Химия эмоций и чувств

Химия эмоций и чувств

§ 55. Органы химического чувства и осязания



Вопрос 1. Для чего человеку нужны органы вкуса и обоняния?

Органы обоняния и вкуса – два связанных органа, вызывающие два связанных между собой чувства, играющих важную роль в процессе пищеварения, поскольку как привлекательный аромат, так и приятный вкус стимулируют слюнные и желудочные секреты, а обоняние также предупреждает о присутствии токсичных газов, которые плохо пахнут.

Вопрос 2. Что такое осязание?

Осязание (тактильное чувство) – одно из пяти основных видов чувств, к которым способен человек, заключающееся в способности ощущать прикосновения, воспринимать что-либо рецепторами, расположенными в коже, мышцах, слизистых оболочках. Различный характер имеют ощущения, вызываемые прикосновением, давлением, вибрацией, действием фактуры и протяжённости. Обусловлены работой двух видов рецепторов кожи: нервных окончаний, окружающих волосяные луковицы, и капсул, состоящих из клеток соединительной ткани.

Вопрос 3. Где находятся, как устроены и зачем нужны рецепторы обоняния, вкуса и осязания?

Миллионы рецепторов осязания, расположенные на поверхности кожи и в ее тканях распознают прикосновение, нажатие или боль, затем посылают соответствующие сигналы спинному и головному мозгу. Головной мозг анализирует и расшифровывает эти сигналы, переводя их в ощущения – приятные, нейтральные или неприятные.

Расположенные в полости носа клетки выявляют молекулы, являющиеся источником запаха, затем посылают соответствующие нервные импульсы в мозг. Мозг опознает эти запахи, которые могут быть приятными или наоборот неприятными.

Менее развитое чем обоняние, чувство вкуса сообщает о качестве и вкусовых особенностях потребляемой пищи и жидкостей. Вкусовые клетки, расположенные на вкусовых сосочках – маленьких бугорках на языке, определяют оттенки вкуса и передают соответствующие нервные импульсы в мозг. Мозг анализирует и идентифицирует характер вкуса.

Вопрос 4. Зачем нужна боль?

Как ни мучительна боль, она нам необходима. Это сигнал тревоги и учитель жизни. Когда у человека ничего не болит, это замечательно. Но если у него и не может ничего болеть, он находится в смертельной опасности. Люди, лишенные болевой чувствительности, не в состоянии корректировать свое поведение и следить за здоровьем.

Вопрос 5. Как вы думаете, почему рецепторы расположены на сосочках?

Вкусовые рецепторы расположены в полости рта и является хеморецепторами.

Скопление вкусовых рецепторов содержатся во вкусовых луковицах, размещенных на выростах слизистой оболочки языка в так называемых вкусовых сосочках. Это необходимо для увеличения общей площади языка для лучшего восприятия вкусов. Вкусовые луковицы (почки) состоят из трех видов клеток: базальных, внешних опорных и внутренних вкусовых. В них заложены окончания вкусовых нервов.

Вопрос 6. Что означает «онемение» кожи на морозе?

«Онемение» на морозе означает потерю кожей чувствительности.

Вопрос 1. Для чего человек принюхивается, делая резкие вдохи?

Человек, принюхиваясь, делает резкие вдохи для того, чтобы в носовую полость поступало большое количество воздуха для лучшей работы и восприятия обонятельных рецепторов.

Вопрос 2. К какому вкусу наиболее чувствителен кончик языка?

Рецепторы вкуса расположены на языке неравномерно: кончик языка отвечает за сладкий вкус, боковые края передней части языка – за соленый вкус, боковые края задней части языка – за кислый вкус, корень языка – за горький вкус.

Вопрос 3. Почему мы стремимся ощупать интересующую нас поверхность кончиками пальцев, а не всей ладонью?

Подушечки пальцев обладают осязательными рецепторами, которые находятся в углублениях между капиллярными линиями, в области ладони их меньше, поэтому и чувствительность меньше.

Вопрос 4. Как вы думаете, о чём может сигнализировать боль в ушах при спуске под воду?

Боль в ушах при погружении возникает из-за разницы давлений на барабанную перепонку снаружи и изнутри. Перепонка давлением воды извне «вдавливается» внутрь уха и раздражает нервы. Для уменьшения этих ощущений нужно увеличить давление в полостях черепа. Для этого с закрытыми ртом и носом пытаться выдохнуть. В момент выравнивание давлений почувствуете легкое шуршание, потрескивание, шум. Если ныряете с аквалангом, нужно правильно выставить манометр и регулятор давления.

Вопрос 5. Почему мозг не чувствует боли? А что же болит, когда болит голова?

