Физиологические основы психической деятельности

ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический университет»

Часть 1
ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ

Нижний Новгород

2008

ББК 74. 58

С 32

Серебрякова Т.А.

Физиологические основы психической деятельности: Учебное пособие в 2-х частях. – Н.Новгород: ВГИПУ, 2008. – Часть 1: Физиология центральной нервной системы. – с.

Рецензенты: В.В.Ягин, доктор биологических наук,

доцент кафедры анатомии и физиологии Нижегородского государственного педагогического университета

доцент кафедры психологии Волжского государственного инженерно-педагогического университета

В первой части учебного пособия представлен материал по проблеме истории становления физиологии как науки, истории изучения и физиологии центральной нервной системы (механизмы деятельности нейронов, свойства нервных центров, функции различных отделов центральной нервной системы), показана ее координирующая и интегрирующая роль.

Адресовано студентам дневной и заочной форм обучения по специальности «Психология»

© Т.А.Серебрякова, 2008

© ВГИПУ, 2008

Оглавление

Введение …………………………………………………………………………4

1. Общая характеристика физиологии как науки………………………………6

2. Общее понятие о нервной системе…………………………………………..11

3. Структурные элементы нервной системы…………………………………...20

4. Возбуждение и торможение в центральной нервной системе……………..27

5. Рефлекторный принцип деятельности нервной системы…………………..40

6. Физиология спинного мозга………………………………………………….64

7. Физиологические механизмы функционирования головного мозга………75

8. Промежуточный мозг…………………………………………………………94

9. Мозжечок……………………………………………………………………..107

10. Лимбическая система………………………………………………………112

11. Базальные ганглии………………………………………………………….116

12. Новая кора большого мозга………………………………………………..120

Список литературы……………………………………………………………..135

Приложение……………………………………………………………………..136

Успешность жизнедеятельности и поведения человека во многом объективно обусловливает соответствие друг другу внутреннего состояния человека, внешних условий, в которых он находится и предпринимаемых им практических действий. На физиологическом уровне это соответствие, или как говорят физиологи, объединение, интеграцию осуществляет нервная система, которая даже анатомически устроена и расположена таким образом, чтобы иметь непосредственный доступ, выход как на различные внутренние органы и системы организма человека, так и на внешнюю среду и осуществлять их синтез.

Учебное пособие «Физиология центральной нервной системы» составлено в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и предлагается в помощь для изучения студентами-психологами учебного курса «Физиология центральной нервной системы», целью которого является формирование у студентов системных знаний о механизмах функционирования центральной нервной системы человека. В результате его изучения студенты получат необходимые для дальнейшего осознания сущности и механизмов психической деятельности знания по следующим вопросам:

• 
  определение физиологии как науки и историографию ее становления;
  
• 
  особенности строения центральной нервной системы человека;
  
• 
  функции центральной нервной системы;
  
• 
  физиологию спинного и головного мозга;
  
• 
  механизмы связи центральной нервной системы и психической деятельности человека.
  

В помощь студентам после каждой темы предлагаются вопросы для самоконтроля, а также список литературных источников, который поможет не только конкретизировать изучаемый материал, но и содержательно его углубить.

В приложении к учебному пособию имеется словарь основных терминов.

1. Общая характеристика физиологии как науки
Физиология – это биологическая наука, которая на основе изучения частных процессов и механизмов жизнедеятельности человека и животных устанавливает закономерности функционирования живого организма как целостной системы. Сам термин «физиология» произошел от слияния двух греческих слов «physis» – природа и «logos» – учение. Физиология изучает жизнедеятельность организма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов, систем.

Предметом изучения физиологии как науки являются различные функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития живого организма (как один из частных вопросов, физиология рассматривает вопрос о функционировании центральной нервной системы и механизмах связи центральной нервной системы с психической деятельностью человека).

Достижения последних лет в области биохимии, молекулярной биологии, биофизики и некоторых других наук позволили исследователям получить данные, необходимые для познания частных механизмов жизнедеятельности, в частности, понимание сущности механизмов психической деятельности человека.

Под психической деятельностью ученые понимают идеальную субъективно осознаваемую деятельность организма, осуществляемую с помощью нейрофизиологических процессов. При этом принято говорить о низшей нервной деятельности и высшей нервной деятельности.

