- •1.Основы физиологии клетки
- •1.1. Общие сведения о клетке
- •1.2. Клеточная мембрана
- •1.3. Ядро клетки
- •1.4. Рибосомы
- •1.5. Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи
- •1.6. Митохондрии и лизосомы
- •1.7. Цитоскелет
- •2.Структурные и функциональные принципы организа- ции нервной системы
- •2.1. Взаимодействие сенсорных, моторных и мотивационных систем в переработке информации
- •2.2. Общие принципы анатомической организации нервной системы
- •2.3. Спинной мозг
- •2.4. Ствол мозга
- •Функции черепномозговых нервов
- •2.5. Мозжечок
- •2.6. Промежуточный мозг
- •2.7. Конечный мозг (полушария)
- •2.8. Защита мозга, цереброспинальная жидкость или ликвор
- •2.9. Кровоснабжение мозга и гематоэнцефалический барьер
- •2.10. Принципы организации функциональных систем мозга
- •2.11. Элементарные операции мозга - основа психических процессов
- •3. Основы нейронной теории
- •3.1. Нейроны
- •3.2. Классификация нейронов
- •3.3. Электрические сигналы
- •3.4. Входные сигналы
- •3.5. Объединённый сигнал - потенциал действия
- •3.6. Проведение потенциала действия
- •3.7. Выходной сигнал
- •3.8. Глия
- •4. Мембранные механизмы возникновения и проведения электрических сигналов
- •4.1. Концентрационный и электрический градиенты
- •4.2. Активный транспорт
- •4.3. Пассивный транспорт - диффузия
- •4.4. Управляемые каналы
- •4.5. Блокаторы ионных каналов
- •4.6. Мембранный потенциал покоя
- •4.7. Потенциал действия
- •4.8. Механизм проведения потенциалов действия
- •5. Механизм передачи информации в синапсах
- •5.1. Две разновидности синапсов
- •5.2. Передача возбуждения в нервно-мышечном синапсе
- •5.3. Помехи в синаптической передаче
- •5.4. Передача возбуждения в центральных синапсах
- •5.5. Постсинаптическое и пресинаптическое торможение
- •5.6. Функциональное значение и разновидности торможения в цнс
- •5.7. Функциональное значение химических синапсов в переносе информации
- •5.8. Электрические синапсы
- •6. Нейромедиаторы
- •6.1. Происхождение и химическая природа нейромедиаторов
- •6.2. Синтез нейромедиаторов
- •6.3. Выделение медиаторов
- •6.4. Разные постсинаптические рецепторы: ионотропное и метаботропное управление
- •6.5. Удаление медиаторов из синаптической щели
- •6.6. Отдельные медиаторные системы
- •6.6.1. Ацетилхолин
- •6.6.2. Биогенные амины
- •6.6.3. Серотонин
- •6.6.4. Гистамин
- •6.6.5. Глутамат
- •6.6.6. Гамк и глицин
- •6.6.7. Нейропептиды
- •6.7. Опиатные пептиды
- •7. Рефлексы
- •7.1. Рефлекс - стереотипная приспособительная реакция
- •7.2. Классификации рефлексов
- •7.3. Рефлекторная дуга
- •7.4. Нервные центры
- •7.5. Рефлексы растяжения - простая модель стереотипной реакции
- •7.6. Сухожильные рефлексы
- •7.7. Рефлекторная регуляция напряжения мышц
- •7.8. Сгибательные и ритмические рефлексы спинного мозга
- •7.9. Координация рефлекторной деятельности
- •7.10. Вегетативные рефлексы
- •7.11. Безусловные и условные рефлексы
- •8. Эффекторы
- •8.1. Строение скелетных мышц
- •8.2. Механизм сокращения мышечных волокон
- •8.3. Двигательные единицы
- •8.4. Зависимость мышечного сокращения от частоты нервных импульсов
- •8.5. Режимы мышечных сокращений
- •8.6. Регуляция длины и напряжения мышц
- •8.7. Гладкие мышцы
- •8.8. Сердечная мышца - миокард
- •8.9. Железы
- •9. Функциональная специализация коры больших
- •9.1. Соматосенсорная кора
- •9.2. Первичная зрительная кора
- •9.3. Вторичная (экстрастриарная) зрительная кора
- •9.4. Слуховая кора
- •9.5. Теменно-височно-затылочная ассоциативная кора
- •9.6. Префронтальная ассоциативная кора
- •9.7. Лимбическая кора
- •9.8. Височная кора
- •9.9 Электроэнцефалограмма
- •10. Двигательная функция цнс
- •10.1. Иерархическая организация моторных систем
- •10.2. Двигательные программы спинного мозга и ствола
- •10.3. Нисходящие пути от двигательных центров ствола
- •10.4. Нисходящие пути моторной коры
- •10.5. Планирование будущих действий и вторичные моторные области
- •10.6. Функциональная организация первичной моторной коры
