Нейронная теория

Нейроны головного мозга: что это такое, где находятся, функции

Нейронная теория

Количество нейронных связей отражает степень функциональности головного мозга. Нейроны и образованные ими связи отвечают за все физиологические процессы, протекающие в организме. Они управляют деятельностью внутренних органов, приводят в движение, заставляют работать все части тела, координируют мыслительные процессы и функцию запоминания.

Нейронная теория строения мозга

Нейронная теория предполагает, что у ЦНС клеточное строение. Клетки нервной ткани – нейроны, являются структурно-функциональными элементами центральной системы. В зависимости от того, где именно в нервной системе находятся нейроны, они выполняют разные функции. Мозг – высокоорганизованный орган.

Командные клетки управляют исполнительными клетками. Нервная деятельность представляет собой результат взаимодействия между элементами системы. Нейроны, образующие головной мозг – это такие элементы системы, которые организуют реакции в ответ на раздражения, что обуславливает появление стандартных рефлексов.

Характеристика нейронов

Структурно-функциональные элементы центральной системы – глиальные клетки и нейроны. Первые количественно преобладают, хотя на них возлагается решение вспомогательных, второстепенных задач. Нейроны способны выполнять много операций. Они вступают во взаимодействие друг с другом, формируют связи, принимают, обрабатывают, кодируют и передают нервные импульсы, хранят информацию.

Нейроглия выполняет опорную, разграничительную и защитную (иммунологическую) функцию в отношении нейронов, отвечает за их питание.

В случае повреждения участка нервной ткани, глиальные клетки восполняют утраченные элементы для воссоздания целостности мозговой структуры. Количество нейронов в составе ЦНС равняется около 65-100 млрд.

Клетки головного мозга образуют нейронные сети, охватывающие все отделы тела человека.

Передача данных в рамках сети осуществляется при помощи импульсов – электрических разрядов, которые генерируются клетками нервной ткани.

Считается, что число нейронов, которые находятся в мозге человека, не изменяется в течение жизни, если не брать в расчет ситуации, когда в силу определенных причин (нейродегенеративные процессы, механические повреждения мозговых структур) происходит их гибель и уменьшение количества.

Необратимое повреждение участка нервной ткани сопровождается неврологическими нарушениями – судорогами, эпилептическими приступами, расстройством тактильного восприятия, слуха и зрения.

Человек утрачивает способность чувствовать, разговаривать, мыслить, двигаться.

Развитие интеллектуальных способностей человека отождествляется с увеличением количества нейронных связей в мозге при неизменной численности нейронов.

Нейрон выглядит, как обычная клетка, состоящая из ядра и цитоплазмы. Он оснащен отростками – аксоном и дендритами. При помощи единственного аксона осуществляется передача информации другим клеткам.

Дендриты служат для приема информации от других клеток.

В аксоплазме (часть цитоплазмы нервной клетки, которая находится в аксоне) синтезируются вещества, передающие информацию – нейромедиаторы (ацетилхолин, катехоламин и другие).

Нейромедиаторы вступают во взаимодействие с рецепторами, провоцируя процессы возбуждения или торможения.

Нейроны образуют группы, ансамбли, колонки с учетом расположения в определенном отделе головного мозга, в зависимости от того, сколько и какие функции выполняют в процессе жизнедеятельности человека.

К примеру, ансамбль корковых структур может состоять из сотни нервных клеток, которые включают:

  1. Клетки, получающие сигналы из подкорковых отделов (к примеру, от ядер таламуса – сенсорных или двигательных).
  2. Клетки, принимающие сигналы из других отделов коры.
  3. Клетки локальных сетей, формирующие вертикальные колонки.
  4. Клетки, отправляющие сигналы обратно к таламусу, другим участкам коры, элементам лимбической системы.

Синапс – место, где происходит биоэлектрический контакт между двумя клетками и передача информации благодаря преобразованию электрического импульса в химический сигнал и затем снова в электрический. Подобные трансформации протекают в синапсе при переходе нервного импульса через пресинаптическую мембрану, синаптическую щель и постсинаптическую мембрану.

Передача импульса возможна между отдельными нейронами или нейроном и эффекторной клеткой (клеткой органа, который исполняет задачу, закодированную в сигнале). Классификация синапсов предполагает разделение по критериям:

  • Месторасположение (центральная, периферическая системы).
  • Тип действия (возбуждение, торможение).
  • Вид нейромедиатора, участвующего в процессе передачи сигнала (холинергический, адренергический, серотонинергический).

Количество синапсов у одного нейрона, расположенного в головном мозге, может достигать 10 тысяч. Скорость передачи биоэлектрического сигнала составляет около 3-120 м/с.

Кроме синаптической передачи существует другой способ проведения сигнала – через кровь.

Передвижение закодированных данных происходит за счет того, что нервные отростки связываются с кровеносным сосудом и выделяют в кровь нейрогормон.

Нервные клетки, отвечающие за моторную активность, могут создавать тысячи синаптических контактов. Синапсы, формирующиеся на дендритах, количественно преобладают. Меньше синаптических связей образуется на аксонах. В процессе активации одних клеток, происходит торможение других. В результате человек может сосредоточиться на конкретной мысли или выполнить произвольное движение.

