несколько,
дендритное дерево.
Синапс – место функционального (не физического) контакта
между нейронами. В нем происходит передача информации
от одного нейрона к другому.
4
ИВНД и НФ РАН
Анатомия нейрона
Афферентные нейроны – нейроны, образующие
чувствительную цепочку поступления информации
в мозг.
Эфферентные нейроны – нейроны, образующие
управляющую органами цепочку поступления
информации из мозга (команды управления).
4
ИВНД и НФ РАН
Нейрон
I. Тело клетки
II. Дендриты
III. Аксон
IV. Перехваты Ранвье
V. Терминали нейрона
4
ИВНД и НФ РАН
Нейрон
I. Миелин
II. Шванновские
клетки
III. Перехваты Ранвье
IV. Мышца
4
ИВНД и НФ РАН
Мембрана глиальной клетки
многократно обернута
вокруг аксона, как это видно
на электронной
микрофотографии
поперечного среза нервного
волокна. Такая мембрана
состоит из миелина, который
ускоряет проведение
нервных импульсов,
повышая сопротивление и
уменьшая емкость между
внутренностью аксона и
окружающим пространством.
В аксоне видны (в
поперечном сечении)
органеллы, называемые
микротрубочками.
4
ИВНД и НФ РАН
Пирамидный
нейрон
I. Дендриты
II. Тело клетки
III. Аксон
IV. Синапсы
4
ИВНД и НФ РАН
Тело клетки с синаптическими бляшками
4
ИВНД и НФ РАН
Срезы по синаптическим бляшкам
(по Бабминдре В.П.)
4
ИВНД и НФ РАН
Мембрана нейрона
Двойной
фосфолипидный слой с
каналами
4
ИВНД и НФ РАН
Калиево-натриевый насос
Калиево-натриевый насос – участки мембраны нейрона,
способные к активному транспорту (т.е. с затратой энергии)
ионов калия и натрия против их электрохимических
4
градиентов.
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
Мембранный потенциал нейрона – разность потенциалов на
мембране нейрона между внутренним содержимым нейрона и
внешней средой. Внутри нейрона много ионов калия и мало ионов
натрия, с внешней стороны – наоборот.
Потенциал покоя нейрона – устойчиво удерживаемый
мембранный потенциал невозбужденного нейрона, т.е. в
состоянии покоя. Всегда отрицательный.
Деполяризация нейрона – изменение мембранного потенциала в
положительную сторону (например вследствие возникновения
потенциала действия).
Гиперполяризация нейрона – изменение мембранного
потенциала в отрицательную сторону.
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
Потенциал действия (нервный импульс, спайк) нейрона –
быстрый деполяризационный сдвиг мембранного потенциала,
распространяющийся по аксону и работающий по принципу «все
или ничего».
Порог возбуждения нейрона – минимальная, необходимая для
возникновения потенциала действия, деполяризация нейрона.
Период абсолютной рефрактерности нейрона – интервал
времени после генерации спайка, когда клетка при любом
превышении порога возбуждения не способна генерировать
нейрвный импульс. Возникает на время работы натриевого насоса,
восстанавливающего потенциал покоя мембраны.
Период относительной рефрактерности – интервал времени
после генерации спайка, когда клетка имеет повышенный порог
возбуждения. Спайк может быть вызван при большем значении
деполяризации, чем в состоянии покоя.
4
ИВНД и НФ РАН
Регистрация потенциала действия
4
ИВНД и НФ РАН
Потенциал действия
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
4
ИВНД и НФ РАН
Рефрактерный период
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
При возникновении в пресинаптической клетке нервного импульса
(потенциала действия), он распространяется по аксону, достигает
синапса, вызывает в нем выброс медиатора в синаптическую щель,
медиатор взаимодействует с синаптическими рецепторами
постсинаптического нейрона, что вызывает в нем генерацию
возбуждающего или тормозного постсинаптического потенциала
(ВПСП или ТПСП) в зависимости от типа медиатора и рецепторов
мембраны нейрона.
4
ИВНД и НФ РАН
Потенциал действия
4
ИВНД и НФ РАН
Потенциал действия
4
ИВНД и НФ РАН
Выброс медиатора в синаптическую щель
4
ИВНД и НФ РАН
Выброс медиатора в синаптическую щель
4
ИВНД и НФ РАН
Выброс медиатора в синаптическую щель
4
ИВНД и НФ РАН
Передача сигнала в возбуждающем
химическом синапсе
А - Д – последовательность процессов при срабатывании
химического синапса; Е – деполяризация постсинаптической
мембраны (ВПСП).
1 – пресинаптическая мембрана, 2 – синаптическая щель, 3 –
постсинаптическая мембрана
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
Временная суммация постсинаптического потенциала (ПСП) –
нелинейное суммирование ПСП, вызванных активацией одного и
того же синапса, если интервал времени между
пресинаптическими спайками, вызвавшими эти ПСП, меньше
длительности самих ПСП.
Пространственная суммация ПСП – нелинейное суммирование
ПСП, вызванных активацией разных синапсов (от разных
пресинаптических нейронов), на одном постсинаптическом
нейроне. В результате суммации подпороговые ПСП,
просуммировавшись, могут превысить порог возбуждения нейрона.
4
ИВНД и НФ РАН
Суммация местного возбуждения
4
ИВНД и НФ РАН
Суммация местного возбуждения
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
Стимул – сигнал из внешней или внутренней среды, вызывающий
изменение в активности или поведении человека.
Рецептор – биологический преобразователь, специальный орган
или отдельная клетка, воспринимающий стимул. Рецептор
кодирует сам или участвует в кодировании информации о
параметрах действующего стимула в виде последовательности
нервных импульсов для последующей обработки этой информации
в мозге и для формирования ответной реакции организма на этот
стимул. Рецепторы кодируют многообразные стимулы в виде
последовательности нервных импульсов, которые передаются в
мозг, где они расшифровываются и используются для выработки
нужной ответной реакции организма.
4
ИВНД и НФ РАН
Электрофизиология нейрона
Анализатор – функциональная система, состоящая из
рецепторов, чувствительного проводящего пути и зоны коры
головного мозга, куда проецируется данный вид чувствительности.
Органы чувств – сложные рецепторы, состоящие из большого
числа чувствительных клеток и связанных с ними вспомогательных
приспособлений.
Нейрон-детектор – нейрон, избирательно возбуждающийся
только конкретным стимулом с конкретными характеристиками.
Сенсорные нейроны – нейроны, деятельность которых связана с
обработкой информации о действующем раздражителе.
Мотонейроны – нейроны, прямо связанные с мышцами и их
возбуждающие.
4
ИВНД и НФ РАН
Система
концентрических
окружностей
(по D.A. Sholl)
4
ИВНД и НФ РАН
Модель Ролла
(Rall)
Следствия
организации
аксонного нейропиля
на спинальном
мотонейроне в форме
поперечно
ориентированных
слоев
4
ИВНД и НФ РАН
Харламов А.А.
Нейроподобный элемент с временной суммацией
сигналов
1. Вход. 2. Возбуждающие синапсы. 3. Тормозные синапсы.
4. Тело клетки (сумматор). 5. Выход. 6. Обобщенный
дендрит - многоразрядный регистр сдвига. 7.
Управляющий синапс.
4
ИВНД и НФ РАН
Харламов А.А.
Нейроподобный элемент с временной суммацией
сигналов (эквивалентное представление)
1. Вход. 2. Возбуждающие синапсы. 3. Тормозные синапсы.
4. Тело клетки (сумматор). 5. Выход. 6. Бинарный регистр
сдвига.
4
ИВНД и НФ РАН
Харламов А.А.
Нейроподобный
элемент с
временной
суммацией
сигналов
X. Входной сигнал
D. Элементы
задержки
k1 - km. Входы
нейрона
Σ. Тело клетки
a(t). Суммарный
сигнал
f(.). Нелинейное
преобразование
Y(t). Выход нейрона
4
ИВНД и НФ РАН
Колонка коры
(по Батуеву А.С.)
