42

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Головне управління освіти і науки Донецької облдержадміністрації

Донецьке територіальне відділення МАН України

Відділення: хімії і біології Секція: біологія людини

ДОВЕДЕННЯ АЛЬТЕРНАТИВНИХ ТЕОРІЙ МАУНКАСТЛА ТА ПРИБРАМА ЧЕРЕЗ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЗАПАМ’ЯТОВУВАННЯ

Роботу виконав: Русаченко Євген Миколайович, учень 10 класу загальноосвітньої школи I-III ступенів № 9 Дзержинської міської ради Науковий керівник: Мигда Олена Миколаївна , методист ММК, вчитель біології загальноосвітньої школи I-III ступенів № 9 Дзержинської міської ради вчитель 1 категорії, звання «старший учитель»

Донецьк – 2013

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………………3

ОСНОВНА ЧАСТИНА …………………………...……………………………..5

РОЗДІЛ 1 Досвід та напрямки дослідження мозку……………..……………..5

1.1.Структура та функціонування мозку як органу ВНД……………………..5

1.2.Природа пам’яті ……………………………………………………………..8

1.3.Можливість розвитку пам’яті………………………………………………10

РОЗДІЛ 2 Технологія дослідницької роботи ………………………...………..12

РОЗДІЛ 3 Експериментальна частина ………………………………………....13

3.1.Загальна схема експерименту ………………………………………………13

3.2. Дослідження можливості впливу на переважаючий тип пам’яті……….15

3.3. Дослідження динаміки розвитку різних видів пам’яті…………………...17

РОЗДІЛ 4 Трактовка результатів на основі теорій Х. Маункастла та К. Прибрама……………………………………………………………………...…28

ВИСНОВКИ ……………………………………………………………………..30

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………………………………31

ДОДАТКИ ……………………………………………………………………….

ВСТУП

На сучасному етапі розвитку нейробіології можна впевнено стверджувати, що не існує закінченої теорії нервової системи, яка подібно до теорії Декарта без протиріч, доведено та логічно пояснила би те, як функціонує мозок людини.

Пам’ять – важлива функція нервової системи. Взагалі виживання організму сумнівне без здатності зберігати певний життєвий досвід, не говорячи вже про розвиток та прогрес . Саме завдяки пам’яті людина досягла тих висот, які ми називаємо цивілізацією. Отже, покращення цієї функції, безумовно, сприяє як підвищенню якості життя кожної окремої особистості, так і глобальному розвитку людства. Коефіцієнт корисного застосування мозку на сьогодні досить низький. Чим скоріше науковці розкриють таємницю функціонування нервової тканини, тим якісніше та швидше вирішиться багато суспільних та індивідуальних проблем. Це не тільки виведе нас на шлях створення штучного інтелекту, а допоможе виліковувати нервові захворювання, коригувати інтелектуальний рівень людини. Так, актуальність досліджуваної теми безперечна.

Дослідження мозку стискаються з труднощами з таких причин: по-перше, важко проводити дослідження на органі, так надійно захищеному черепною коробкою. По-друге, нейрони мозку не відновлюються, тому будь-яке втручання може привести до невиправних наслідків. Важливо згадати і про етичні сторони проблеми. Нові молекулярно-генетичні підходи, застосування технічних досягнень, поступово змінюють уявлення про функціонування мозку, сприяють народженню нових теорій. Ці погляди, іноді дуже радикальні, поки вважаються альтернативними, тому що не мають достатньої фактологічної бази, підтверджень. Кожне з них потребує осмислення та експериментальної перевірки. В запропонованій роботі описано теорії К.Прибрама та В. Маункастла. Розглянуті теорії цікаві та перспективні. Вони ще недостатньо доведені в біології, проте вже знаходять теоретичне застосування в області інформатики як базові для створення штучного інтелекту.

Запропонована робота представляє собою спробу експериментально довести погляди про природу пам’яті та механізм діяльності мозку, сформульовані в альтернативних теоріях К. Прибрама та В. Маункастла, на основі спостережень за динамікою розвитку різних типів пам’яті. В цьому і полягає її мета та практичне значення. Для вирішення мети поставлені завдання : проаналізувати за різними джерелами сутність альтернативних теорій та їх положення, спланувати та провести дослідження процесу запам’ятовування, комбінуючи різні техніки розвитку пам’яті та відстежуючи динаміку розвитку різних типів пам’яті, провести порівняльний аналіз динаміки та співставити отримані результати із традиційними та альтернативними поглядами на механізм функціонування нервової тканини, зберігання інформації.

Об’єктом дослідження є учні 10 класу , предмет дослідження – механізм функціонування нервової тканини мозку на прикладі процесу запам’ятовування. Для проведення експериментальної частини розроблено схему , на основі якої пам’ять розвивали в два етапи різними техніками. Моніторинг результатів дослідження проведено відомими методами визначення переважаючого типу пам’яті та її об’єму. На відміну від існуючих досліджень динаміки розвитку пам’яті вперше проведено порівняльний аналіз розвитку різних видів пам’яті в залежності від часу застосування технік та виду діяльності. Новизною представленої роботи є використання отриманих результатів з метою підтвердження або спростування розглянутих теорій. Результати спостережень також допоможуть учням осмислити необхідність побудови траєкторії свого інтелектуального розвитку та застосування технік розвитку пам’яті.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