Головная боль – это признак многих заболеваний. Мозг человека, не имеющий болевых рецепторов, сигнализирующих о боли, не в состоянии ощущать воздействие на свою ткань. На самом деле, боль вызывают чувствительные болевые рецепторы твердой мозговой оболочки, расположенной между мозгом и костями черепа, а также рецепторы мышц и сухожилий, покрывающих кости черепа.

Вопрос 6. Почему в сухом воздухе пустынь обоняние притупляется?

В сухом воздухе пустынь обоняние притупляется из-за снижения влажность слизистой оболочки носа, в которой располагаются обонятельные рецепторы.

>Общее химическое чувство

Органы чувств

краткое содержание других презентаций

«Строение уха человека» — Бережно относиться. Ушной проход. Школьный звонок. Приборы. Костный завиток. Слух. Тихий час. Как надо относиться к такому сложному органу. Определенные условия. Но что это такое — эхо. Средний отдел. Мы с вами живём в мире разных звуков. Слуховой аппарат. Звуки. Уши боятся шума. Гора-айсберг. Осень. Почему звенит звонок. Волна. Давайте все замрём на несколько секунд. Воздух заколебался. Человек понял природу эха.

«Органы чувств человека» — Минитест. Наши помощники. Гигиена слуха. Составим памятку. Глаза – орган зрения. Хлопать ушами. Найди ошибки. Посмотри и отдохни. Орган зрения. Уши – орган слуха. Гигиена зрения. Органы чувств.

«Хеморецепция» — Первостепенное значение. Вкусовые почки. Обонятельный эпителий. Вкусовая система. Древний вид рецепции. Общее химическое чувство. Способность живых существ. Кожный анализатор. Обоняние. Хеморецепция. Проводящие пути кожного анализатора. Вкусовые ощущения и восприятие. Дистальные отделы. Центральные вкусовые пути. Вкусовая адаптация.

«Орган слуха человека» — Слухопротезирование. Вестибулярный аппарат. Кортиев орган строение. Дефекты. Работа по реабилитации. Нарушение слуха. Слуховой анализатор. Индивидуум. Строение слухового аппарата. Вестибулярный аппарат строение. Патологии слуха. Реабилитация детей с нарушением слуха. Расстройства речи. Строение внутреннего уха. Внутреннее ухо. Классификация нарушений слуха. Орган слуха: строение в норме; основные патологии.

«Виды анализаторов человека» — Волос. Кровеносные и лимфатические сосуды. Вкусовые почки. Обонятельные клетки. Эпидермис. Опорные клетки. Строение кожи. Волос покрыт роговыми чешуйками. Анализаторы. Обонятельный анализатор. Вкусовой анализатор. В дерме различают два слоя. Из каких слоев состоит кожа. Закаливающее действие. Кожа. Потовые железы. Регуляция теплоотдачи. Рецепторы кожи. Выделительная функция. Обонятельная область. Гигиенические требования.

«Строение слухового анализатора» — Шум леса. Будильники. Звуки. Шум влияет на нервную систему человека. Раннее воскресное утро. Тишина. Слуховой анализатор. Строение и функции слухового анализатора. Шум. Человек живёт в мире звуков. Знания о значении и строении слухового анализатора. Пение птиц.

Всего в разделе «Органы чувств» 23 презентации>Портфолио проекта Химия созидающая и разрушающая

> Автор проекта

Полюшкина Наталья Александровна

> Предмет, класс

  • химия
  • биология
  • экология

9 класc,предпрофильная подготовка

План проведения проекта

Длительность проекта: 4 недели

Подготовительный этап:

  • Вводный урок. Презентация проекта (вводная презентация учителя).
  • Обсуждение основополагающего вопроса и формулировка проблемных вопросов (мозговой штурм).
  • Формирование групп и выбор темы исследования.
  • Сделайте отметку группы в блоге
  • Входное тестирование

Практический этап

  • Совместное планирование проекта: цели, график работы, деятельность каждого участника группы.
  • Анализ имеющейся информации. Сбор и изучение информации (поиск информации в Интернет, и других источниках).
  • Выполнение плана работы (самостоятельная работа в группах, проведение опытов).
  • Консультирование и наблюдение за деятельностью учащихся.
  • Заполнение дневника проекта в блоге
  • Продвижение по проекту отмечеется в «Маршрутном листе» проекта, выложенном на GoogleDocs.
  • Подготовка отчета о работе и оформление результатов работы в виде (презентации, публикации и т.п.)
  • Оценивание работы в группе

Завершающий этап

  • Предварительная оценка продукта деятельности.
  • Презентация проектана завершающей конференции «Химия друг или враг?»
  • Оценка выступлений на конференции