- •10.7. Функциональная организация мозжечка
- •10.8. Взаимодействие нейронов внутри мозжечка
- •10.9. Функциональная организация базальных ганглиев
- •10.10. Последствия повреждений базальных ганглиев
- •11. Вегетативная функция цнс
- •11.1. Вегетативная нервная система
- •11.2. Периферический отдел вегетативной нервной системы
- •11.3. Тонус вегетативных нервов
- •11.4. Афферентное звено вегетативных рефлексов
- •11.5. Характер симпатического и парасимпатического влияния на деятельность внутренних органов
- •11.6. Передача возбуждения в синапсах вегетативной нервной системы
- •11.7. Центры вегетативной регуляции спинного мозга и ствола
- •11. 8. Роль гипоталамуса в регуляции вегетативных функций
- •11.9. Вегетативные механизмы регуляции кровообращения
- •11.10. Основные звенья регуляции дыхания
- •12. Основы нейроэндокринной регуляции функций
- •12.1. Происхождение, секреция, транспорт и действие гормонов
- •12.2. Регуляция образования гормонов
- •12.3. Роль гипоталамуса в регуляции образования гормонов передней доли гипофиза (гипоталамо-аденогипофизарная система)
- •12.4. Физиологическая роль гормонов аденогипофиза
- •12.5. Гипоталамус и гормоны нейрогипофиза
- •12.6. Гормоны мозгового вещества надпочечников и симпатоадреналовая реакция
- •12.7. Гормоны коры надпочечников
- •12.8. Гормоны щитовидной железы
- •12.9. Гормоны поджелудочной железы
- •12.10. Половые гормоны
- •12.11. Стресс
- •13. Интегративные механизмы регуляции поведения, основанного на биологических мотивациях
- •13.1. Мотивации
- •13.2. Кибернетические принципы гомеостатического регулирования
- •13.3. Гипоталамус - важнейшая мотивационная структура мозга
- •13.4. Лимбическая система мозга
- •13.5. Роль мезолимбической системы в формировании мотиваций
- •13.6. Физиологические механизмы боли.
- •13.7. Роль миндалин в образовании мотиваций
- •13.8. Гомеостатическое и поведенческое регулирование температуры тела
- •13.9. Механизмы регуляции пищевого поведения
- •13.9.1. Поступление и усвоение пищи
- •13.9.2. Открытие центров голода и насыщения в гипоталамусе
- •13.9.3. Новые данные о центрах голода и насыщения
- •13.9.4. Факторы, определяющие пищевое поведение
- •13.10. Питьевое поведение
- •13.10.1. Обмен воды и солей в организме
- •13.10.2. Регуляция водно-солевого равновесия и питьевого поведения
- •13.11. Половое поведение
- •13.11.1. Критические периоды половой дифференцировки
- •13.11.2. Половые особенности когнитивной деятельности
- •13.11.3. Биологические основы сексуального поведения
- •14. Биологические мотивации
- •14.1. Потребности
- •14.2. Мотивации
- •14.3. Кибернетические принципы гомеостатического регулирования
- •14.4. Гипоталамус - важнейшая мотивационная структура мозга
- •14.5. Роль мезолимбической системы в формировании мотиваций
- •14.6. Роль миндалин в образовании мотиваций
- •14.7. Формирование мотивационной доминанты
- •14.8. Системная организация мотиваций
- •14.9. Физиологические механизмы целенаправленного поведения
- •14.10. Гомеостатическое и поведенческое регулирование температуры тела
- •14.11. Пищевое поведение
- •14.12. Питьевое поведение
- •14.13. Половое поведение
- •15. Нейрофизиологические основы эмоций
- •15.1. Управляемые и неуправляемые компоненты эмоций
- •15.2. Теория эмоций Джеймса-Ланге
- •15.3. Теория эмоций Кэннона-Барда
- •15.4. Лимбическая система мозга
- •15.5. Участие височной коры и миндалин в формировании эмоций
- •15.6. Участие лобной коры в формировании эмоций
- •15.7. Информационная теория эмоций
- •15.8. Функциональная специализация мозговых структур в образовании эмоций
- •15.9. Коммуникативная функция эмоций и выражение лица
- •15. 10. Вегетативные проявления эмоций и детектор лжи
- •15.11. Застойные эмоции и психоэмоциональный стресс
- •16. Нейрофизиологические основы регуляции цикла сна- бодрствования
- •16.1. Восстановительная теория сна
- •16.2. Циркадианная теория сна
- •16.3. Внешние проявления и фазы сна
- •Бдг десинхрони- атония, бдг, повышение около 80% высо-