РОЗДІЛ 1

Досвід та напрямки дослідження мозку

1.1. Структура та функціонування мозку як органу внд

Дослідження роботи головного мозку походять з далеких часів – першим, хто висунув теорію, що мислення відбувається у головному мозку, був Гіппократ. Дещо пізніше цим питанням приділяв увагу французький філософ Рене Декарт. [1] Засновником фізіології нервової системи вважають німецького дослідника Дейтерса ( 1863 р.) Гальвані і Вольт, Гельмгольц та Нернст займалися розробкою теорій щодо нервового процесу. Одним із дійсно ґрунтовних досліджень слід вважати досвід І . П. Павлова та його англійського колеги Ч.С. Шеррингтона. На основі їх розробок, чисельних дослідів порівняльної анатомії, а також досліджень всесвітньовідомого фізіолога, невропатолога В.М. Бехтерева (20-ті роки XX століття) [2] доведено, що головний мозок умовно поділяється на три основні частини: передній (кінцевий) мозок, ствол та мозочок. [Додаток А] Основною структурною та функціональною одиницею нервової тканини є клітина нейрон здатна передавати електричний імпульс. За будовою його тіло нагадує зірку. Від тіла відходять короткі відростки-дендрити і довгі відростки-аксони, зверху покриті мієлінової оболонкою-ізолятором. [3] Нервова система людини нараховує понад 17 млрд нейронів та клітин нейроглії, яких в 10 разів більше ніж нейронів. Нейрони виконують регуляторну та керуючу роль, передаючи імпульс, а глія заповнює простір між ними, утворюючи таким чином каркас нервової тканини, а також виконуючи метаболічну функцію. [4]

Сучасні дослідники фізіологи А.Б. Коган, Т.В. Черніговська, американці Л. Блум, А. Лейзерсон, Т. Гарвей, нейробіолог Є. Кендел ( 1980) займалися дослідженням механізмів функціонування мозку – клітинної основи поведінки. [5] Ними експериментально доведено, що головний мозок координує та регулює всі важливі життєві функції та поведінку людини. Всі наші відчуття, бажання, рухи пов’язані з роботою мозку. Про це ще в XIX ст.. писав видатний російський фізіолог Сеченов. А саме завдяки І.П. Павлову стало можливим фізіологічне дослідження вищих функцій мозку, таких як мислення та пам’ять. Поняття пам’яті детально розглядається в наукових дослідженнях Г. Эббінгауза, Д.О.Хебба, Джордж Міллера , А.Бэддли , С. С. Корсакова .[1, 5] Засновником нейропсихології є А.Р. Лурія (початок XXст.) [6] , який співпрацював з Л.С. Виготським над вивченням вищих коркових функцій людини. А.Р. Лурія запропонував виділяти відносно автономні блоки головного мозку людини, які забезпечують функціонування психічних явищ, і пам’яті в тому числі. В результаті з’явилися детальні карти психічних функцій мозку.[7]

Згідно пануючим на сучасному етапі поглядам мозок працює за принципом функціонального поділу – кожна зона мозку відповідає за виконання певних функцій. Але накопичені чисельні факти про те, що порушення анатомічної структури окремих частин мозку не завжди призводило до одних і тих же порушень нервових процесів. [8]

Виникають питання про те як все ж таки нервова тканина виконує складні задачі. Останнім часом видатні вчені все частіше звертаються до обговорення альтернативних теорій функціонування мозку та природи явищ вищої нервової діяльності. [9]

Цікаві в цьому напрямку розробки Дж. Еделмена , В. Маунткасла щодо уявлень про надклітинні структурні одиниці нервової системи – модулі. Це локальні упорядковані структури, побудовані з декількох тисяч нейронів, характеризуються широкими дендро-дендритними зв’язками. Природа модуля виключає участь в процесах нервових імпульсів, а основана на так званій «електротонічній» взаємодії рецепції та секреції. Але ці дослідження потребують детального вивчення та розробки спеціальної теорії, яка б пояснила всі деталі функціонування такої системи. [5, стор. 208]

Особливої актуальності на сьогодні набувають подальші дослідження Вернона Маунткастла, нейрофізіолога з університету Джефа Хопкінса. В своїй статті "Організаційні принципи церебральних функцій" [5, 10] автор вказав на те, що неокортекс (верхні шари кори головного мозку) дуже однорідний за видом і структурою. Області кори, які оперують слуховою інформацією практично ідентичні областям, які оперують з дотиками, управлінням мускулатурою, інші. Монткастл припустив, що якщо ці області виглядають однаково, вони дійсно виконують одну й ту ж саму базову операцію. Також, він припустив, що кора головного мозку використовує один і той же обчислювальний інструмент для всього, чим вона займається. Фактично, Монткастл стверджував, що причина того, що області кори головного мозку виглядають дещо різними, полягає в тому, до чого вони приєднуються, а не в тому, що відрізняються їх основні функції. Він зробив висновок, що є одна загальна функція, загальний алгоритм, який виконують усі області кори головного мозку. Зір, алгоритмічно, не відрізняється від слуху, від моторного управління, тощо. Монткастл припустив, що гени вказують, як області кори головного мозку з'єднуються. Ця інформація є дуже індивідуальною для видів, але кортикальна тканина сама по собі виконує завжди один і той самий алгоритм. [10]

Ці дослідження перегукуються із доповіддю професора В.В. Лебединського на міжнародній конференції пам’яті А.Р. Лурия у 1998 р. про принцип динамічності, мінливості , «функціональної багатозначності» покладений в основу діяльності нервової тканини . [11]

Отже, нейробіологія на сьогодні досягла значних успіхів у розкритті секретів анатомії та фізіології нервової системи людини, але питання дослідження принципів функціонування нейронів залишається відкритим. Можна впевнено стверджувати, що організація структур мозку та взаємозв’язок між його окремими ділянками значно складніше, ніж та інформація про функціонування мозку, яку ми маємо на сучасному етапі. Одна з вузлових прикладних проблем цього питання – закономірності пам’яті.