Контрольный этап

  • Анализ результатов выполнения проекта.
  • Рефлексия в блоге

Олимпиада «Наноэлектроника»Неофициальный сайт

Научно-исследовательский ядерный университет
Московский инженерно-физический институт
Факультет «Автоматики и электроники»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»

Химические реакции, наноэлектроника и мозг человека
Преподаватель: доцент В.А. Лапшинский
Подготовил студент группы А4-11
Сазонов Е.О.
Москва 18.05.2011
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. 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.
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). Ствол мозга состоит из продолговатого мозга, моста (варолиева моста) и среднего мозга.
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. 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
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).
Гипоталамус – маленькая область в основании мозга, лежащая под таламусом. 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.
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.
Мозжечок
Расположен под затылочными долями больших полушарий. 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. Согласно последним данным, мозжечок играет весьма существенную роль в формировании двигательных навыков, способствуя запоминанию последовательности движений.

Рис.3 Препарат мозга человека, красным выделен мозжечок
Другие системы
Лимбическая система – широкая сеть связанных между собой областей мозга, которые регулируют эмоциональные состояния, а также обеспечивают научение и память. К ядрам, образующим лимбическую систему, относятся миндалевидные тела и гиппокамп (входящие в состав височной доли), а также гипоталамус и ядра т.н. прозрачной перегородки (расположенные в подкорковых отделах мозга).
Ретикулярная формация – сеть нейронов, протянувшаяся через весь ствол к таламусу и далее связанная с обширными областями коры. Она участвует в регуляции сна и бодрствования, поддерживает активное состояние коры и способствует фокусированию внимания на определенных объектах.

Рис.4 Лимбическая система в головном мозге
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МОЗГА
С помощью электродов, размещенных на поверхности головы или введенных в вещество мозга, можно зафиксировать электрическую активность мозга, обусловленную разрядами его клеток. Запись электрической активности мозга с помощью электродов на поверхности головы называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Она не позволяет записать разряд отдельного нейрона. Только в результате синхронизированной активности тысяч или миллионов нейронов появляются заметные колебания (волны) на записываемой кривой.
При постоянной регистрации на ЭЭГ выявляются циклические изменения, отражающие общий уровень активности индивида. В состоянии активного бодрствования ЭЭГ фиксирует низкоамплитудные неритмичные бета-волны. В состоянии расслабленного бодрствования с закрытыми глазами преобладают альфа-волны частотой 7–12 циклов в секунду. О наступлении сна свидетельствует появление высокоамплитудных медленных волн (дельта-волн). В периоды сна со сновидениями на ЭЭГ вновь появляются бета-волны, и на основании ЭЭГ может создаться ложное впечатление, что человек бодрствует (отсюда термин «парадоксальный сон»). Сновидения часто сопровождаются быстрыми движениями глаз (при закрытых веках). Поэтому сон со сновидениями называют также сном с быстрыми движениями глаз. ЭЭГ позволяет диагностировать некоторые заболевания мозга, в частности эпилепсию.

Рис.5 Получение ЭЭГ
Если регистрировать электрическую активность мозга во время действия определенного стимула (зрительного, слухового или тактильного), то можно выявить т.н. вызванные потенциалы – синхронные разряды определенной группы нейронов, возникающие в ответ на специфический внешний стимул. Исследование вызванных потенциалов позволило уточнить локализацию мозговых функций, в частности связать функцию речи с определенными зонами височной и лобной долей. Это исследование помогает также оценить состояние сенсорных систем у больных с нарушением чувствительности.
ТЕРМОДИНАМИКА МОЗГА
Мозг в целом можно считать реакционной термодинамической системой, находящейся в стационарном состоянии. Приток энергии и сброс избыточного тепла мозгом сбалансированы в узком диапазоне температур от ~37о (центр мозга) до ~36оС (кора мозга). Этот градиент температуры, будучи обусловлен более низкой температурой внешней среды, может играть существенную роль в ориентировании тепловых потоков внутри мозга. Аналогичный градиент температуры наблюдается и для тела, она имеет максимум в прямой кишке, а минимум в поверхностном слое клетчатки и мужских яичках. Диапазон оптимальной температуры метаболизма находится в пределах значений температур, для которых изобарная теплоемкость чистой воды имеет минимум. Особенности термодинамики фазовых переходов водных растворов в процессе филогенеза легли в основу механизма адаптации живых систем, которая, по сути, представляет собой изоэнергетические переходы или переходы с энергией активации порядка kΔT (при ΔT ~ 0,1 – 1 К) между состояниями разной степени упорядоченности белковых молекул или однородных, молекулярно-клеточных ансамблей. Снижение энтропийной составляющей внутренней энергии живой системы сопряжено с резонансным поглощением ею кванта внешней ЭМ- или нейтринной энергии, который она преобразует в активный метаболический квазифотон. Жидкостная среда обеспечивает отвод кванта тепловой энергии (энтропии) за границы системы, а действием квазифотона реализуется функция той или иной структуры мозга, включающей в себя упорядоченную подсистему. Энергия, выделяемая или поглощаемая при таких переходах, может оказаться намного порядков меньше kT. В неравновесных условиях колебания отдельных макромолекул могут синхронизироваться, в частности, посредством электромагнитного поля.
Таким образом, термодинамика мозга сочетает равновесно-стационарную термодинамику метаболизма и неравновесную термодинамику нейросети.
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. Так, эндорфины и энкефалины обнаружены лишь в путях, проводящих болевые импульсы. Другие медиаторы, такие, как глутамат или ГАМК, более широко распространены.
Действие нейромедиаторов
Как уже отмечалось, нейромедиаторы, воздействуя на постсинаптическую мембрану, изменяют ее проводимость для ионов. Часто это происходит через активацию в постсинаптическом нейроне системы второго «посредника», например циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). 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.
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.
Психоактивные средства
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. Такие широко используемые антипсихотические средства, как фенотиазины (например, хлорпромазин, или аминазин), блокируют дофаминовые рецепторы и тем самым снижают эффект дофамина на постсинаптические нейроны. Наконец, последний из распространенных механизмов действия – торможение инактивации нейромедиаторов (многие пестициды препятствуют инактивации ацетилхолина).