Низшая нервная деятельность – совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих осуществление безусловных рефлексов и инстинктов.

Высшая нервная деятельность – совокупность нейрофизиологических процессов, обеспечивающих сознание, подсознательное усвоение информации и индивидуальное приспособительное поведение живого организма в окружающей среде.

Созданная И.П.Павловым физиология высшей нервной деятельности стала естественно-научной основой психологии. Кроме того, она имеет огромное значение в философии, медицине, педагогике и многих других науках о человеке, его духовном мире.

Первичная информация о жизнедеятельности организма человека была собрана и определенным образом обобщена еще в древности. Так, Гиппократ (4-3 вв до н.э.) представлял организм человека как некое единство жидких сред и психического склада личности, подчеркивал связь человека со средой обитания а также то, что движение является основной формой этой связи. Аналогичных подход был характерен и для врачей древнего Китая, Индии, Ближнего Востока и Европы.

Несомненный вклад в становление физиологии как науки был сделан в эпоху Возрождения (16-17 вв). Определенные успехи таких наук, как физика и химия, обращение к ним врачей определили стремление ученых объяснить деятельность организма человека на основе происходящих в нем химических и физических процессов. Конечно же, уровень знаний наук того времени не мог обеспечить полное и адекватное представление о физиологических функциях. Вместе с тем, изобретение микроскопа и углубление знаний о микроскопическом строении тканей живых организмов стимулирует интерес к исследованию функционального назначения различных структур организма. Совершенствование точных наук, естествознания в целом и философии определяет обращение человеческой мысли к изучению механизмов движения. Так, французский мыслитель 17 столетия Рене Декарт формулирует рефлекторный принцип организации движений, в основе которого лежит побуждающий их стимул.

Особое место в науке о человеке сыграло открытие английским врачом В.Гарвеем (17 в.) кровообращения. Именно данный ученый, базируясь на результатах своих экспериментальных исследований основал физиологию как науку. Официальной датой возникновения физиологии человека и животных как науки принят 1928 г. – год выхода в свет трактата В.Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных».

В 17 столетии осуществляется ряд исследований по физиологии мышц, дыхания, обмена веществ.

В 18 веке в Европе возникает учение о «животном электричестве» (Л.Гальвани). Получает дальнейшее развитие принцип рефлекторной деятельности (исследования И.Прохаска) и т.д. В России в данный период времени физиологические исследования были сделаны известным отечественным ученым М.В.Ломоносовым.

19 век – период расцвета аналитической физиологии, когда были сделаны выдающиеся открытия практически по всем физиологическим системам. Это происходило одновременно с бурным расцветом естествознания, обретением фундаментальных знаний о природе: открытие закона сохранения энергии, клеточного строения организмов, формирование основ учения об эволюции жизни на Земле. Все это определяет выделение в середине 19 столетия физиологии в самостоятельную науку, что значительно интенсифицирует проведение физиологических исследований.

Во второй половине 19 века, а также в начале 20 столетия физиология в России становится одной из передовых в мировой науке. Особое значение в этот период приобретают физиологические исследования, проводимые школами И.М.Сеченова и И.П.Павлова. Так, в 19 в. в трудах И.М.Сеченова был раскрыт рефлекторный характер деятельности головного мозга. В книге «Рефлексы головного мозга», вышедшей в 1863 г., он первым предпринял попытку объективного изучения психических процессов. Идеи И.М.Сеченова были в дальнейшем развиты еще одним выдающимся отечественным физиологом И.М.Павловым, который создал экспериментальный метод исследования функций коры больших полушарий – метод условных рефлексов – и установил, что именно рефлексы являются основой всей высшей нервной деятельности. Высшую нервную деятельность И.П.Павлов противопоставил низшей нервной деятельности, которая направлена, в основном, на поддержание гомеостаза (равновесия, сбалансированности) в организме в процессе жизнедеятельности. И.П.Павлов отмечает, что, если нервные элементы, осуществляющие гомеостаз, взаимодействие внутри организма, объединены нервными связями уже в момент рождения, то нервные связи, обеспечивающие высшую нервную деятельность, реализуются только в процессе жизнедеятельности организма в форме жизненного опыта. Именно поэтому низшую нервную деятельность можно определить как врожденную форму, а высшую нервную деятельность – как приобретаемую в индивидуальной жизни и деятельности. Низшая нервная деятельность получила название безусловно-рефлекторной, а ее отдельные реакции называют безусловными рефлексами. Высшая нервная деятельность человека, ее характер во многом зависят от индивидуальных особенностей нервной системы. Совокупность этих специфических черт обусловлена наследственностью индивидуума, его жизненным опытом и называется типом нервной деятельности. Тип нервной системы определяет степень приспособленности организма к условиям окружающей среды. Таким образом, психическая деятельность осуществляется только с помощью высшей нервной деятельности.

