Совсем чуть-чуть об эволюции нервной системы и головного мозга

Основное о нейроне.

Точкой отсчета в процессе создания головного мозга животных принято считать появление недифференцированной нервной системы и, соответственно, такого же нейрона (недифференцированного) у живых существ в типе кишечнополостных. Это клетка, имеющая электрический заряд на мембране, а также обладающая способностью к быстрому разряду и проведению этого процесса разряда по всем своим отросткам, то есть к деполяризации. А также передаче такого процесса разряда на соседние контактные клетки. Процесс деполяризации таких нейронов могут вызывать как механические, электрические, так и химические воздействия на него.  Кроме способности к разряду и проведения процесса разряда по мембране и отросткам нейрона – электрического импульса на соседние клетки такие первичные недифференцированные нейроны не обладали никакими другими функциями.

Из всех общих характеристик различных нейронов хочу остановиться лишь на одной его закономерности. Нейрон в определениях классической физики по своей функции — это индикатор мощности воздействий (ИМВ), приходящих на мембрану нейрона в виде электрических, механических или химических раздражителей. То есть для нервной клетки условием процесса деполяризации (а это основная и необходимая нейронная функция) является количество энергии воздействий, приходящих на нервную клетку за единицу времени.

Мощность – это отношение приходящей или выделенной в системе энергии ко времени, за которое выделена эта энергия. Обозначением мощности в физике является Ватт. Один ватт мощности — это джоуль за секунду. Ясно, что в отношении нейрона речь может идти о мили-, микро- или нано- ваттах. (Еще и с учетом площади мембраны нейрона). То есть ватт на см квадратный. А учитывая расположение нейронных сетей и объединений нейронов – нейронных комплексов в пространстве – то это будет ватт на миллиметр или сантиметр кубический.

Классическая нейрофизиология описывает это с разных сторон, не называя, правда, главное свойство своими словам – ИМВ. Вот, например, какие характеристики нейрона приводятся в статье «физиология нейрона» из учебника для студентов.

«Потенциал действия. Деполяризующие стимулы, достигшие порогового значения, вызывают развитие возбуждения в виде потенциала действия. ПД распространяется по мембране нейрона без затухания (без декремента).

Генерация ПД подчиняется законам «всё или ничего», «сила- время» и аккомодации.»

«Локальные ответы. Стимулы, величина которых меньше определённого порога, вызывают локальные ответы, затухающие вблизи места раздражения. Эти локальные ответы могут быть как возбуждающие мембрану, так и тормозные.»

«Закон «всё или ничего». При достижении пороговой силы раздражающего стимула дальнейшее увеличение его интенсивности или продолжительности раздражения не изменяет характеристик потенциала действия.»

«Закон силы-времени. Эффект раздражителя на нервную клетку зависит не только от силы раздражителя, но и от времени, в течение которого он действует; так, чем больше сила тока, тем меньше времени он должен действовать, чтобы возник процесс возбуждения, и наоборот.»

«Закон аккомодации. Раздражающее действие тока зависит не только от амплитуды электрического сигнала, но и от скорости (крутизны) его нарастания во времени: чем быстрее это нарастание, тем сильнее выражено раздражающее действие тока. При действии медленно нарастающей силы раздражителя генерации потенциала действия не происходит, так как возбудимая клетка «приспосабливается» к действию этого раздражителя, что и получило название аккомодации.»

Эта функциональная особенность нейрона (ИМВ) наиболее важна для понимания принципов функционирования всей нейронной сети, которыми являются по определению головной мозг и нервная система.

Характеристика ИМВ справедлива как для отдельного нейрона, так и для нейронного комплекса, являющегося отдельной функциональной единицей в НС и ГМ, образованной несколькими нейронами.

Из этой характеристики следует вывод - мощность приходящих воздействий на нейрон или нейронный комплекс, расположенный в нейронной сети, среди многих других тысяч однотипных или функционально схожих нейронов, является критерием выбора активации данного конкретного нейрона или нейронного комплекса из всей массы нейронов в данном локусе нейронной сети.

В процессе и логики эволюции НС сложилось так, что в абсолютных единицах необходимая мощность энергии активации для рецепторных нейронов будет меньше, для двигательных – выше. А самая наименьшая энергия и мощность активации нейронов необходима для периферических рецепторов «передового» фланга НС. (См. далее в тексте).

(Здесь, правда, необходимо сделать оговорку, что никто из нейрофизиологов или тех, кто изучает работу НС и ГМ вообще не рассматривают этот физический параметр – ИМВ как фундаментальное условие всякой работы нейронной сети. Это понятие просто отсутствует в их понятийном наборе. Но многие при этом упорно ищут признаки и принципы «обработки информации» в нейронных сетях. И приходят при этом к вычислительным сетям.)