Рис.6 Движение нейронов в мозгу
Давно известно, что морфин (очищенный продукт опийного мака) обладает не только выраженным обезболивающим (анальгетическим) действием, но и свойством вызывать эйфорию. Именно поэтому его и используют как наркотик. Действие морфина связано с его способностью связываться с рецепторами эндорфин-энкефалиновой системы человека. Это лишь один из многих примеров того, что химическое вещество иного биологического происхождения (в данном случае растительного) способно влиять на работу мозга животных и человека, взаимодействуя со специфическими нейромедиаторными системами. Другой хорошо известный пример – кураре, получаемое из тропического растения и способное блокировать ацетилхолиновые рецепторы. Индейцы Южной Америки смазывали кураре наконечники стрел, используя его парализующее действие, связанное с блокадой нервно-мышечной передачи.
КВАНТОВЫЕ ЗАКОНЫ МОЗГА
Учитывая наличие в мозгу метастабильных и динамичных квазифотонов различных типов и энергий, можно предполагать их активное участие не только в метаболизме, но и в физике когнитивных функций в рамках законов классической квантовой механики.
То есть получается, что квантовая механика имеет отношение к работе мозга?! Да, такие явления как ионы, несущие единичные заряды, натриевые и калиевые каналы, химия нейромедиаторов; отчасти обусловлены квантово механическими эффектами. Но нет ли таких ключевых процессов в мозге, которые непосредственно определялись бы квантово-механическими эффектами? В действительности, можно указать, по крайней мере, одно место, где чисто квантовые явления имеют принципиальные значения для нервной деятельности, — это сетчатая оболочка глаза. Клетки сетчатки вырабатывают нервный импульс при попадании на неё фотона.
Глаз человека имеет очень хорошую чувствительность, но способны ли мы увидеть один фотон? Ответ — да. Чувствительные клетки сетчатки могут реагировать на одиночные фотоны. Однако нейронный фильтр передаёт мозгу сигнал, который мы можем осознать, только если в течение 100мс получено примерно 5-9 фотонов. Ограничение чувствительности – это не дефект зрения, а необходимая адаптация. Если бы мы видели каждый фотон, то в темноте было бы слишком много визуального шума.