Не меньшее значение для дальнейшего развития физиологии как науки имеет открытие химического механизма передачи нервного импульса в синапсах О.Леви и Г.Х.Дейлом. Выдающуюся роль в изучении функций центральной нервной системы сыграл Ч.С.Шеррингтон, разработавший и сформулировавший основные принципы координационной деятельности мозга.

В середине 20 столетия исследования в области решения проблемы возбуждения нервов и мышц проводят отечественные физиологи А.А.Ухтомский, А.Ф.Самойлов и Д.С.Воронцов.

Таким образом, именно 19 – 20 столетия ознаменованы многочисленными значительными успехами в изучении функционирования организма человека, включая и функционирование мозга, а именно, –центральной нервной системы.

В настоящее время большой вклад в изучение психической деятельности внесен наукой нейробиологией. С ее помощью раскрыты механизмы деятельности отдельных нейронов и их модулей, раскрыты механизмы взаимодействия различных отделов центральной нервной системы и деятельности мозга в целом, достаточно хорошо изучены процессы и механизмы возбуждения и торможения в ЦНС, а также показана физиологическая роль различных медиаторов. Так, доказано, что такой медиатор, как норадреналин регулирует настроение, эмоции человека, участвует в поддержании бодрствования, а также механизмах формирования некоторых фаз сна. Такой медиатор, как серотонин ускоряет процессы обучения, сенсорное восприятие и т.д.

1. 
   Дайте определение физиологии как науки.
   
2. 
   Что является предметом изучения физиологии?
   
3. 
   Какова история становления физиологии как науки?
   
4. 
   Кем введено понятие «высшая нервная деятельность»?
   
5. 
   Чем характеризуется высшая нервная деятельность?
   
6. 
   Чем отличаются низшая и высшая нервная деятельность?
   

Нервная система в организме представлена группой органов, ведущая роль в образовании которых принадлежит нервной ткани. Основной структурно-функциональной единицей нервной системы является нейрон (нервная клетка, нейроцит).

Если говорить о строении нервной системы, то ученые предлагают два подхода к ее делению.

Анатомически – на центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую нервную систему.

Функционально она подразделяется на соматическую и автономную (вегетативную).

Центральная нервная система в организме человека выполняет интегрирующую роль, объединяя в единое целое все ткани, органы и координируя их специфическую активность в составе целостных гомеостатических и поведенческих функциональных систем.

Интегрирующая роль ЦНС – это соподчинение и объединение тканей и органов в центрально-периферическую систему, деятельность которой направлена на достижение полезного для организма приспособительного результата. Такое объединение становится возможным в результате участия ЦНС в управлении опорно-двигательным аппаратом при помощи соматической нервной системы, благодаря регуляции функций всех тканей и внутренних органов с помощью вегетативной нервной системы и эндокринной системы, а также наличию обширнейших афферентных связей ЦНС со всеми соматическими и вегетативными эффекторами.

Можно выделить четыре уровня ЦНС, каждый из которых вносит свой вклад в обеспечение интегративных процессов.

1. 
   Нейрон. Из-за множества возбуждающих и тормозящих синапсов на нейроне он превратился в ходе эволюции в очень значимое «устройство». Взаимодействие возбуждающих и тормозящих входов, взаимодействие субсинаптических нейрохимических процессов в протоплазме в конечном итоге определяют: возникнет та или иная последовательность потенциала действия на выходе нейрона или нет, т.е. будет дана команда другому нейрону, рабочему органу или нет.
   
2. 
   Нейрональный ансамбль (модуль), обладающий качественно новыми свойствами, отсутствующими у отдельных нейронов, позволяющими ему включаться в более сложные разновидности реакций ЦНС.
   
3. 
   Нервный центр. Благодаря наличию множественных прямых, обратных и некоторых других связей в ЦНС, прямых и обратных связей с периферическими органами нервные центры часто выступают как автономные командные устройства, реализующие управление тем или иным процессом на периферии в составе саморегулирующейся, самовосстанавливающейся, самовоспроизводящейся системы (организма).
   
4. 
   Высший уровень интеграции, объединяющий все центры регуляции в единую регулирующую систему, а отдельные органы и системы в единую физиологическую систему – организм. Это достигается взаимодействием главных систем ЦНС: лимбической, ретикулярной формацией, подкорковых образований и неокортекса как высшего отдела ЦНС, организующего поведенческие реакции и их вегетативное обеспечение
   

1. 
   Фактор структурно-функциональной связи. Это наличие между отделами ЦНС, между ЦНС и различными органами функциональной связи, обеспечивающей преимущественное распространение возбуждения между ними.
   
2. 
   Фактор субординации. Подчинение нижележащих отделов ЦНС вышележащим.
   
3. 
   Фактор силы. Учеными доказано, что к одному и тому же центру могут подходить пути от различных рефлексогенных зон (принцип общего конечного пути). В случае их одномоментной активации центр реагирует на более сильное возбуждение.
   
4. 
   Одностороннее проведение возбуждения в синапсах. Оно способствует упорядочению распространения возбуждения, ограничивая иррадиацию возбуждения в ЦНС.
   
5. 
   Синаптическое облегчение. Участвует в процессах обеспечения координационной деятельности ЦНС при выработке навыков. Недостаточно скоординированные движения в начале выработки навыка постепенно становятся более точными, координированными. Дополнительные, ненужные движения постепенно устраняются.
   
6. 
   Доминанта (стойкий, господствующий очаг возбуждения, подчиняющий себе активность других нервных центров). Имеет значение в координационной деятельности ЦНС. Доминантное состояние двигательных центров обеспечивает автоматизированное выполнение двигательных актов.
   

1. 
   Управление деятельностью опорно-двигательного аппарата. ЦЕС регулирует тонус мышц и посредством его перераспределения поддерживает естественную позу, а при нарушении – восстанавливает ее, а также инициирует все виды двигательной активности человека.
   
2. 
   Регуляция работы внутренних органов. Осуществляется вегетативной нервной системой и эндокринными железами. В состоянии покоя они обеспечивают гомеостазис (постоянство внутренней среды организма); во время работы обеспечивают приспособительную регуляцию деятельности внутренних органов согласно потребностям организма и поддержания гомеостазиса.
   

Большой вклад в развитие концепции нервизма внесли И.М.Сеченов и С.П.Боткин. По теории С.П.Боткина, организм – это целостная система, деятельность которой направляется и регулируется нервной системой. Ученый рассматривал различные заболевания как следствие нарушения нормальных нервных соотношений (клинический нервизм). Нарушение «регуляторных нервных аппаратов», по мнению С.П.Боткина, может явиться причиной ряда болезней человека, что убедительно подтверждено и современными клиническими наблюдениями.

3. 
   Обеспечение адаптивного поведения организма в постоянно изменяющейся окружающей среде на основе врожденных (безусловные рефлексы и инстинкты) и приобретенных (условные рефлексы) форм поведения. Адаптивное поведение направлено на индивидуальное и видовое сохранение организмов, взаимодействие с особями своего вида и на освоение новых пространственно-временных сред.
   
4. 
   Обеспечение высших психических функций (таких как восприятие, внимание, память, эмоции, мышление, сознание и т.д.).
   

Если же говорить о функциональном подходе к делению нервной системы, то необходимо отметить, что соматическая нервная система регулирует работу скелетных мышц и обеспечивает чувствительность человеческого тела.

• 
  симпатический;
  
• 
  парасимпатический.
  

Значительное число волокон ядер продолговатого мозга входит в состав блуждающего нерва, снабжающего парасимпатическими волокнами большую часть органов грудной и брюшной полости. В парасимпатическом отделе нервные узлы образованы телами «вторых» нейронов и разбросаны по всему телу. Они находятся или около, или в самом иннервируемом органе. В связи с этим в парасимпатическом отделе автономной нервной системы преганглионарные волокна имеют большую длину, а постганглионарный путь очень короткий.