- •16.4. Нейрофизиологические механизмы сна
- •16.5. Гуморальные индукторы сна
- •16.7. Нормальная продолжительность сна и последствия его лишения
- •16.8. Нарушения сна
- •16.9. Бодрствование и сознание
- •16.10. Различные уровни бодрствования
- •17. Нейронные основы памяти и научения
- •17.1. Врождённые и приобретённые механизмы поведения
- •17.2. Формы памяти и научения
- •17.3. Предполагаемое место хранения памяти
- •17.4. Молекулярные механизмы памяти
- •17.5. Синапсы Хебба
- •17.6. Нейрофизиологические механизмы габитуации и сенситизации
- •17.7. Нейронный механизм ассоциативного научения
- •17.8. Гиппокамп и образование памяти
- •17.9. Долговременная потенциация и память
- •17.10. Нарушения памяти
- •18. Речевые структуры мозга и функциональная асим метрия полушарий
- •18.1. Свойства языка
- •18.2. Языки животных
- •18.3. Расстройства речи - афазии
- •18.4. Модель Вернике-Гешвинда
- •18.5. Современная модель нейронных процессов, обеспечивающих речь
- •18.6. Происхождение и формирование речи человека
- •18. 7. Латерализация функций
- •18. 8. Расщеплённый мозг
- •18.9. Способы исследования латерализации функций
- •18.10. Современные представления о функциях полушарий мозга
17.6. Нейрофизиологические механизмы габитуации и сенситизации
Если генетики больше любых других организмов изучили плодовую муху - дрозофилу, то исследователи биологических основ поведения больше всего преуспели в изучении морского брюхоногого моллюска аплизии, в особенности одного из видов этого моллюска - калифорнийской аплизии (Aplysia californica) - рис. 17.8. Аплизии достигают 30 см в длину и могут весить до 2 кг, их центральную нервную систему образуют не более 20 000 нейронов, сгруппированных в несколько ганглиев; примерно столько же их у дрозофилы. Однако у аплизий нейроны очень крупные, до 1 мм в диаметре, кроме того они располагаются в строго определённом порядке, что даёт возможность уверенно находить у разных особей однотипные сенсорные, моторные и интернейроны, чтобы стимулировать или удалять их, получая при этом одинаковые результаты при работе с разными животными. На протяжении последних 25 лет биологические основы поведения у аплизий особенно много изучали сотрудники лаборатории Эрика Кэндела (Kandel E.) в Колумбийском университете (Нью-Йорк).
Калифорнийский моллюск способен рефлекторно втягивать свой орган дыхания - жабру в специальную мантийную полость. В неспокойном море этот защитный рефлекс вызывается раздражением чувствительных окончаний в коже сифона или мантии взвешенными в воде твёрдыми частицами, в лабораторных условиях его можно получить направленной на кожу сифона струёй воды из баллончика или простым прикосновением к его коже.
Защитный рефлекс у аплизии контролирует абдоминальный (брюшной) ганглий, в котором всего 24 сенсорных нейрона проводят возбуждение от механорецепторов кожи. С помощью медиатора глутамата сенсорные нейроны передают возбуждение шести мотонейронам, контролирующим мышцы, необходимые для втягивания жабры. Кроме того, сенсорные нейроны образуют синапсы с имеющимися в абдоминальном ганглии возбуждающими и тормозными интернейронами. В лаборатории Кэндела путём сочетания нескольких оригинальных исследовательских приёмов были изучены процессы, происходящие в синапсах абдоминального ганглия при образовании привыкания и сенситизации.
Если раздражающий стимул не причиняет вреда, то наступает привыкание (габитуация), выражающееся в том, что защитная реакция постепенно уменьшается, а затем и вовсе исчезает на неделю и больше. Но, если на фоне габитуации будет использован какой-либо сильный раздражитель, действующий на другой участок тела (например, булавочный укол кожи хвоста или действие на него электрического тока), то реакция привыкания сразу же исчезнет (дегабитуация). После получения болевого стимула у аплизии развивается реакция сенситизации, выражающаяся в повышенном реагировании даже на безобидные тактильные стимулы, что наблюдается на протяжении достаточно долгого промежутка времени.