Рис.7 Сетчатка реагирует на один фотон
ТАЙНА ПАМЯТИ
Выключатель нейронов
Учёные давно знают, что ключевым «устройством», отвечающим за запись новых воспоминаний (при обучении или получении новых впечатлений) в долговременную память, является гиппокамп.
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.8 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).
Кстати, химический метод воздействия на гиппокамп (только с иным веществом) применяла другая научная группа, которая некогда стёрла воспоминания у крыс.
Оживление воспоминаний
Небольшая часть мозга, гиппокамп, не хранит 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.9 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.
BLUE BRAIN PROJECT
Проект по компьютерному моделированию неокортекса человека. Начался в июле 2005 года. Над проектом совместно работают компания IBM и Швейцарский Федеральный Технический Институт Лозанны.
Имитационное моделирование
Основной структурной единицей неокортекса (новой коры головного мозга) человека является нейронная колонка. Одна такая колонка содержит порядка 103—104 нейронов, дендриты которых проходят через всю высоту колонки. Неокортекс и каждая его колонка состоит из 6 слоёв. Толщина каждого слоя примерно равна толщине кредитной карточки. Количество слоёв играет существенную роль в мыслительном процессе. Так, например, у собаки 4 слоя новой коры, из-за чего она не обладает способностью достаточно подробно прогнозировать ситуацию и не может вычислить следующее логическое действие.
Проект использует суперкомпьютер Blue Gene для моделирования колонок. В конце 2006 года удалось смоделировать одну колонку неокортекса молодой крысы. При этом использовался один компьютер Blue Gene и было задействовано 8192 процессора для моделирования 10000 нейронов. То есть практически один процессор моделировал один нейрон. Для соединения нейронов было смоделировано порядка 3×107 синапсов.
На текущий момент команда работает над «режимом реального времени», при котором 1 секунда реального времени работы мозга моделируется процессорами за 1 секунду.
Фаза I
26 ноября 2007 года было объявлено о завершении «Фазы I» проекта Blue Brain. Результатами этой фазы являются:
1. Новая модель сеточной структуры, которая автоматически, по запросу, генерирует нейронную сеть по предоставленным биологическим данным.
2. Новый процесс симуляции и саморегуляции, который перед каждым релизом автоматически проводит систематическую проверку и калибровку модели, для более точного соответствия биологической природе.
3. Первая модель колонки неокортекса клеточного уровня, построенная исключительно по биологическим данным.
3D визуализация
В процессе моделирования получается огромный объём данных (сотни гигабайт информации в секунду), которые чрезвычайно тяжело анализировать. Поэтому кроме параллельной обработки исходящих данных был разработан интерфейс 3D визуализации колонки. Меш-объект визуализированной колонки (10000 нейронов) содержит порядка 1 миллиарда треугольников и имеет объём в 100 Гб. Модель колонки, с отображением электрической активности имеет объём порядка 150 Гб. Такой интерфейс позволяет зрительно анализировать информацию электрической активности и выявлять наиболее интересные зоны. Он также позволяет сравнивать результаты, полученные моделированием с опытными результатами, которые получаются путём измерения микроэлектроэнцефалограммы колонки. Калибровка модели за счёт сравнения с реальной биологической колонкой будет проведена в «Фазе II» проекта.
Моделирование сознания
Исследователи не ставят перед собой задачей смоделировать сознание.
Если сознание появляется в результате критической
массы взаимодействий — тогда, это может быть возможно.
Но мы действительно не понимаем, что есть сознание,
поэтому трудно об этом говорить.
Оригинальный текст
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.
Литература
1. Проект Blue Brain // wikipedia.org // http://ru.wikipedia.org/wiki/Blue_Brain_Project
2. IBM: компьютеры станут умнее человека к 2019 году // CNews.ru // http://banana.by/index.php?newsid=158137
3. Физиология человека /под ред. Г. И Косицкого М. : Медицина 1985 г.
4. Строение головного мозга // http://www.it-med.ru/library/g/brain.htm

Реальный взгляд на химизм мозга и химическую зависимость

ИЗМЕНЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИМ ПУТЕМ СОСТОЯНИЯ

Терри Л.Неер

Журнал «Профессиональный консультант»,

март-апрель 1991 года, стр. 31-35.

В прошлом химическая зависимость описывалась с помощью таких понятий, как «дефекты характера», «недостатки личности» или «особенности поведения», которые считались свойственными для химически зависимых людей.

В действительности же, сила воли и черты характера чаще всего не имеют никакого отношения к этой болезни. В основе ее лежат факторы, связываемые с недостатком, избытком или дисбалансом определенных химических веществ в мозге. Такой патологический химизм появляется в результате генетических или средовых воздействий, которые человек не может контролировать. Эти измененные химическим путем состояния являются предвестниками или уже действующими причинами того, что человек вынужден получать положительное подкрепление при помощи химических веществ.

То, как мы думаем, чувствуем и поступаем – результат химических процессов, происходящих в нашем мозге. Эти химические процессы зависят от согласованности взаимодействия молекул множества различных химических веществ со специализированными клетками мозга, что и рождает наши мысли, чувства и действия. Каждая мысль, чувство и форма поведения имеет свой нейрохимический эквивалент в мозге. По мере того, как человек продолжает использовать внешние химические вещества, чтобы изменить свои мысли, чувства, формы поведения так, как ему бы хотелось, он становится химически зависимым.

Другими словами, для того, чтобы человек стал зависимым от получаемого извне химического вещества, которые помогает ему переживать желаемые мысли, чувства или формы поведения, в его мозге должен первоначально существовать или развиться недостаток определенных химических веществ. Для такого человека первый шаг к приемлемому образу жизни, свободному от потребности получать химические вещества извне – это полный отказ от употребления этих веществ. Однако, такой отказ сопровождается целым рядом неприятных и с большим трудом принимаемых человеком мыслей, ощущений, а возможно – и форм поведения, поскольку этот человек пытается выполнять социальные функции, обладая крайне ограниченными химическими возможностями мозга.

Это является основание считать физиологическую стабилизацию необходимым начальным этапом выздоровления от химической зависимости. До недавних пор этот пункт в опыте большинства реабилитационных программ не учитывался.

Я считаю, что прийти к пониманию этого процесса консультантам в области химической зависимости мешало отсутствие практического воплощения последних научных данных в руководство к действию.

Многие специалисты в этой области поддерживают концепцию химической зависимости как заболевания, поскольку Американская медицинская ассоциация утверждает, что алкоголизм – это заболевание («Анонимные Алкоголики» называют его «прогрессирующей болезнью»), а это делает химическую зависимость «поддающейся лечению». Те из нас, кто сами являются выздоравливающими алкоголиками или наркоманами, считают себя людьми сильного характера и воли, и с готовностью принимают концепцию алкоголизма как болезни. Большинство же консультантов, не являющихся выздоравливающими алкоголиками или наркоманами, вслух заявляют о том, что они тоже принимают эту концепцию, но в глубине души могут в некоторой степени удивляться такому утверждению.

В нашем обществе болезнью может считаться состояние, определяемое четырьмя следующими критериями:

1) этиология – возможность определить факторы, которые вызывают данное состояние;

2) симптоматология – возможность определить симптомы, т.е. наличие потери контроля, выпадений памяти, изменения толерантности и т.д.;

3) патогенез – возможность симптоматического описания стадий процесса;

4) прогноз – в случае химической зависимости – неопределенный.

Если принять, что алкоголизм вызывается алкоголем, то каждый, кто выпивает, должен бы заболеть этой болезнью, но это происходит вовсе не с каждым.

Настоящие же этиологические факторы – и именно они обсуждаются в данной статье – это нейрохимический и ферментный (я не буду здесь говорить об уровне и активности тех ферментов печени, значение которых хорошо известно).

Около полусотни химических веществ, синтезируемых мозгом обычного человека, считаются нейромедиаторами (передатчиками нервных сигналов), связанными с мышлением, эмоциями и поступками. Некоторые из этих веществ особо интересны в плане выздоровления от химической зависимости и, что очень важно, могут быть связаны с определенным эмоциональным состоянием. Это позволяет нам в значительной мере упростить и сделать доступным для практического применения представления о химизме мозга. Давайте рассмотрим некоторые из этих нейрохимических веществ и опишем связанные с ними мысли, чувства и формы поведения.

Опиоиды – эндорфины и энкефалины – это вещества, используемые мозгом для облегчения боли. Эндорфины (эндогенные вещества морфинного ряда), по всей видимости, служат для облегчения физических страданий. Энкефалины (мет-энкефалин и лей-энкефалин) оказывают, по-видимому, глубокое воздействие на нейронные области, связанные с эмоциональной памятью. Самое болезненное чувство, которое заставляет нас страдать сильнее всего – это низкая самооценка.

Исследования, о которых сообщалось в журнале «Профессиональный консультант» за март-апрель 1987 года, сводят воедино важные данные из разных областей знания. В результате этих исследований мы знаем, например, что содержание опиоидов может зависеть от генетических и эмоциональных факторов. Если в мозге человека содержание опиоидов низкое – из-за генетических особенностей или постоянного воздействия стрессов – такой человек ощущает себя неполноценным, неадекватным, ненужным. И причина всех этих ощущений – пониженный уровень энкефалина. Врожденная недостаточность опиоидов может быть причиной болезненной застенчивости у детей. Они могут постоянно чувствовать себя не такими, иными, чем их ровесники, хотя это и не так. Они всегда считают себя «вторыми», «третьими» или «последними», и никогда не ощущают себя не только лидерами, но даже и «такими же», как все остальные. Когда у них уровень опиоидов приходит в норму, что бывает, например, вслед за родительской лаской, которая резко увеличивает выделение и усвоение эндорфинов и энкефалинов, ребенок чувствует себя внутренне сосредоточенным и спокойным, ощущает свою полноценность. Регулярные физические упражнения также высвобождают эндорфины, и человек тоже ощущает спокойствие, сосредоточенность и полноценность, т.е., испытывает положительные эмоции.

