Функциональная система П.К. Анохина

Для облегчения понимания общей схемы работы нервной системы здесь я даю пошаговое описание работы нервной системы с потоками информации.

Нервная система предназначена для работы с внешними и внутренними информационными потоками. «Внешними» потоками информации организм обменивается с окружающей средой, а «внутренними» – со своими отдельными частями. 

Этапы работы нервной системы (НС) с информационными потоками

1 этап. Принятие внешней информации (трансдукция)

2 этап. Кодирование принятой информации

3 этап. Доставка информации к нервным центрам - проведение возбуждения по нервам

4 этап. Перекодирование информации в низших нервных центрах - промежуточных ядрах

 5 этап. Доставка информации в высший нервный центр

6 этап. Анализ поступившей информации

7 этап. Синтез отдельных параметров раздражителя в единый образ

 Пути сенсорного возбуждения

 

1 этап. Принятие внешней информации (трансдукция)

«Принятие» информации означает преобразование «внешней» информации во «внутреннюю». Это означает, что происходит перекодирование информации, которую несет раздражитель, в систему внутренних кодов, т.е. в нервные импульсы.

Принятие информации – это трансформация раздражения в возбуждение (трансдукция). Этот процесс осуществляют рецепторы.

Итак, приемниками для внешней информации в организме являются специализированные образования – сенсорные рецепторы (например, палочки, колбочки, волосковые клетки, специализированные нервные окончания и т.д.). На их мембране обычно находятся молекулярные рецепторы.   

2 этап. Кодирование принятой информации

Кодирование – это перевод определенных параметров раздражителя, которые умеет снимать рецептор, в пропорциональное электрохимическое возбуждение, а затем в поток нервных импульсов определенной частоты и пространственно-временной организации.

Соблюдается топический принцип - это соответствие между характеристиками раздражения и характеристиками возбуждения.

Таким образом, параметры раздражителя  передаются параметрами потока электрохимической импульсации, идущей от рецепторов. И если вдруг процесс кодирования будет нарушен, то может получиться сенсорный образ, заметно отличающийся от оригинала. Поясняющий пример представлен на картинке слева...  

3 этап. Доставка информации к нервным центрам - проведение возбуждения по нервам

 От рецепторов рождённое в них возбуждение переходит на чувствительные (афферентные, приносящие) нейроны. Их обычно бывает 1-2 слоя. В последнем слое аксоны чувствительных нейронов собираются в чувствительный нерв, например, зрительный в зрительной системе или слуховой в слуховой системе. Нерв разделяется на несколько ветвей. У млекопитающих основная масса нервных волокон несет сенсорное возбуждение в коленчатые тела таламуса (это структура промежуточного мозга) на релейные (переключающие) ядра. Но часть волокон идёт не в промежуточный, а в средний мозг. Так, зрительные волокна идут к верхним холмам четверохолмия, а слуховые – к нижним холмам. Средний мозг обеспечивает осуществление ориентировочного рефлекса и «серверные» (обслуживающие) рефлексы, настраивающие сами органы чувств на лучшее восприятие раздражения.

Одним из примеров рефлексов среднего мозга может служить старт-рефлекс. Старт-рефлекс (рефлекс четверохолмный) - это физиологический рефлекс на внезапные световые, слуховые и другие раздражители. Ответная реакция выражается в виде застывания, вздрагивания, настораживания, что в дальнейшем в зависимости от биологической и социальной значимости раздражителя для организма может завершиться бегством, обороной или носит ориентировочный характер. В его осуществлении принимают участие четверохолмие и ретикулярная формация ствола. Снижение старт-рефлекса наступает при поражении крыши среднего мозга; он может быть повышен у больных неврозами.

В зрительной системе часть нервных волокон от сетчатки идёт дополнительно ещё и в гипоталамус. Это нужно для регуляции суточных ритмов.

Таким образом, возбуждение от сенсорного органа попадает  в центральную нервную систему не по одному нервному пути, а по нескольким путям к разным нервным структурам.  

4 этап. Перекодирование информации в низших нервных центрах - промежуточных ядрах

 Перекодирование — это изменение характеристик первоначального потока сенсорного возбуждения, идущего от сенсорного органа (от рецепторов). Именнно перекодированием и занимаются нервные центры.