Оказалось, что реакция привыкания обусловлена инактивацией тока ионов кальция в пресинаптические окончания сенсорных нейронов. При повторных раздражениях механорецепторов кожи сифона струёй воды или прикосновением всё меньше и меньше кальция входит в пресинаптические окончания сенсорных нейронов при их возбуждении. Это приводит к уменьшению выделения из них медиатора и, соответственно, уменьшению величины постсинаптических потенциалов, которая становится ниже пороговой.
Открытие механизма габитуации продемонстрировало чрезвычайно простой способ образования долговременной памяти, связанный всего лишь с одним синапсом - его можно назвать гомосинаптической депрессией. В отличие от этого, в реакции сенситизации кроме сенсорных и моторных нейронов должны участвовать интернейроны, в связи с чем сенситизацию можно рассматривать как гетеросинаптическое усиление. Реагирующий на булавочный укол сенсорный нейрон возбуждает интернейрон, который, в свою очередь, действует с помощью медиатора серотонина на пресинаптическое окончание другого сенсорного нейрона, передающего возбуждение от механорецепторов кожи сифона (Рис. 17.9). Серотонин действует на метаботропные рецепторы и вследствие этого активируются вторичные посредники: цАМФ и цАМФ-зависимая протеинкиназа, которая фосфорилирует белки кальциевых мембранных каналов в пресинаптическом окончании. В результате при возбуждении в окончание входит больше ионов кальция, соответственно больше выделяется глутамата, действующего на мотонейрон. Это приводит к увеличению амплитуды и длительности постсинаптических потенциалов, хотя количество и чувствительность постсинаптических рецепторов не изменяется. В лаборатории Кэндела в 80-х годах ХХ столетия было установлено, что для получения сенситизации можно даже не использовать болевой стимул, а просто подействовать серотонином на пресинаптическое окончание сенсорного нейрона. Такой опыт хорошо воспроизводится на изолированных из организма аплизии нейронах - этот упрощённый препарат Кэндел назвал "синапсом, обучающимся в блюдце".
При габитуации и сенситизации были обнаружены две ступени образования памяти: кратковременная и долговременная. Однократное действие серии слабых стимулов приводит к непродолжительной габитуации, а однократно применённый сильный раздражитель или однократное введение серотонина вызывают кратковременную сенситизацию, наблюдаемую на протяжении лишь нескольких минут. Четыре-пять таких тренировок, следующих друг за другом, приводят уже к долговременной сенситизации, сохраняющейся в течение суток, а при дальнейшем повторении тренировок сенситизация сохраняется на протяжении 3 недель и больше.
Оказалось, что при повторяющихся тренировках или повторяющемся действии серотонина в клеточное ядро сенсорного нейрона постепенно перемещается некоторое количество цАМФ-зависимой протеинкиназы, что вызывает фосфорилирование регуляторных белков, управляющих процессом транскрипции - считывания информации с молекулы ДНК. В результате активируются гены, руководящие синтезом белков, необходимых для дополнительного образования активных компонентов всё той же цАМФ-зависимой протеинкиназы.
В дальнейшем происходит образование дополнительных синапсов. Сенсорный нейрон может увеличивать количество своих пресинаптических окончаний в два раза, одновременно с этим отмечается увеличение числа активных зон, из которых непосредственно выделяется медиатор. Образуются дополнительные шипики на дендритах мотонейрона, которые вступают в синаптические контакты с дополнительными пресинаптическими окончаниями аксона сенсорного нейрона (Рис. 17.10). При длительной габитуации наблюдаются противоположные изменения: количество синаптических связей между сенсорным и моторным нейронами уменьшается приблизительно на 1/3 с одновременным уменьшением числа активных зон в синапсах.
Следует напомнить, что привыкание и сенситизация являются неассоциативными формами научения. Болевой стимул или введение серотонина вызывают сенситизацию независимо от совпадения во времени с тактильными раздражениями. Открытие механизмов привыкания и сенситизации, позволило увидеть в уменьшении или увеличении тока кальция в пресинаптическое окончание один из механизмов кратковременной памяти. Образование долговременной памяти оказалось связанным с использованием вторичных посредников, экспрессией генов и возникновением дополнительных синапсов. В принципе такие же механизмы могут быть использованы почти во всех синапсах мозга и нет оснований считать, что изученные механизмы специфичны лишь для каких-то особенных "нейронов памяти".