Опиатные наркотики воздействуют на те же рецепторы, что и эндогенные опиоиды – эндорфины и энкефалины, и приносят желаемое чувство благополучия. Алкогольный метаболизм и возможное выделение салсолинола обеспечивают синтез молекул, заменяющих энкефалин и усиливающих чувство эйфории. Любители пива испытывают эйфорию вдвойне, поскольку, в дополнение к тому, что усвоение алкоголя сопровождается выделением салсолинола, это вещество еще и поступает в организм вместе с пивом, в котором оно естественным образом синтезируется при ферментации хмеля.

Дофамин воздействует на области мозга, например, лобные доли, связываемые с чувствами удовлетворения, альтруизма, другими положительными эмоциями, а также на такие мозговые структуры, как лимбическая система, которую связывают с переживанием материнских и отцовский чувств. Нейромедиаторы не могут вызывать этих чувств, когда в организме мало дофамина, как, например, при кокаиновой наркомании. В результате наркоманы не чувствуют угрызений совести в отношении своих действий и не испытывают потребности заботиться о своих детях. Когда им говорят, что они забросили своих детей или обижают их, они обычно отвечают, что знают о своей обязанности заботиться о детях, но просто «не могут» этого делать.

Норэпинефрин получается из дофамина и является нейромедиатором мозгового возбуждения и энергетики. Когда уровень норэпинефрина соответствует норме, человек чувствует себя энергичным, хорошо мотивированным и полным «потребности к действию». Если этого вещества недостает, человек испытывает упадок сил, отсутствие мотивации и побуждений, депрессию.

Серотонин является эмоциональным стабилизатором мозга. Если уровень серотонина соответствует норме, человек понимает, какие чувства он испытывает. Если же серотонина мало, как, например, в случае пременструального синдрома, женщина беспокойна, всегда на грани беспричинных слез и плохо спит, ей сильнее обычного мешает любой шум. Ей трудно объяснить свои переживания и она подавлена. Одновременные проявления депрессии и раздражительности, по-видимому, всегда связаны с низким уровнем серотонина.

Гамма-аминомасляная кислота — (ГАМК) входит в состав очень многих (до 40% от общего количества) нейромедиаторов. Ее считают веществом, позволяющим справляться со стрессом. При нормальном уровне ГАМК человек чувствует себя уверенно и спокойно. Если уровень ГАМК недостаточен, человек будет ощущать ничем не мотивированную тревогу (спонтанная тревожность), и может переживать приступы страха и даже судороги. Недостаток ГАМК – важнейший фактор в синдроме отсроченного стресса; ее дефицит может приводить к возникновению различных фобий.

Алкоголь, барбитураты и бензодиазепины воздействуют на производящие ГАМК нейроны и усиливают катализ этого вещества, что вызывает ощущение покоя, ослабляет переживания от стресса, уменьшает агрессию и страх.

Ацетилхолин воздействует на способность концентрировать внимание и память. Когда ацетилхолина меньше нормы, человеку трудно сосредоточиться дольше, чем на несколько секунд, он испытывает затруднения в кратковременной памяти.

Известно несколько опубликованных исследований, в которых объясняется действие ферментов и некоторых гормонов. Когда в кровь, взятую у человека, больного алкоголизмом, или злоупотреблявшего алкоголем, добавляли алкоголь, в количестве, эквивалентном 4-6 порциям виски (т.е., 2,5 унции или 75 мл чистого алкоголя), многие ферменты в значительной степени разрушались. Если же та же манипуляция производилась с контрольными пробами крови, взятыми у людей без алкогольных проблем, то подобных разрушений ферментов не наблюдалось.

Одним из ферментов, функционально подавлявшихся при контакте с молекулами алкоголя, была моноаминоксидаза (МАО). Что это может значить? Этот пример позволяет понять, почему некоторые люди при приеме алкоголя или лекарств-депрессантов испытывают парадоксальный прилив энергии и вообще чувствуют себя лучше.

Моноаминами, на которые в этом случае оказывается воздействие, являются дофамин, норэпинефрин и серотонин. МАО снижает уровень этих нейромедиаторов. Когда образование МАО заторможено алкоголем, уровень моноаминов увеличивается. Это вызывает ощущение прилива энергии (норэпинефрин), чувства удовлетворения (дофамин) и стабильности (серотонин). Поэтому после 4-6 порций виски (либо соответствующего количества вина или пива) человек, у которого проявляется такой эффект, может ощущать улучшение самочувствия, чувствует себя менее подавленным и лучше владеет собой. Люди, у которых предполагаются такие изменения ферментов, предпочитают пить быстро: чем скорее они наберут уровень алкоголя, необходимый для торможения их МАО, тем быстрее приходит к ним ощущение комфорта, спокойствия и уверенности. Торможение синтеза МАО у таких людей также является основным фактором, способствующим повышению кровяного давления.