Виды нейроцитов

Нейроциты – это второе название нейронов.

Вне мозговых структур ЦНС они находятся в ганглиях, которые представляют собой нервные узлы (спинномозговые, черепных нервов, относящиеся к вегетативной системе).

В зависимости от выполняемых функций клетки нервной ткани бывают чувствительными, ассоциативными, эффекторными, секреторными. Первые получают сигналы, поступающие от периферических зон нервной системы.

Чаще сигналы направлены к головному мозгу, реже к клеткам вегетативного ганглия. Чувствительные клетки отличаются малыми размерами и большим количеством дендритов.

Ассоциативные проводят сигналы в рамках нейронной сети, обеспечивая связь между чувствительными и эффекторными видами клеток. Они находятся в мозге (головном, спинном) и вегетативной системе.

Во всех случаях являются элементами, замыкающими рефлекторные дуги (группы нейронов, связанные синапсами).

Эффекторные – это двигательные нейроны, которые приводят в движение части тела человека. Эффекторные нейроны проводят сигналы к исполнительным органам, в том числе к скелетным мышцам, что обуславливает моторную активность человека. Эффекторные – крупные клетки, оснащенные грубыми, менее разветвленными отростками. Секреторные клетки продуцируют нейрогормоны.

Функции клеток нервной ткани

Нейроны, которые расположены в головном мозге – это своеобразная база знаний, теоретически способная вместить и хранить весь объем информации, накопленной человечеством в течение тысячелетий.

Мозг запоминает абсолютно все полученные в ходе жизни сведения относительно взаимодействия с внешней средой и процессов, происходящих в человеческом организме.

При этом человек не может произвольно извлекать из недр памяти все данные, которые хранятся в мозговом веществе. Функции нейронов:

  1. Рецепция (прием) импульсов. Клетки нервной ткани принимают определенные сигналы, поступающие, к примеру, от органов чувств (световые, температурные, обонятельные, тактильные воздействия) или других клеток.
  2. Управление физиологическими процессами посредством возбуждения или торможения. Получая сигнал, участок клетки нервной ткани реагирует переходом в возбужденное или заторможенное состояние.
  3. Передача возбуждения. Сигналы в состоянии возбуждения передаются от одного участка нервной клетки к другому участку ее отростка. Таким способом передаваемый сигнал может преодолевать расстояние, равное 1,5 м (к примеру, от продолговатого мозга к дистальным отделам ног).
  4. Проведение импульса. Сигналы передаются от одной нервной клетке к другой или к эффекторным (исполнительным) органам, деятельность которых регулируется рефлексами – ответными реакциями организма на раздражители. К эффекторам относят скелетные и гладкие мышцы, эндокринные, экзокринные железы.

Повреждение нервных клеток приводит к тому, что они теряют способность проводить электрические импульсы и взаимодействовать между собой. Нарушение процессов обмена информацией в нейрональных структурах провоцирует сбои в работе всего организма. Человек теряет способность выполнять движения, разговаривать и воспринимать речь, чувствовать, запоминать, мыслить.

Значение нейронных связей

В книге «От нейрона к мозгу», написанной учеными-нейробиологами Дж. Николлсом, А. Мартином, Б. Валласом, П. Фуксом, научно обосновано значение межнейронного взаимодействия, как ведущего фактора формирования высших психических функций и саморазвития личности.

Нейронные связи играют решающую роль в формировании и развитии интеллекта, появлении устойчивых привычек. Человек рождается с огромным запасом нейронов и малым числом связей между ними.

В ходе взросления, жизнедеятельности, взаимодействия с окружающей действительностью, накопления опыта количество связей увеличивается, что обуславливает интеллектуальные и физические свойства личности, ее поведение и уровень здоровья.

Человек способен создавать новые нейронные связи на протяжении всей жизни. Объекты окружающего мира воздействуют на органы чувств, вызывая ответные реакции мозга.

Вокруг нейронов, которые постоянно работают, образуется слой – миелиновая оболочка, улучшающая способность нервных волокон проводить электрические сигналы.

Клетки, покрытые миелиновым слоем – белые, не покрытые – серые, поэтому мозговое вещество бывает серым и белым.

Основные реакции, возникающие на внешние раздражители, формируются к 7 годам. В этом возрасте выработка миелина сокращается. Семилетний ребенок уже знает, что огонь вызывает ожог, а неосторожные движения приводят к падению.

Основной ресурс знаний сформирован, что ассоциируется с замедлением образования новых нейронных связей. Выработка миелина вновь увеличивается в период полового созревания, когда меняются ментальные представления человека.

Гениальность часто проявляется в детском и подростковом возрасте, что коррелирует с повышенной выработкой миелина и созданием мощных, разветвленных нейронных сетей.

Количество синаптических связей (взаимодействие между разными нейронами) увеличивается вследствие процесса накопления опыта и получения новых знаний.

У нейрона могут образовываться новые отростки в результате активной стимуляции электрическими импульсами.

