Анатомия и физиология центральной нервной системы. Учебное пособие

УДК 61

С 79

Стерлигова О.П. Анатомия и физиология центральной нервной системы: Учебное пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. - 54 с.

Учебное пособие содержит теоретические сведения и методические указания к проведению практических и лабораторных работ по курсу «Анатомия и физиология центральной нервной системы». Включены материалы для самостоятельной работы обучающихся во время лабораторно-практического курса, проверки знаний, а также вопросы для организации контроля знаний.

Настоящее пособие позволит обучающимся ознакомиться с проблемами и возможностями физиологических и психофизиологических процессов, протекающих в нервной системе, которые были и до сих пор остаются важным теоретическим и экспериментальным фундаментом многих психических процессов. Физиология нервных процессов и механизмы формирования психофизиологических функций занимают особое место в подготовке студентов психологов.

Содержания пособия отражает основные задачи и концепции преподавания дисциплины «Анатомия и физиология центральной нервной системы».

Предназначено для обучающихся по направлению «Психология».

Рецензенты:

Новожилов А.М., кандидат политических наук, доцент кафедры «История» Российского университета транспорта (МИИТ).

Коваленок Т.П., кандидат психологических наук, доцент Кафедры педагогики и психологии профессионального образования

ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»

© РУТ (МИИТ), 2020

В В Е Д Е Н И Е

Анатомия человека – это наука о строении, принципах формирования, возрастных,

половых и индивидуальных особенностях человеческого организма. В сфере ее внимания

– строение отдельных органов и систем, а также внешние формы тела человека.

Анатомия относится к числу морфологических наук, но ее задача не сводится к простому описанию строения органов. Так как знание этой дисциплины необходимо представителям различных профессий – врачам, психологам, физиологам, художникам,

скульпторам, спортивным тренерам, то внутри анатомии сформировался ряд направлений.

На современном этапе различают описательную, систематическую, топографическую,

пластическую, функциональную и возрастную анатомию. Различия между ними заключаются в основном в методологическом подходе. Например, описательная анатомия описывает строение отдельных органов и взаимное расположение их частей, а

систематическая – изучает органы по системам, объединенных единством функции,

строения и развития. Топографическая анатомия лежит в основе хирургии, описывая взаиморасположение органов в различных частях человеческого тела. Пластическая анатомия показывает взаимосвязь внешних форм тела и особенностей внутреннего строения. Сравнительная анатомия рассматривает особенности строения и принципов организации позвоночных и беспозвоночных животных. В центре внимания возрастной анатомии находятся возрастные изменения органов и их систем. Для психологов,

изучающих нейрофизиологические основы человеческой психики, основным объектом интереса служит головной мозг. Строение его рассматривается в неразрывной связи с функцией, определяя, таким образом, функциональный подход в изучении анатомии.

В анатомических описаниях всегда есть необходимость указания на расположение органа и его структур. Для этих целей создана особая пространственная терминология,

вводящая свою систему координат. В этой системе через тело человека проводят три условные взаимно перпендикулярные плоскости и соответствующие им три оси (Рис.1).

Срединная плоскость

Эта плоскость проходит в вертикальном направлении спереди назад и делит на две половины – правую и левую. Другие названия плоскости – медианная, что соответствует латинскому наименованию слова «срединная» и сагиттальная (от лат. sagitta – стрела,

что указывает на ориентацию плоскости спереди назад).

Те анатомические структуры, которые расположены ближе к срединной плоскости,

называют медиальными , а расположенные дальше от нее – латеральными (лат.

Lateralis– боковой).

3

Фронтальная плоскость

Ориентирована в вертикальном направлении перпендикулярно срединной. Она делит тело на переднюю и заднюю части, и ее направление примерно соответствует плоскости лба (название плоскости произошло от лат.(frons– лоб).

Те структуры, которые расположены ближе к передней части тела, называются

передними, или брюшными, или вентральными (от лат. ventralis–брюшной).

Образования, которые расположены ближе к задней, спинной части тела, называют

задними, спинными, или дорсальными (от лат. dorsalis–спинной).

Горизонтальная плоскость

Плоскость ориентирована в горизонтальном направлении перпендикулярно двум остальным и отделяет верхнюю часть туловища от нижней. Структуры, расположенные выше этой плоскости, называют верхними, а ниже – нижними.

Продольная ось

Продольная ось направлена вдоль тела человека. Соответственно ей ориентированы позвоночный столб и лежащие вдоль него органы. Если структура расположена по продольной оси ближе к верхнему, черепному отделу туловища, то она называется краниальной (от лат. cranialis–черепной). Если же она расположена ближе к нижнему отделу, то носит название каудальной (от лат. caudalis– хвостовой).

Фронтальная ось

Совпадает по направлению с фронтальной плоскостью (слева направо или справа налево) и в зависимости от своего положения по этой оси структуры могут получать название правой или левой (исходное положение тела как на рисунке: вертикальное, с

опущенными вниз руками; лицо и ладони обращены кпереди).

Сагиттальная ось

Расположена в передне-заднем направлении, как и сагиттальная плоскость.

Помимо уже описанных терминов, имеющих отношение к этой оси и одноименной плоскости, существует термин ростральный (от лат. rostrum – клюв, морда), т.е.

расположенный ближе к переднему концу тела.

4

внешней среды. Нервная регуляция осуществляется благодаря наличию во всех органах и тканях нервных окончаний, передающих в мозг информацию о работе органа и приносящих ответные команды. Кроме того, деятельность нервной системы лежит в основе высших поведенческих и психических функций организма. Нервная система включает головной и спинной мозг, отходящие от них нервы и все их разветвления в органах, а также все периферические скопления нейронов (нервные ганглии),

расположенные в разных частях тела. Основные функции - анализ внешней информации,

поступившей от органов чувств и внутренней информации от рецепторов, расположенных внутри организма; специфическая переработка этой информации; передача импульсов,

регулирующих деятельность органов, их систем и всего организма в целом.

Второй системой, важной для интеграции организма, является сердечно-

сосудистая. Через кровь и лимфу она доставляет различные активные вещества из одних органов в другие, осуществляя таким образом связь между ними. Такая регуляция

специфическую реакцию, прежде всего являются гормоны. Гормоны - это

физиологически высокоактивные вещества, образующие в железах внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на функции всех органов и систем организма. Гормоны определяют интенсивность синтеза белка,

размеры клеток, их способность делиться, рост всего организма и его отдельных частей,

формирование пола и размножение, различные формы адаптации и поддержание гомеостаза, высшую нервную деятельность. Железы внутренней секреции выделяют гормоны в кровь, с которой они разносятся по всему организму. На мембранах многих клеток есть рецепторы, чувствительные к разным гормонам. Молекула каждого типа может соединиться только со своим рецептором. Клетки, на которых есть рецепторы для данного гормона, называют клетками-мишенями; эти клетки функционально реагируют на воздействие "своих" гормонов, увеличивая или уменьшая активность.

Раздел 1. Физиологические основы деятельности нейрона

Тема 1. История изучения физиологии центральной нервной системы.

Изучая физиологию центральной нервной системы (ЦНС), возникает вопрос – почему вообще изучают физиологию нервной системы? Ответ очевиден. Человек с древних времен стремился познать самого себя. Центральная нервная система имеет отношение ко всем проявлениям жизнедеятельности организма. В связи с этим возникает необходимость ее изучения представителями многих областей науки. В биологии нельзя изучать поведение различных животных, не отдавая себе отчета в том, что различные

6

формы поведения – это результат функционирования различных по сложности строения нервных систем. Психологу сложно дать грамотную оценку причин возникновения той или иной реакции человека, если он не вооружен знаниями о механизмах работы мозга,

управляющих поведением. Антропологи решают вопросы о наличии или отсутствии корреляции между развитием мозга и возникновением человеческих культур. Физиология,

основываясь на законах физики и химии, дает новый виток для развития фундаментальных знаний о законах функционирования центральной нервной системы. В

математике появилось целое направление, связанное с моделированием процессов,

протекающих в нейронных сетях коры мозга животных и человека при различных формах поведения. Работа терапевтов, нейрофармакологов, нейрохирургов, психиаторов, медиков невозможна без знаний принципов работы центральной нервной системы. Таким образом,

физиология ЦНС является междисциплинарной областью. Для того, чтобы понять в полной мере функцию того или иного участка нервной системы или принципы ее функционирования в целом, необходимы объединенные усилия представителей многих научных дисциплин, необходимо применение различных и сложных методов исследования.