В тех же исследованиях было обнаружено, что в пробах крови, взятых у алкоголиков и злоупотребляющих алкоголем, алкоголь тормозит действие кортзола. Кортизол помогает мозгу отслеживать опасные ситуации и готовить организм к борьбе или бегству. Когда действие кортизола тормозится алкоголем, человек испытывает чувство «отсутствия опасности». У него нет неприятного чувства беспокойства и, поэтому, нет причин прекращать употребление алкоголя. Мозг же людей, не злоупотребляющих алкоголем, реагирует на алкоголь как на яд, и активизирует кортизол.

Из этих примеров понятно, что человек с биохимией мозга, измененной генетически или же в результате постоянного стресса, когда пьет, то чувствует себя увереннее, активнее, менее подавлено, ощущает удовольствие, более уравновешен и лучше владеет собой. Дурных последствий от действия алкоголя он не ощущает – так почему бы ему не пить? И он пьет!

Человек становится зависимым от компульсивных форм поведения из-за изменения химизма мозга в результате такого поведения. У азартных игроков и компульсивных транжир, когда они делают свои ставки и совершают свои покупки, уровень норэпинефрина и дофамина резко повышается. Этот скачок энергии на время снимает и них депрессию и может компенсировать чувство собственной неполноценности.

Голодание – например, при анорексии – вызывает повышение уровня энкефалина в мозге. Это позволяет человеку сохранять спокойствие, пока не в организм не поступит пища, являющаяся источником протеина. А если пища не поступает, то организм начинает потреблять протеин из собственной мышечной ткани.

У людей, страдающих булимией (обжорством), скачок норэпинефрина и дофамина следует за искусственно вызываемой ими рвотой: в результате они получают заряд бодрости и приятное ощущение от якобы контроля над своим пищевым поведением.

Человек, не ощущающий себя личностью, чувствующий, что его не любят окружающие, может испытывать непреодолимую тягу к шоколаду. Когда они объедаются шоколадом, в их мозге вырабатывается фенилэтиламин – вещество, ответственное за ощущение «любви». Если этого вещества в достатке, человек чувствует себя полноценной личностью, чувствует себя любимым всеми.

У человека, зависимого от других людей, любое напряжение снижает уровень энкефалина и ГАМК. В результате этого члены семьи больного чувствуют все возрастающую тревогу, ощущают себя беспомощными и ненужными. Стремясь заполнить пустоту, вызванную чувством неадекватности, они стараются повысить у себя уровень норэпинефрина и дофамина, что достигается посредством бурной деятельности, попыток повысить собственную значимость и контролировать ситуацию во многом так же, как это происходит у «трудоголиков».

Особенности нейрохимии мозга во многом могут объяснить механизмы компульсивного поведения. Если консультант знает об этом, и использует свои знания в работе с теми, кому он помогает, то теоретические концепции становятся все более понятными как для них, так и для самого консультанта.

Изменения мозгового химизма сказываются на том, что человек думает, чувствует и как себя ведет. Люди с хорошо сбалансированной нейрохимией мозга проявляют завидную уверенность в себе и самообладание, они способны быстро соображать и действовать. К тому же, они видят все эти качества в себе. Им не кажется, что нужно чего-то бояться, потому что все их системы работают согласованно, и они не считают, что их существованию что-то угрожает. Они способны принимать жизнь такой, какая она есть, способны думать и поступать так, чтобы чувствовать себя хорошо. Они не нуждаются в каких-то химических веществах извне. Алкоголь и другие наркотики оказывают на них дестабилизирующее влияние. Они воспринимают эти вещества, как «дурман». Люди же, испытывающие от этих веществ положительные ощущения, а не дискомфорт, могут считать их чем-то желанным, «уповать» на них.

Как показал А.Маслоу, основой для самоактуализации должна быть физическая стабилизация организма. Такая стабилизация в выздоровлении от химической зависимости должна касаться и мозгового химизма.

В прошлом мы пытались построить второй, третий и последующие «этажи» здания самооценки, не обеспечив для него прочного физиологического фундамента. В итоге наши постройки часто разваливались.

Чтобы успешно противостоять наркотикам и дисфункциональным формам компульсивного поведения, нам нужно внести мир в биохимию нашего мозга.

Терри Неер – дипломированный специалист по химической зависимости, работающий в штатах Вашингтон и Айдахо. Он сотрудничает с амбулаторным центром выздоровления Колониальной клиники в Споукейне, а также является консультантом Министерства по социальным и медицинским службам штата Вашингтон.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *