Биологические основы психики

Определение и связь с другими науками.

Психофизиология - наука о связи психических переживаний с физиологическими процессами, лежащими в их основе. Она изучает поведение и внутренний мир человека.

Первые систематические наблюдения о связи эмоции с изменением частоты пульса провел древнеримский врач Гален. Он описал резкие изменения частоты пульса у женщины в тот момент, когда при ней произносили имя ее возлюбленного (Хэссет,

1981).

В настоящее время психофизиология имеет значительный инструментарий для исследования своего предмета - соотношения психических переживаний и мозговых изменений, их обусловливающих.

Психофизиология тесно связана с физиологической психологией. Это наука, которая изучает те же процессы и феномены, что и психофизиология, но на животных. Это различие было существенно до последних десятилетий 20 столетия. Однако, когда в 90-х годах прошлого века активно в научную практику стали внедряться неинвазивные методы (например, томография), различия между этими науками перестали существовать. Если ранее на животных можно было выполнить эксперименты, которые нельзя было осуществить на человеке, то томограф позволил визуализировать процессы, происходящие в мозге человека, не повреждая его.

Появление современных методов исследования стирает рамки не только между психофизиологией и физиологической психологией. Так, физиология высшей нервной деятельности (ВНД), созданная трудами И.П. Павлова и его учеников, также имеет своей задачей изучение физиологических основ психики. Термин ВНД введен И.П. Павловым, чтобы подчеркнуть особенность его подхода, основанного на эксперименте, от интроспективного подхода, который использовала современная ему психология.. Современная психология использует новейший инструментарий для получения объективной информации о мозге, а потому исчезла необходимость выделять ВНД в отдельную дисциплину.

Нейропсихология сформировалась на стыке нейрохирургии, психологии и физиологии. Она базировалась на подходе, предложенном А.Р. Лурией. Он состоял в анализе психологических реакций у больных, имеющих локальные повреждения мозга.

В настоящее время появилась новая дисциплина – нейронаука, задачей которой является объединение не только данных и подходов перечисленных наук, но и биохимии мозга, нейроиммунологии для создания единой концепции взаимосвязи происходящих в мозге процессов с психической жизнью человека. От успехов этой дисциплины будет зависеть то, насколько долго сохранится отдельная дисциплина психофизиология.

 

Биологические основы психики.

Известно, что вес мозга человека варьирует от 1,5 до 1,8 кг, таким образом, даже в норме вес мозга колеблется в пределах трехсот граммов. Еще больший диапазон в весе мозга обнаруживается у выдающихся деятелей мировой культуры. Например, вес мозга французского писателя А. Франса составлял около 900 г, тогда как у его российского коллеги И.С.Тургенева он был 2кг 400 г. Эти цифры свидетельствуют о том, что не только вес мозга предопределяет качество психической активности человека. По некоторым данным у другого известного человека – французского естествоиспытателя Л. Пастера - было только одно (левое) полушарие мозга, на месте второго был найден лишь зародышевый пузырь.

 

Краткое описание строения нервной системы.

Центральная нервная система включает структуры, расположенные внутри черепа и позвоночника - головной и спинной мозг. Все, что находится вне этих костных структур, относится к периферической нервной системе.

Головной мозг, в свою очередь, состоит из переднего, среднего и заднего мозга. Передний мозг включает полушария мозга, покрытые корой, миндалину, гиппокамп, базальные ганглии, таламус и гипоталамус. Таламические поля и ядра обеспечивают переключение почти всей информации, входящей и выходящей из переднего мозга. Гипоталамические поля и ядра служат релейными (передаточными) станциями для внутренних регуляторных систем. Средний мозг состоит из крыши среднего мозга, покрышки, четверохолмия, черного вещества. Задний мозг включает варолиев мост, продолговатый мозг, мозжечок. Поля и ядра моста и ствола отвечают за жизненно важную деятельность организма, контролируя дыхание и сердечный ритм. Мозжечок получает и анализирует информацию о положении тела в пространстве.

Спинной мозг, который можно рассматривать как продолжение заднего мозга, является центральным коммутатором, передающим сообщения из центральной нервной системы (ЦНС) на периферию и оборатно.

Периферическая нервная система состоит из соматической и вегетативной (автономной). Соматическая нервная система обеспечивает контроль сокращений поперечно-полосатых мышц, то есть всей скелетной мускулатуры. Ее нейроны находятся в передних рогах спинного мозга, а их аксоны через передние корешки спинного мозга направляются к скелетным (поперечно-полосатым) мышцам. Там в области двигательной пластинки мышечного волокна аксон образует синапс. Соматическая нервная система представлена однонейронным путем.

Вегетативная нервная система иннервирует гладкую мускулатуру и управляет деятельностью внутренних органов, поэтому ее также называют весцеральной. Деление периферической нервной системы на соматическую и вегетативную достаточно условно, поскольку в центральной нервной системе существует значительное перекрытие проекций той и другой, и соматические и вегетативные реакции являются равноправными компонентами любой поведенческой реакции. Вегетативная нервная система, в свою очередь, состоит из двух анатомически обособленных систем, являющихся функциональными антагонистами - симпатической и парасимпатической. В отличие от соматической нервной системы, имеющей однонейронный путь, пути в вегетативной

нервной системе являются двухнейронными. Волокна симпатической нервной системы выходят из грудного и поясничного отделов спинного мозга, где лежит первый симпатический нейрон. Затем они сходятся к симпатическим ганглиям, расположенным вдоль позвоночника, где находится второй симпатический нейрон. Парасимпатические волокна начинаются в спинном мозге выше или ниже места выхода симпатических нервов из черепного и крестцового отдела, а затем сходятся в ганглиях, расположенных не вдоль позвоночного столба, а вблизи от иннервируемого органа.

               Клетки мозга

Ведущее значение в деятельности любой клетки принадлежит мембране. Толщина ее составляет в среднем 8 нанометров (нм), что меньше чем 0,00001мм. Современное представление о структуре мембраны было введено в 1973г. В. Зингером и Д. Николсом, предложившими жидкомозаичную модель мембраны. Согласно их гипотезе, белки мембраны погружены в гель из двойного слоя фосфолипидов. Эти молекулы имеют два конца, из которых один растворим в воде, а другой - нет. Фосфолипиды двух слоев повернуты друг к другу своими нерастворимыми в воде концами.

    В мозге описано два типа клеток: нейроны и глия.

    Нейроны

Нейроны  -  поляризованные клетки, которые с помощью сильно разветвленных многочисленных отростков-дендритов получают сигналы и через единственный неразветвленный длинный отросток-аксон посылают информацию другим клеткам. В настоящий момент показано, что у одного нейрона может быть более одного аксона.

Нейроны имеют самую разнообразную форму и размер, колеблющийся от 1 до 1000 мкм. Места соединений нейронов друг с другом называются синапсами.

   Глия

Нейроны составляют лишь 25 процентов от всех клеток мозга. 75 процентов клеток относятся к нейроглии. В среднем глиальные клетки составляют по величине примерно одну десятую размера нейрона. Они, в отличие от нейронов, способны делиться. Глиаль-

ные клетки имеют массу функций, кроме одной – они не передают информацию, как это делают нейроны.

Передача информации в ЦНС

Информация в мозге передается по аксонам в виде коротких электрических импульсов, называемых потенциалами действия. Их амплитуда составляет около 100 мВ, длительность- 1мс. Потенцииалы действия (ПД) возникают в результате движения положительно заряженных ионов натрия через клеточную мембрану из внеклеточной жидкости внутрь клетки по специальным натрий-калиевым каналам. Концентрация натрия в межклеточном пространстве в 10 раз больше внутриклеточной.

В состоянии покоя поддерживается трансмембранная разность потенциалов около 70 мВ (цитоплазма заряжена отрицательно относительно внешней среды). Несмотря на то, что натрий-калиевый носос выбрасывает ионы натрия из клетки, они очень медленно

проникают в клетку. Физическая или химическая стимуляция, деполяризующая мембрану, то есть снижающая разность потенциалов, увеличивает ее проницаемость для ионов натрия. Поток натрия внутрь клетки еще сильнее деполяризует мембрану. Если нейрон возбуждается достаточно интенсивно, то натрий-калиевый насос не успевает предоставить нужное количество натрия для деполяризации, и в этом нейрону помогает глиальная клетка.

Когда достигается некоторое критическое значение потенциала, называемое пороговым, на уровне аксонального холмика нейрона возникает потенциал действия - распространяющийся по аксону потенциал. При этом положительная обратная связь на уровне мембраны нейрона приводит к регенеративным сдвигам, в результате которых знак разности потенциалов изменяется на противоположный, то есть внутреннее содержимое клетки становится заряженным положительно по отношению к внешней среде. Приблизительно через 1 мс проницаемость мембраны для натрия падает, натрий-калиевый насос выбрасывает натрий из клетки, и трансмембранный потенциал возвращается к своему значению в состоянии покоя - 70 мВ.

После каждого такого разряда нейрон становится на некоторое время рефрактерным (неспособным к активации), то есть натриевая проницаемость мембраны в этот период не может изменяться. Это кладет предел частоте генерации потенциалов действия - не более 200 раз в секунду. Максимальная скорость распространения нервного импульса составляет приблизительно 100 м/с.

Синаптическая передача информации

Связи между нейронами опосредуются химическими передатчиками - нейромедиаторами, выделяющимися из окончаний аксонов в области специализированных  межклеточных контактов - синапсов. Синапс представляет собой мембраны двух соседних нейронов (передающего информацию и получающего ее) и пространство между ними, которое называется синаптической щелью. Синаптическая щель - это пространство шириною около 20 нм между мембранами пресинаптической (мембрана нейрона, находящегося перед синаптической щелью) и постсинаптической

(мембрана клетки, находящейся после синаптической щели) клеток.

Молекулы медиатора находятся в везикулах - особых пузырьках, расположенных в аксонной терминали (окончании аксона). Потенциал действия достигая аксонной терминали, становится сигналом открытия кальциевых каналов, которые вызывают синхронный эндоцитоз - координированное выделение медиатора из везикул и поступление их в синаптическую щель. Медиатор связывается с рецептором,находящемся на постсинаптической мембране, который инициирует в постсинаптической клетке те или иные изменения в зависимости от вида рецептора.

Медиатор, взаимодействуя с рецептором, может способствовать открытию ионных каналов (натрий-калиевых или кальциевых) или через аденилатциклазный механизм активировать внутриклеточного посредника - цАМФ и цГМФ. При открытии натрий-калиевого канала натрий поступает внутрь клетки, что приводит к деполяризации участка мембраны постсинаптического нейрона. Каждый синапс дает лишь незначительный эффект в этом процессе. Однако каждый нейрон непрерывно интегрирует до 1000 синаптических входов, которые суммируются нелинейно и могут при достижении порогового потенциала вызвать потенциал действия, то есть распространяющийся вдоль

аксона потенциал.

     Функции нейрона

В настоящее время можно говорить о наличии трех основных функций нейрона. Наиболее распространенной является суммация возбуждающих и тормозных синаптических потенциалов и передача возбуждения следующему нейрону.

Описаны нейроны (прежде всего нейроны гипоталамуса) обладающие секреторной функцией. Эти нейроны синтезируют биологически активные вещества - статины и либерины, и выделяют их в кровеносные сосуды воротной системы гипоталамуса. С током крови эти вещества попадают в переднюю долю гипофиза и способствуют реализации его гормонов.

Наконец, существуют нейроны, обладающие спонтанной ауторитмической активностью. Их называют пейсмекерами, или водителями ритма. Эндогенные процессы подобных нейронов приводят к периодическому изменению ионной проницаемости мембраны и генерированию потенциала действия. Взаимодействуя с другими клетками, они синхронизируют их активность.