Разрастание синаптических связей прослеживается в поведении и реакциях человека на условия и обстоятельства внешнего мира.

К примеру, любитель собак оценивает окружающую действительность с учетом привязанности к четвероногим питомцам. Религиозные люди относятся к объектам внешнего мира, опираясь на высокие моральные принципы.

Это указывает на образование связи между двумя посторонними на первый взгляд идеями и отражает появление новых синаптических контактов.

Создание новых нейронных связей возможно, если человек постоянно занимается саморазвитием – изучает иностранные языки, осваивает новые знания и навыки (живопись, вышивка и вязание, литературное мастерство, занятия спортом, интеллектуальные игры – шахматы и шашки), овладевает новой профессией, меняет привычки.

Мозг нуждается в тренировке, которая провоцирует рост дендритов и расширение взаимодействий между клетками нервной ткани. Восприятие внешнего мира, успехи, состояние здоровья, настроение, удовлетворенность положением в социуме и жизнью в целом зависят от нашего сознания.

Посредством нейронных связей осуществляется управление работой внутренних органов, двигательной активностью, когнитивными процессами. Нейронные связи регулируют поведение человека. Чем больше нейронных связей, тем выше интеллектуальные и физические способности индивида.

Источник: https://golovmozg.ru/struktura/nejrony-golovnogo-mozga

Нейронная теория. Под нейронной теорией понимают общее учение о строении нервной ткани, согласно которому вся нервная система состоит из огромного количества структурных единиц

Нейронная теория

Под нейронной теорией понимают общее учение о строении нервной ткани, согласно которому вся нервная система состоит из огромного количества структурных единиц – нейронов, соединенных в различные более или менее сложные комплексы.

Нейронная теория была сформулирована в 1891 году Вальдейером и получила дальнейшее развитие в работах Рамон-и-Кахала, Валлера и многих других морфологов и физиологов. В 1907 году ее положения были уточнены Гейденгайном.

Согласно этой теории основной структурно-функциональной и генетической единицей нервной системы является нейрон. Нейрон имеет тело и отростки: дендриты и аксоны. По форме тел нейроны делятся на звездчатые, корзинчатые, пирамидные. Нейроны с большим количеством отростков называют мультиполярными.

Кроме этого существуют биполярные и псевдоуниполярные нейроны. Тело нервной клетки и ее отростки покрывает двуслойная мембрана (невролемма). Через нее осуществляется пассивный транспорт воды и некоторых низкомолекулярных веществ.

Активный перенос ионов и органических молекул (аминокислот, сахаров) осуществляется за счет энергии макроэргических соединений, таких как АТФ.

В теле нейрона находится ядро с расположенным в нем ядрышком, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, а также специфическое базофильное вещество Ниссля, представляющее собой гранулы РНК, соединенные с белком. Кроме этого в нейронах содержатся нейрофибриллы и нейротрубочки, могут быть гранулы гликогена и пигмента.

Следующим положением теории является закон динамической поляризации нервной системы. Суть его заключается в том, что возбуждение по дендритам проводится к телу нервной клетки, по аксону – от тела клетки. Таким образом, нейрон имеет несколько «входов» и один «выход».

Такая же закономерность свойственна нервной системе в целом: количество волокон, несущих импульсы к центру, превосходит число волокон, несущих импульсы к периферии.

В соответствии с эти нейроны подразделяют на афферентные, доставляющие импульсы к центру, эфферентные, несущие информацию от центра к периферии, и вставочные, в которых происходит предварительная переработка импульсов и организуются коллатеральные связи.

В центральной нервной системе нейроны расположены в сером веществе – коре головного мозга, подкорковых ядрах, ядрах ствола, ядрах и коре мозжечка, сером веществе спинного мозга. Аксон нервной клетки состоит из осевого цилиндра, покрытого невролеммой и миелиновой оболочкой, состоящей из белков и липидов.

Миелиновая оболочка является отростком прилежащей невроглии. В ЦНС это отростки олигодендроцитов, в периферической нервной системе отростки шванновских клеток. Между фрагментами миелиновой оболочки, образованными соседними клетками нейроглии, имеются «зазоры». Их называют перехватами Ранвье.

Благодаря им передача возбуждения осуществляется скачкообразно, что повышает скорость проведения импульсов. Наличие миелиновой оболочки обусловливает белый цвет нервных волокон. По Гассеру нервные волокна делятся на три группы: А, В и С. Большинство волокон относится к группе А. Среди волокон группы А выделяют наиболее толстые альфа-волокна, проводящие нервные импульсы с наибольшей скоростью, более тонкие бета-волокна и самые тонкие дельта- и гамма-волокна.

Согласно нейронной теории нервная клетка является трофическим центром нейрона. В ней осуществляется синтез необходимых для ее жизнедеятельности белков, липидов, углеводов, ферментов, медиаторов.

Посредством медленного ортоградного аксонального тока транспортируются молекулы растворимого белка и элементы клеточного каркаса. Его скорость 2-4 мм/сутки. Посредством быстрого ортоградного аксонального тока перемещаются фосфолипиды, гликопротеины, ферменты. Его скорость 200-400 мм/сутки.

Благодаря существующему ретроградному аксональному току со скорость 150 мм/сутки в тело клетки перемещаются продукты метаболизма аксона. В нервной клетке они подвергаются лизису до составляющих элементов и происходит вторичная утилизация макромолекул.

При разрушении аксона на каком-либо участке дистальная его часть подвергается валлеровскому перерождению. Регенерация аксона происходит за счет центрального отростка. Скорость роста нервного волокна около 1 мм/сутки.

Связь между отдельными элементами нервной системы осуществляется при помощи синапсов. Синапс – это специальное образование, обеспечивающее межнейрональные связи и передачу возбуждения с нейрона на нейрон.

Синапс состоит из пресинаптической мембраны, через которую выделяется медиатор, синаптической щели и постсинаптической мембраны. Рецепторы могут локализоваться как на пре- так и на постсинаптической мембране.

Синапс обеспечивает односторонее проведение возбуждения в нервной системе. В качестве медиатора может быть ацетилхолин, дофамин, норадреналин, ГАМК, серотонин, глицин, глютаминовая кислота и др.

По способу контакта различают синапсы аксо-аксональные, аксо-дендритические, аксо-соматические и межнейрональные. Кроме этого, имеются нервно-мышечные синапсы, обеспечивающие связь аксона мотонейрона с мышечным волокном.

Лекция №2

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/1_104379_neyronnaya-teoriya.html

Нейронная теория

Нейронная теория

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

КАФЕДРА ПСИХОЛОГИИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине Физиология ЦНС

Нейронная теория

Студент

Т.А Карпова

Владивосток 2005

Введение

1. Основные положения нейронной теории

2. Структурные элементы нервной клетки

3. Обмен веществ в нейроне

4. Кровоснабжение нервных клеток

5. Клетки глии

6. Основные функции нервных клеток

6.1 Воспринимающая функция нейрона

6.2 Интегративная функция нейрона

6.3 Эффекторная функция нейрона

Заключение

Список использованных источников

Введение

Наше тело – один большой механизм. Он состоит из огромнейшего количества мельчайших частиц, которые расположены в строгом порядке и каждая из них выполняет определённые функции, и имеет свои неповторимые свойства.

Этот механизм – тело, состоит из клеток, соединяющих их тканей и систем: Всё это в целом представляет собой единую цепочку, сверхсистему организма. Величайшее множество клеточных элементов не могли бы работать как единое целое, если бы в организме не существовал утончённый механизм регуляции.

Особую роль в регуляции играет нервная система.

Вся сложная работа нервной системы – регулирование работы внутренних органов, управление движениями, будь то простые и неосознаваемые движения (например, дыхание) или сложные, движения рук человека – всё это, в сущности, основано на взаимодействии клеток между собой, на передаче сигнала от одной клетки к другой. Причем каждая клетка выполняет свою работу, а иногда имеет несколько функций.

Основным структурным элементом нервной системы является нервная клетка или нейрон. Функция нейронов заключается в восприятии сигналов от рецепторов или других нервных клеток, хранении и переработке информации и передаче нервных импульсов к другим клеткам – нервным, мышечным или секреторным.

Нейронная теория была разработана в деталях великим испанским нейрогистологом Рамон-и-Кахалем.

Именно он, а также итальянский гистолог Камилло Гольджи открыли специфические методы исследования, которые позволили анализировать гистологическую структуру нервной системы, за что оба были удостоены Нобелевской премии в 1906 году.

В то время существовало две гипотезы о строении нервной системы – теория сети и нейронная теория. Первую в начале века выдвинул Герлах и поддержал Гельд, Мейнерт и Гольджи, а в последующем активно пропагандировал профессор университета в Страсбурге Альфред Бете и немецкий гистолог Штер, вторую предложили в те же годы Гис и Форель.

Согласно теории сети, нервная ткань представляет собой своеобразный синцитий (скелет, структура), в котором клетки фактически лишены индивидуальности, ибо их отростки непрерывно переходят один в другой, так что формируется непрерывная диффузная сеть. Против теории сети выступили в 1886 г. Гис и в 1887 г.

Форель, предположившие, что каждая нервная клетка представляет собой морфофункциональное самостоятельную единицу и её отростки заканчиваются свободно, а не сливаются с отростками других клеток. Для обозначения этой автономной единицы немецким учёным Вальдейром ещё в 1891 году был предложен термин «нейрон», который используется в современной неврологии.

Труды Кахаля и его учеников доказали справедливость нейронной модели организации нервной системы. Они продемонстрировали, что нейроны в процессе индивидуального развития изначально формируются как автономные клетки, лишенные синцитиальных связей друг с другом.

Растущие в процессе их дифференцировки отростки не проникают в тела других клеток, но устанавливают с ними контакт, так что индивидуальность каждой клетки сохраняется.

1. Основные положения нейронной теории

Вся нервная система построена из нервной ткани. Нервная ткань состоит из нейронов и нейроглии. Нейроглия обеспечивает существование и специфические функции нейронов, выполняет опорную, трофическую, разграничительную и защитную функции. По численности их в 10 тысяч раз больше чем нейронов, и они занимают половину объёма Центральной Нервной Системы.

Глиальные клетки окружают нервные клетки и играют вспомогательную роль. Нейрон получает, обрабатывает и передаёт информацию, закодированную в виде электрических и химических сигналов. В коре головного мозга человека их насчитывают, по крайней мере, 14 миллиардов.

Каждый нейрон является клеточной единицей, самостоятельной в гистогенетическом, анатомическом и функциональном отношении. Помимо нейронов, каких-либо других элементов, которым можно было бы приписать нервные функции, не существует. Нейроны подразделяют на три группы: афферентные, эфферентные и промежуточные нейроны.

Афферентные нейроны (чувствительные) передают информацию от рецепторов в центральную нервную систему. Тела этих Неронов расположены вне центральной нервной системы – в спинномозговых ганглиях и в ганглиях черепно-мозговых нервов. Афферентный нейрон имеет ложноуниполярную форму, т.е. оба его отростка отходят из одного полюса клетки.

Далее нейрон разделяется на длинный дендрит, образующий на переифирии воспринимающее образование – рецептор и аксон, входящий через задние рога в спинной мозг. К афферентным нейронам относят также нервные клетки, аксоны которых составляют восходящие пути спинного и головного мозга.

Эфферентные нейроны (центробежные) связаны с передачей нисходящих влияний от вышележащих этажей нервной системы к рабочим органам (например, в передних рогах спинного мозга расположены тела двигательных нейронов, или мотонейронов, от которых идут волокна к скелетным мышцам; в боковых рогах спинного мозга находятся клетки вегетативной нервной системы, от которых идут пути к внутренним органам). Для эфферентных нейронов характерны разветвлённая сеть дендритов и один длинный отросток – аксон. Промежуточные нейроны (интернейроны или вставочные) – это, как правило, более мелкие клетки, осуществляющие связь между различными (в частности, афферентными и эфферентными) нейронами. Они передают нервные влияния в горизонтальном направлении (например, в пределах одного сегмента спинного мозга) и в вертикальном (например, из одного сегмента спинного мозга в другие – выше или нижележащие сегменты). Благодаря многочисленным разветвлениям аксона промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других нейронов.

2. Структурные элементы нервной клетки

Различные структурные элементы нейрона имеют свои функциональные особенности и разное физиологическое значение. Нервная клетка состоит из тела, или сомы, и различных отростков.

Многочисленные древовидно разветвлённые отростки дендриты служат входами нейрона, через которые сигналы поступают в нервную клетку. Выходом нейрона является отходящий от тела клетки отросток аксон, который передаёт нервные импульсы дальше – другой нервной клетке или рабочему органу (мышце, железе).

Форма нервной клетки, длина и расположение отростков чрезвычайно разнообразны и зависят от функционального назначения нейрона.

Среди нейронов встречаются самые крупные клеточные элементы организма. Размеры их поперечника колеблются от 6-7 мк (мелкие зернистые клетки мозжечка) до 70 мк (моторные нейроны головного и спинного мозга).

В крупных нейронах почти четверть их тела составляет ядро. Оно довольно постоянное количество дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Входящие в его состав ядрышки участвуют в снабжении клетки рибонуклеиновыми кислотами (РНК) и протеинами. В моторных клетках при двигательной деятельности ядрышки заметно увеличиваются в размерах.

Нервная клетка покрыта плазматической мембраной – полупроницаемой клеточной оболочкой, которая обеспечивает регуляцию концентрации ионов внутри клетки и её обмен с окружающей средой. При возбуждении проницаемость клеточной мембраны изменяется, что играет важнейшую роль в возникновении потенциала действия и передаче нервных импульсов.

Аксоны многих нейронов покрыты миелиновой оболочкой, образованной Шванновскими клетками, многократно «обёрнутыми» вокруг ствола аксона. Однако начальная часть аксона и расширение в месте его выхода из тела клетки – аксоный холмик лишены такой оболочки.

Мембрана этой немиелинизированной части нейрона – так называемого начального сегмента – обладает высокой возбудимостью.

Внутренняя часть клетки заполнена цитоплазмой, в которой расположены ядро и различные органоиды. Цитоплазма очень богата ферментными системами и белком. Её пронизывает сеть трубочек и пузырьков – эндоплазматический ретикулюм.

В цитоплазме также имеются отдельные зёрнышки – рибосомы и скопления этих зёрнышек – тельца Ниссля, представляющие собой белковые образования, содержащие до 50% РНК. Это белковые депо нейронов, где также происходит синтез белков и РНК.

При чрезмерно длительном возбуждении нервной клетки, вирусных поражениях ЦНС и других неблагоприятных воздействиях величина этих рибосомных зёрнышек резко уменьшается.

В специальных аппаратах нервных клеток – митохондриях совершаются окислительные процессы с образованием богатых энергией соединений. Это энергетические станции нейрона.

В них происходит трансформация энергии химических связей в такую форму, которая может быть использована нервной клеткой. Митохондрии концентрируются в наиболее активных частях клетки. Их дыхательная функция усиливается при мышечной тренировке.

Интенсивность окислительных процессов нарастает в нейронах более высоких отделов ЦНС, особенно в коре больших полушарий.

Резкие изменения митохондрий вплоть до разрушения, а, следовательно, и угнетение деятельности нейронов отмечаются при различных неблагоприятных воздействиях (длительном торможении в ЦНС, при интенсивном рентгеновском облучении, кислородном голодании и гипотермии).

Источник: https://mirznanii.com/a/6989/neyronnaya-teoriya

Нейронные сети. Часть 1. Основы искусственных нейронных сетей

Нейронная теория

Доброго времени вам суток, уважаемое Хабрасообщество. Хочу вначале сделать маленький дисклеймер. Предыдущим постом в этом сообществе были рассмотрены основы искусственной нейронной сети.

Я данной темой занималась для написания своей магистерской работы и соответственно прочитала в свое время достаточно литературы, поэтому мне бы хотелось немного дополнить и в дальнейшем продолжить вам рассказывать о том, что такое нейронная сеть, какое представление она имеет изнутри, как с ее помощью решают задачи и так далее… Сразу оговорюсь, что я не гуру в данном вопросе, я его знаю (ну или знала, так как времени прошло уже достаточно) настолько глубоко, насколько мне было это необходимо для написания работающей нейронной сети для распознавания цифр, ее обучения и дальнейшего использования. Предметом исследования была структура нейронной сети для распознавания символов, а конкретно, зависимость между количеством нейронов в скрытом слое и сложностью выборки для входных данных (количеством символов для распознавания).

UPD: данный текст в основном является обобщением из прочитанной литературы. Он не написан мною лично. По крайней мере эта часть.

UPD2: Скорей всего продолжения данной темы не будет, так как хабрапользователь stepan_ovchinnikov, который является смотрителем данного блога, считает, что нет смысла писать здесь то, что можно прочитать из многочисленной литературы, которая есть по нейронным сетям. Так что извините.

Возможно первая часть будет в чем-то похожа на предыдущий пост хабрапользователя Kallisto, но я считаю, что стоит более детально рассмотреть строение искусственного нейрона, у меня есть, что добавить, ну и, плюс ко всему, я хочу написать полноценную и законченную серию постов про нейросети, не опираясь на уже написанное. Надеюсь вам будет полезен данный материал.

Биологический прототип нейрона

Первой попыткой создания и исследования искусственных нейронных сетей считается работа Дж. Маккалока (J. McCulloch) и У. Питтса (W. Pitts) «Логическое исчисление идей, относящихся к нервной деятельности» (1943 г.), в которой были сформулированы основные принципы построения искусственных нейронов и нейронных сетей. И хотя эта работа была лишь первым этапом, многие идеи, описанные в ней, остаются актуальными и на сегодняшний день. Искусственные нейронные сети индуцированы биологией, потому что они состоят из элементов, функциональные возможности которых аналогичны большинству функций биологического нейрона. Эти элементы можно организовать таким образом, который может соответствовать анатомии мозга, и они демонстрируют большое количество свойств, которые присущие мозгу. Например, они могут учиться на основе опыта, могут обобщать предыдущие прецеденты на новые случаи и выявлять существенные особенности из входных данных, которые содержат избыточную информацию. Центральная нервная система имеет клеточное строение. Единица — нервная клетка, нейрон. Он состоит из тела и отростков, которые соединяют его с внешним миром (рис. 1.1). Отростки, по которым нейрон получает возбуждение, называются дендритами. Отросток, по которому нейрон передает возбуждение, называется аксоном, причем аксон у каждого нейрона один. Дендриты и аксон имеют довольно сложную ветвистую структуру. Место соединения аксона нейрона — источника возбуждения с дендритом называется синапсом. Основная функция нейрона состоит в передаче возбуждения из дендритов в аксон. Но сигналы, которые поступают из разных дендритов, могут влиять на сигнал в аксоне. Нейрон выдаст сигнал, если суммарное возбуждение превысит некоторое предельное значение, которое в общем случае меняется в некоторых границах. В противном случае на аксон сигнал выдан не будет: нейрон не ответит на возбуждение. У этой основной схемы много осложнений и исключений, однако большинство нейронных сетей моделируют именно эти простые свойства.
(рисунок 1.1) — Модель биологического нейрона

Нейрон имеет следующие основные свойства:

  • Принимает участие в обмене веществ и рассеивает энергию. Меняет внутреннее состояние со временем, реагирует на входные сигналы, формирует выходные воздействия и поэтому является активной динамической системой.
  • Имеет множество синапсов — контактов для передачи информации

Существуют два подхода к созданию искусственных нейронных сетей (НС). Информационный подход: безразлично, какие механизмы лежат в основе работы искусственных нейронных сетей, важно лишь, чтобы при решении задач информационные процессы в НС были подобны биологическим. Биологический: при моделировании важно полное биоподобие, и для этого необходимо детально изучать работу биологического нейрона. Интенсивность сигнала, который получает нейрон (а следовательно и возможность его активации), сильно зависит от активности синапсов. Каждый синапс имеет длину, и специальные химические вещества передают сигнал вдоль него. Один из самых авторитетных исследователей нейросистем, Дональд Хебб, высказал постулат, что обучение состоит в первую очередь в изменениях «силы» синаптических связей. Например, в классическом опыте Павлова, каждый раз непосредственно перед кормлением собаки звонил колокольчик, и собака быстро научилась связывать звонок колокольчика с пищей. Синаптические связи между участками коры главного мозга, ответственными за слух, и слюнными железами усилились, и при возбуждении коры звуком колокольчика у собаки начиналось слюноотделение. Таким образом, будучи построенный из очень большого числа совсем простых элементов (каждый из которых берет взвешенную сумму входных сигналов и в случае, если суммарный вход превышает определенный уровень, передает дальше двоичный сигнал), мозг способен решать чрезвычайно сложные задачи.

Искуственный нейрон

Искусственный нейрон имитирует в первом приближении свойства биологического нейрона. На вход искусственного нейрона поступает некоторое множество сигналов, каждый с которых является выходом другого нейрона. Каждый вход множится на соответствующий вес, аналогичный синаптической силе, и все произведения суммируются, определяя уровень активации нейрона. На рисунке 1.2 представлена модель, которая реализует эту идею. Хотя сети бывают довольно разные, в основе почти всех их лежит эта конфигурация. Здесь множество входных сигналов, обозначенных x1, x2, …, xn, поступают на искусственный нейрон. Эти входные сигналы отвечают сигналам, которые приходят в синапсы биологического нейрона. Каждый сигнал множится на соответствующий вес w1, w2,…, wn, и поступает на суммирующий блок, обозначенный ∑. Каждый вес отвечает «силе» одной биологической синаптической связи. Суммирующий блок, который соответствует телу биологического элемента, алгебраически объединяет взвешенные входы, создавая выход NET:
(рисунок 1.2) — Искусственный нейрон в первом приближении Данное описание можно представить следующей формулой где w0 — биас; wі — вес i- го нейрона; xі — выход i- го нейрона; n — количество нейронов, которые входят в обрабатываемый нейрон Сигнал w0, который имеет название биас, отображает функцию предельного значения, сдвига. Этот сигнал позволяет сдвинуть начало отсчета функции активации, которая в дальнейшем приводит к увеличению скорости обучения. Этот сигнал добавляется к каждому нейрону, он учится как и все другие весы, а его особенность в том, что он подключается к сигналу +1, а не к выходу предыдущего нейрона. Полученный сигнал NET как правило обрабатывается функцией активации и дает выходной нейронный сигнал OUT (рис. 1.3)
(рисунок 1.3) — Искусственный нейрон с функцией активации Если функция активации суживает диапазон изменения величины NET так, что при каждом значении NET значения OUT принадлежат некоторому диапазону — конечному интервалу, то функция F называется функцией, которая суживает. В качестве этой функции часто используются логистическая или «сигмоидальная» функция. Эта функция математически выражается следующим образом: Основное преимущество такой функции — то, что она имеет простую производную и дифференцируется по всей оси абсцисс. График функции имеет следующий вид (рис. 1.4)
(рисунок 1.4) — Вид сигмоидальной функции активации Функция усиливает слабые сигналы и предотвращает насыщение от больших сигналов. Другой функцией, которая также часто используется, является гиперболический тангенс. По форме она похожа на сигмоидальную и часто используется биологами в качестве математической модели активации нервной клетки. Она имеет вид Как и логистическая функция, гиперболический тангенс имеет S-образный вид, но он является симметричным относительно начала координат, и в точке NET=0 значение выходного сигнала OUT=0 (рис. 1.5). На графике можно увидеть, что эта функция, в отличии от логистической, принимает значение разных знаков, что является очень выгодным свойством для некоторых типов сетей.
(рисунок 1.5) — Вид функции активации — гиперболический тангенс Рассмотренная модель искусственного нейрона игнорирует много свойств биологического нейрона. Например, она не принимает во внимание задержки во времени, которые влияют на динамику системы. Входные сигналы сразу порождают исходные. Но несмотря на это, искусственные нейронные сети, составленные из рассмотренных нейронов, выявляют свойства, которые присущи биологической системе.

ссылки на литературу:

1. Ф. Уоссермен. Нейрокомпьютерная техника: теория и практика. Перевод на русский язык Ю. А. Зуев, В. А. Точенов, 1992

2. И. В. Заенцев. Нейронные сети: основные модели. Учебное пособие к курсу “Нейронные сети”

  • нейронные сети
  • биологический нейрон
  • искусственный нейрон
  • нейрон

Источник: https://habr.com/post/40137/

71. Нейронная теория – сущность и доказательства

Нейронная теория

Основные положения нейронной теориисформулированы в начале века; в ееразработке принимали участие С.Рамон-и-Кахаль, А. С. Догель, Б. И. Лаврентьев.Согласно нейронной теории, нервнаясистема имеет клеточную организацию.

1. Структурно-функциональной, медиаторнойи метаболической единицей нервной ткании нервной системы является нейрон.

2. Нейрон – клетка, состоящая из перикариона,аксона, дендритов и их терминальныхветвлений.

3. Функционирование нейронов возможнотолько при тесной интеграции их сразличными видами нейроглии,

4. Нейроны взаимодействуют друг с другомпри помощи синапсов.

5. Совокупность нейронов, связанныхсинапсами, формирует рефлекторные дуги(основной субстрат нервной системы).

6. Возбуждение в синапсах и в рефлекторныхдугах передается только в одномнаправлении.

7. Передача инфос между нейронами осущ-сяпосредством высвобождающихся в областиконтактов хим посредников – медиаторов.

На современном этапе нейронная теориявключает:

1. Нейроны – самостоятельные морфологическиеединицы, а нервная система имеетрасчлененную организацию.

2. Нейроны собраны в структурно-функциональныеединицы – паттерны, модули распределительнойсистемы.

3. Нервная система имеет многоуровневуюи иерархическую организацию, в которойисполнительные нейроны регулируютсякомандными нейронами.

72. Определение синапса, классификация синапсов, понятие об эфапсах и аутопсах

Синапсы– это структуры, предназначенныедля передачи импульса с 1 нейрона надругой или на мышечные и железистыеструктуры; в нем нервный импульспретерпевает количественные и качественныеизменения. Они определяют направлениепроведения импульса. Синапс изолированглиальной оболочкой.

Различатвозбуждающиеассиметрические синапсы (1го типа) итормозныесимметричные (2го типа).Химические и электрические синапсы(эфапс, нексус, щелевой контакт). Взависимости от локализации окончанийтерминальных веточек аксона первогонейрона различают аксодендритические,аксосоматические, аксоаксональные,дендродендритические, соматосоматические.

Типичный синапссостоит изпресинаптической части с синаптическимипузырьками, постсинаптической части исинаптической щели.

Химические синапсыпередают импульсна другую клетку с помощью нейромедиатора,находящихся в синаптических пузырьках.Терминаль аксона представляет собойпресинаптическую часть, в нейнаходятся синаптические пузырьки,митохондрии и отдельные нейрофиламенты.Мембрана расщеплена и уплотнена,пресинаптическое пространство разделенона компартменты.

Везикулы могут содержать:ацетилхолин, ГАМК, аминокислоты –глицин, аспартат или глутамат, моноамины– ноадр, серотонин, дофамин, пурины –атф, аденозин. Область 2 нейрона илидругой иннервируемой клетки, с которойона контактирует-постсинаптическаячасть. На ней установленывпячивания-своеобразные ниши, в которыеложится пресинаптическое окончание.

Она сохраняет концетрацию медиатора,площадь взаимодействия и полноту егосекреции. Округлые прозрачные пузырькив синапсах, где передача импульсасовершается с помощью ацетилхолина(холинергическиесинапсы) – такими являются парасимпатическиеи преганглионарные симпатическиесинапсы, некоторые синапсы центральнойнервной системы.

В синапсах, где медиаторнорадреналин(адренергические) – пузырькис плотной сердцевиной. Норадреналин -медиатор постганглионарных симпатическихсинапсов. Различают низкомолекулярные(небольшая относительняа молекулярнаямасса) нейромедиаторы(ацетилхолин,норадреналин, дофамин, серотанин, глицин)и нейропептиды: опиоидные(эндорфины,динорины), вещество Р.

Дофамин, глицин- медиаторы тормозящих синапсов.

Область синаптического контакта между2 нейронами состоит из пресинаптическоймембраны(мембрана клетки, предающейимпульс; локализованы кальциевые каналы,способствующие слиянию синаптическихпузырьков с пресинаптической мембранойи выделению медиатора в синаптическующель),синаптической щели(междупре- и постсинаптическими мембранами,заполнена гликозаминоликанами) ипостсинаптической мембраны( участокплазмоллемы клетки, воспринимающиймедиаторы генерирующий импульс). Онаснабжена рецепторными зонами длявосприятия соответствующего нейромедиатора.Изменчивость ее структурных компонентовоблегчает трансформацию синала ираспространение его на нейрон.

Электрические, или эфапс.Здесьразличают пре- и постсинаптическуючасть. В эфапсе 1го типа разделены щелью,во 2 щель отсутствует. Импульс проходитчерезконнексины. Они собраны вкомплексы коннексоны, имеющие центральноионный канал.

В эфапсе 1го типа придеполяризации ток пропускается в одномнаправлении, при гиперполяризации вобратном направлении. Во 2типе потенциалдействия следует в обоих направления.

Электронные синапсы синхронизируютдействие значительных групп клеток(например, одномоментно возбуждают илитормозят колонку интернейронов).

Аутапсомназывается контактрекуррентной ветви аксона с дендритомили телом соименного нейрона. Они имеютсяв новой коре, коре мозжечка, ядрахгипоталамуса. Импульсы аутапсовмоделируют активность нейрона. Возбуждениеили торможение , генерируемое аутапсами,синхронно влияет в общий потенциалдействия нейронов.

Источник: https://studfile.net/preview/6446277/page:33/

Books-med
Добавить комментарий