Работа (функции) низших нервных центров:

1. Трансформация (преобразование) входящего потока сенсорного возбуждения в другой поток - выходящий. Выходящий поток может сильно отличаться от входящего, например, если он должен управлять мышцами, а не строить нервную модель раздражения в виде сенсорного образа.

2. Разделение входящего потока сенсорного возбуждения на несколько разных выходящих потоков, которые направляются в различные нервные структуры.

3. Контрастирование границ в пространстве. Обычно достигается с помощью латерального (бокового) торможения. Оно усиливает возбуждение по контуру раздражителя и ослабляет возбуждение в центральной области.

4. Контрастирование границ во времени. Происходит за счёт преобразования тонического (постоянного) возбуждения в фазическое (отмечает начало и конец действия раздражителя).

5. Детекция. Выделяет раздражители с определёнными характеристиками за счёт срабатывания специальных нейронов-детекторов с соответствующими рецептивными полями.

Перекодирование происходит в ядрах различных отделов центральной нервной системы: в среднем мозге, таламусе. Поток нервных импульсов после прохождения переключающих ядер изменяется.

Что, например, происходит с потоком сенсорного возбуждения в таламусе?

Во-первых, он раздваивается на два потока: один идет к проекционной зоне коры головного мозга, а другой через систему неспецифических ядер подается на обширные зоны коры в виде диффузного рассеянного потока возбуждения.

Во-вторых, уменьшается частота импульсации и общее количество импульсов. Частый ритм становится более редким.

В-третьих, длительные серии импульсов перекодируются в короткие пачки. Тоническое возбуждение преобразуется в фазическое, т. е. пачки импульсов отмечают только начало и конец действия раздражителя, а не весь период его действия. Длительность возбуждения и разрядов нейрона уже не соответствуют длительности исходного стимула. Таким способом релейные образования (низшие нервные центры) делают работу нервной системы более экономной.

Можно сказать, что в низших нервных центрах за счёт перекодирования происходит удаление избыточной информации. Релейные ядра производят фильтрацию поступающей информации и ее перекодировку. 

Пути сенсорного возбуждения

5 этап. Доставка информации в высший нервный центр

Высшим нервным центром для каждой сенсорной системы является центральный отдел анализатора - проекционная зона коры. Полное название звучит довольно длинно, но зато внушительно. Например, ЗППЗКБПГМ — зрительная первичная проекционная зона коры больших полушарий головного мозга (поле № 17 по Бродману), или СППЗКБПГМ — слуховая первичная проекционная зона коры больших полушарий головного мозга (поле № 41 по Бродману).

В проекционных зонах коры происходит перцепция - построение сенсорного образа раздражителя. Это уже как бы "вторичное" восприятие по сравнению с "первичным" восприятием, которое осуществляют сенсорные рецепторы и которое называется трансдукцией.

Информация (сенсорное возбуждение) доставляется в эти проекционные зоны коры тремя путями:

1. Прямой специфический путь.

2. Диффузный неспецифический путь.

3. Опосредованный путь через корковые связи от других зон коры. Это помогает сличать поступивший сигнал с памятью. 

6 этап. Анализ поступившей информации

Первичные проекционные зоны коры имеют в своём составе сложные нейроны-детекторы со сложными рецептивными полями, которые выделяют отдельные параметры раздражителя. Сенсорная кора имеет колончатое строение, каждая колонка работает как нейронный ансамбль из взаимосвязанных нейронов. Разные колонки проводят анализ разных параметров приходящего возбуждения и, следовательно, разных параметров исходного раздражения. В первичных проекционных сенсорных зонах коры больших полушарий головного мозга строится первичный сенсорный образ раздражителя в виде нервной модели из возбуждённых нейронов. Этот образ стоит ближе всего к реальности. Он существует несколько мгновений, а затем сменяется вторичным сенсорным образом, уже более субъективным. 

7 этап. Синтез отдельных параметров раздражителя в единый образ

Возбуждение от нейронов первичной проекционной коры передается во вторичные и в ассоциативные зоны коры, которые интегрируют его в сложный синтетический образ, включающий в себя разные сенсорные модальности. Например, визуально-аудиальный образ, в котором совмещается зрительная и слуховая информация.

Схема Иваницкого

 Пути сенсорного возбуждения