I. Пирамидные
нейроны
II. Дендриты
III. Возвратные
коллатерали
IV. Боковые связи
V. Аксоны
VI-VII. Связи из
других областей
VIII. Вставочные
нейроны
4
ИВНД и НФ РАН
Строение коры
большого мозга
I. молекулярный
II. наружный
зернистый
III. наружный
пирамидный
IV. внутренний
зернистый
V. ганглиозный (
гигантских пирамид)
VI. полиморфный
4
ИВНД и НФ РАН
Вертикально
идущие дендриты
пирамидных
клеток
(по Батуеву А.С.)
4
ИВНД и НФ РАН
Колонка коры
Колонка содержит некоторое
количество параллельно включенных
пирамидных нейронов III слоя коры
(1), которые имеют общие пучки
апикальных (2) и базальных (3)
дендритов. На апикальные дендриты
во II слое приходит специфическая
информация от релейных клеток (4)
таламуса, через cartridgе synapse
neuron (5) от специфических
афферентных волокон (6). На
базальные дендриты - информация от
соседней колонки через U-образные
волокна (7), объединенные
электротонически. Как на апикальных,
так и на базальных дендритах
имеются различные комбинации
возбуждающих и тормозных синапсов.
4
ИВНД и НФ РАН
Цитоархитектоника колонки
Среди мультиполярных нейронов коры выделяют
пирамидные, звездчатые, веретенообразные,
паукообразные, горизонтальные, клетки
"канделябры", клетки с двойным букетом дендритов
и некоторые другие виды нейронов.
Пирамидные нейроны составляют основную и
наиболее специфическую для коры полушарий
форму. Они имеют вытянутое конусовидное тело,
вершина которого обращена к поверхности коры. От
вершины и боковых поверхностей тела отходят
дендриты. От основания пирамидных клеток берут
начало аксоны.
4
ИВНД и НФ РАН
Пирамиды 3 слоя, входящие в колонку, имеют
управляющий апикальный дендрит, который добавляет
фоновую импульсацию от горизонтальных клеток 1
слоя, и, тем самым, облегчает условия срабатывания
нейрона. Это эквивалентно уменьшению порога
нейрона. Пирамиды третьего слоя коры имеют (по
Полякову Г.И.) до 6 базальных (информационных)
дендритов.
4
ИВНД и НФ РАН
Как показали В.П. Бабминдра и Т.А. Брагина, во многих
образованиях центральной нервной системы человека
от спинного мозга до коры головного мозга имеется
тип иннервации нейронов одним волокном, когда
иннервирующее волокно распространяется от
дистального участка дендрита к проксимальному. Для
простоты можно считать, что все апикальные
дендриты иннервируются одним волокном, хотя можно
предположить и отдельные входы на каждом из них,
что приводит к появлению дополнительных
возможностей по обработке информации. Так же
показано существование так называемых триад –
наличие между терминальными окончаниями
афферента и дендритическим синапсом вставочного
тормозного нейрона.
4
ИВНД и НФ РАН
Гиперколонка коры
(по Батуеву А.С.)
I. Пирамидные
нейроны
II. Колонка
а. Аксонные пучки
б. Специфические
афферентные волокна
В. Горизонтальная
клетка
4
ИВНД и НФ РАН
Харламов А.А.
Нейронная сеть из
нейроподобных
элементов с
временной
суммацией
сигналов
X(i). Вход
Y(i). Выход
4
ИВНД и НФ РАН
Зрительный анализатор
50
ИВНД и НФ РАН
Сетчатка
Сетчатка (снизу
вверх)
1. Рецепторы
(палочки и колбочки)
2. Ядра рецепторных
клеток
3. Внешний
синаптический слой
4. Горизонтальные
клетки
5. Биполярные клетки
6. Амакриновые
клетки
7. Внутренний
синаптический слой
8. Ганглиозные клетки
9. Волокна
оптического тракта
51
ИВНД и НФ РАН
Улитка
52
ИВНД и НФ РАН
Слуховой анализатор
53
ИВНД и НФ РАН
Ламели гиппокампа
4
ИВНД и НФ РАН
Гиппокамп
4
ИВНД и НФ РАН
Архитектура гиппокампа и его связей
4
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
27
Размер файла
4 094 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа