Таємниці свідомості. Інтеграційна система головного мозку.

Таємниці свідомості Мозок складається з мільйонів нервових клітин. У той же час у мозку немає єдиного контрольного центру, який би затверджував остаточну поведінку. Яким чином дія усіх нейронів скоординована, аби узгоджено керувати одним тілом?XVІІІ Всеукраїнський турнір юних біологів 2019

Вступ Як уже добре вам відомо, шановні опоненти, нервова система координує функції організму, забезпечуючи їх узгоджену діяльність, завдяки чому організм на будь-який вплив відповідає, як єдине ціле. Головна роль в цьому процесі належить головному мозку. Різні його частини працюють разом, тому і все тіло може функціонувати, як єдина система. Як це відбувається поки ще остаточного рішення не знайдено. Але нейробіологи намагаються розгадати чергову таємницю мозку. І зрозуміти, як наш мозок це робить, їм вдасця тоді, коли будуть більш детальніше вивчені координаційні і інтеграційні процеси в головному мозку.

Введення дефініцій На сьогоднішній день ці процеси активно вивчаються і вже накопичено багато нових і цікавих фактів, які можуть пролити світло на те, яким же чином дія усіх нейронів у головному мозку скоординована, щоб узгоджено керувати одним тілом. Ми проаналізували цю і формацію і висунули власну гіпотезу на основі поєднання наукових фактів. І перш ніж познайомити вас з нею, ми хочемо освіжити вашу пам'ять і ввести основні дефініції , які слід згадати про головний мозок. Дефініція -стисле логічне визначення, яке містить у собі найістотніші ознаки визначуваного поняття ( коротке поясненя змісту поняття або сутності проблеми)

Загальний принцип роботи НС Загальний принцип роботи НС полягає в тому , що повідомлення від нашого тіла мозок одержує у формі електричних імпульсів через сенсорні нейрони, аналізує їх і вирішує, які дії зробити, а потім посилає інструкції назад до тіла через рухові нерви. І головний і спинний мозок беруть участь в складних реакціях, які вимагають мислення, а в простих реакціях, які не вимагають мислення, задіяний тільки спинний мозок.

Фундаментальні принципи, які слід знати про мозок 1. Мозок – найскладніший орган тіла. У людському мозку близько сто мільярдів нейронів (100 000 000 000), і всі вони використовуються. Кожен нейрон спілкується з багатьма іншими нейронами, утворюючи зв’язки і обмінюючись інформацією. Правильне функціонування нервової системи включає скоординовану дію нейронів у багатьох частинах мозку. Головний мозок впливає на всі органи і системи органів і зазнає впливу від усіх них. У разі збою в роботі мозку порушуються функції тіла і виникають хвороби психіки.

Фундаментальні принципи, які слід знати про мозок Сенсорні стимули перетворюються в нервові імпульси, що являють собою електричні сигнали. Потенціал дії – це електричний сигнал, що переносяться по нейронах. Синапси – це хімічні або електричні з’єднання, через які проходить електричний сигнал від нейрона до іншого . Медіатори (трансміттери) біологічно активні речовини, що здійснюють перенесення збудження по нейронах через синапси. Електричні сигнали викликають скорочення м’язів і рухливість. Зв’язки між нейронами посилюються або послаблюються в залежності від того, що робить людина. Всі відчуття, думки і поведінка виникають в результаті поєднання сигналів між нейронами.2. Нейрони спілкуються за допомогою як електричних так і хімічних сигналів

Фундаментальні принципи, які слід знати про мозок Нейронні зв’язки утворюються генетичними програмами під час ембріонального розвитку і змінюються в результаті взаємодії з внутрішнім та зовнішнім світом. Сенсорні зв’язки (зір, дотик, слух, нюх, смак) подають інформацію в нервову систему, в той час як моторні зв’язки передають інформацію м’язам і залозам. Найпростіші зв’язки в рефлексі, де сенсорний стимул безпосередньо викликає миттєву моторну реакцію. Складні реакції виникають тоді, коли мозок поєднує інформацію від багатьох нейронних зв’язків. Прості й складні взаємодії між нейронами відбуваються у часових масштабах від мілісекунд до декількох місяців. 3. Генетично визначені нейронні зв’язки є основою нервової системи

Гіпотеза. А тепер перейдемо власне до нашої гіпотези: Вона має назву гіпотеза «Трьохкомпонентної нейроастросинаптичної нейральної мережі» - скорочено «Нейроастросинаптичної гіпотеза» Ми вже знаємо , що різні відділи головного мозку відповідають за різні функції тіла, і щоб воно функціонувало як єдина біологічна система, потрібна узгоджена робота всіх нейронів. Але єдиного контрольного центру для координації їх роботи в головному мозку не знайдено. Це напевно тому, що в ході еволюції був сформований інший механізм, який генералізував би роботу нейронів,тобто має бути якась інтеграційна система, що забезпечує швидку і ефективну передачу інформації від мозку до тіла. Така інтеграційна система повинна працювати за трьома важливими для складних інформаційних систем принципами «три-к»: ККК - координація кооперація, комунікація. І така система в головному мозку є – це нейронна (нейральна) мережа. Інтеграція - процес об'єднання будь-яких елементів (частин) в одне ціле. Координація - це діяльність, спрямована на узгодження, упорядкування дій у керованій системі, відповідно з поставленою метою. Кооперація -це означає спільна дія для досягнення загальних цілей. Комунікація- це процес при якому здійснюється поширення та обмін інформацією.

Гіпотеза «Трьохкомпонентної нейроастросинаптичної нейральної мережі»

Що таке нейронна мережа Нейрони і синапси головного мозку формують інтегровану нейронну мережу, окремі елементи якої постійно контактують між собою і обмінюються інформацією. В ній відбувається постійна циркуляція інформації. Саме нейронні зв'язки у мережі допомагають різним областям головного мозку передавати один одному дані, тим самим забезпечуючи життєво важливі для нас процеси: формування пам'яті, продукування і розуміння мови, управління рухами власного тіла. Коли нейронні зв'язки порушуються (а статися це може в результаті захворювань, таких, як хвороба Альцгеймера, або ж в результаті фізичної травми), певні ділянки головного мозку втрачають здатність взаємодіяти між собою. Внаслідок цього стає неможливим виконання якої-небудь дії, як розумового (запам'ятовування нової інформації, або планування своїх дій), так і фізичного. Це доказ на користь координуючої дії нейронної мережі.

Основна функція нейронної мережі Зараз нейробіологам відомі 15 нейронних мереж і підмереж головного мозку. Які утворюють у головному мозку єдину інформаційну структуру. Найбільш відомі з них чотири системи, які викликають у вчених найменше суперечок: це мережа пасивного режиму, мережа задоволення, мережа емоцій і мережу контролю. Саме завдяки нейронній мережі де всі клітини об'єднані між собою,на нашу думку, інформація вільно і дуже швидко може поширюватись по всій корі, забезпечуючи можливість мозку узгоджено керувати тілом.

На фото – нейронні зв’язки і процес їх з’єднання між собою (під час навчання).

Інтеграційні процеси в нейронних системах Такі нейронні системи досить добре вже вивчені, але останні дані нейробіологічних досліджень, дають інформацію для побудови нашої гіпотези, яка буде грунтуватися на результатах робіт по дослідженню клітин нейроглії - міжклітинної речовини нервової тканини, яка становить 90% від її маси і якій до цього вчені надавали лише обслуговуючої функції. Ми вже знаємо, що середній людський мозок містить близько 100 мільярдів навчених нейронів, і кожен з них з'єднується в середньому з тисячею інших нейронів. При цьому кожен нейрон «оточений» цілим ансамблем особливих астроцитарних клітин нейроглії. Кількість астроцитів в кілька разів перевищує число нейронів мозку, так що вони, як складовий компонент утворюють значну частину великої і складної нейронної мережі. І, будучи складовим компонентом, апріорі повинні виконувати якусь функцію в передачі інформації. Ця функція важлива для розуміння нашої гіпотези, тому зупинимось на ній детальніше, щоб вам була зрозуміла логіка наших розмірковувань.

Астроцити як посередники інтеграційних процесів у мозку Сучасні нейробіологи встановили, що роль клітин нейроглії виявляється набагато складніша, ніж уявлення про еластичний каркас, що забезпечує структурну і метаболічну підтримку мозку. В нейроглії є шість видів різних клітин. В головному мозку – лише чотири: мікроглії, астроцити олігодендроцити та епендимоцити. Але саме астроцити їх зацікавили найбільше. Виявилось, що астроцити – гліальні клітин мозку - про які раніше думали, що вони головним чином забезпечують нейрони енергією і є антиоксидантами, також приймають активну участь у передачі інформації в нейромережі і є її важливим компонентом. Тобто, разом з нейронами та синапсами, вони виконують інтегративну і координативну функції, що забеспечують узгоджене керівництво функціями організму

Гліотрансмісія Астроцити можуть впливати на синаптичні процеси, беручи участь у передачі інформації за рахунок рилізингу, або модулювання активності нейротрансмітерів. Аналіз закономірностей, які супроводжують секреторну функцію астроцитів, привів до поняття «гліотрансміссія» (gliotransmission), що дало підставу по новому поглянути на нейральну мережу і на її координаційну функцію.

Глутамат-основний медіатор астроцитів Процеси що протікають в головному мозку одночасно обєднують безліч клітин, координація їх спільної активності забезпечується за допомогою везикулярного астроцитарного екзоцитозу. Нейромедіатори,що виробляються астроцитами, депонуються в везикулах і викидаються в позаклітинний простір і прискорюють швидкість проходження імпульсу в нейромережі. Вважається, що переважна більшість везикул у всіх типах астроцитів містять глутамат в великих кількостях і менші кількості інші нейромедіатори. SINAPS

Висновок Таким чином можна зробити висновок: суть нашої «Нейроастросинаптичної гіпотези» полягає в тому,що узгоджене керівництво нейронів функціями організму відбувається завдяки координаційним та інтегративним процесам трьох компоонентів мозку - нейронів, синапсів та астроцитів у єдину нейромережу. В ній інформація поширюється дуже швидко і одночасно до всіх центрів, які приймають участь в реалізації певного процесу в організмі. Завдяки цьому вона буде зразу ж генералізованою і здатна забезпечувати остаточну поведінку чи процес в організмі , тому потреба в єдиному контрольному центрі відпадає.

Дякую за увагу