Предметом изучения физиологии ЦНС является изучение основных принципов и механизмов главной и специфической для нее деятельности – осуществления сложных высокодифференцированных реакций – рефлексов. Задача курса «Основы нейрофизиологии» состоит в том, чтобы будущие специалисты изучили функции нервной клетки – нейрона; функции нервных центров; функции различных отделов ЦНС – спинного мозга, стволовых структур, мозжечка, базальных ганглиев и коры. При изучении курса необходимо познакомиться с основными историческими исследованиями в этой области.

Мозг и его функции интересовали ученых во все времена. Однако знания о функциях мозга накапливались очень и очень медленно, так как увидеть работу мозга невозможно.

В древности сведения о структурном строении мозга накапливались в результате

препарирования трупов казненных преступников. В трудах Герофила,

жившего за триста лет до наступления нашей эры, высказывается предположение о том,

7

что мозг имеет отношение к чувствительности и движениям. Герофил в своем труде

«Анатомия» описал нервную систему, установил различия между нервами и связками,

проследил связь нервов с головным и спинным мозгом (в отличие от Аристотеля, который считал, что нервы идут от сердца). Он подробно описал желудочки мозга и мозговые оболочки и предположил наличие четырех физиологических сил – питающей,

согревающей, мыслящей и чувствующей, расположенных соответственно в печени и

кишечнике, сердце, мозге и нервах.

Римский врач Клавдий Гален (130 – 200) во втором веке нашей эры понял, что нарушение движений, появление параличей может быть связано с повреждением некоторых участков центральной нервной системы и что нервная система является органом, управляющим двигательной функцией. Гален полагал, что функции организма связаны с особыми жидкостями «гуморами» (от лат. humor – влага, жидкость), которые текут от мозга по полым нервам к различным органам тела человека. А термин «гуморы» сохранился в настоящее время в определении: гуморальные факторы – биологически активные вещества, образующиеся в различных тканях и органах и воздействующие на

организм опосредованно, через его жидкие внутренние среды.

Особое влияние на развитие науки о мозге оказала работа французского естествоиспытателя и философа Рене Декарта (1596 – 1650). В своем «Трактате о человеке» Декарт выдвинул основной принцип деятельности мозга, который впоследствии сыграл исключительно важную роль в сфере экспериментальных исследований. Этот принцип впоследствии был назван рефлекторным. Суть его в том, что всякая деятельность организма есть отражение внешних воздействий, осуществляющихся через посредство центральной нервной системы.

8

Термин «рефлекс» появился позже в работах чешского исследователя, жившего и работавшего в Вене, Иржи (Георга) Прохаски, который в 1780 году написал, что

«отражение (лат. reflexus – появление термина «рефлекс») сенсорных событий в двигательной сфере … происходит в общем сенсориуме (чувствительном центре) … Там отражение может происходить как при участии сознания, так и без него». Декарт представлял природу «отражения» внешних воздействий достаточно упрощенно. Его представления напоминали идеи Галена. Но мысль о том, что вся деятельность организма

– это его ответ на внешние раздражения, ответ, который он реализует через центральную нервную систему, определила экспериментальные исследования в области физиологии и явилась основой современного понимания принципов работы мозга.

Вначале XIX века были достигнуты научные успехи в области анатомии и гистологии нервных структур. В середине 20-х годов Р. Дютроше (1824 г.) была обнаружена структурная единица нервной системы – нервная клетка.

В1836 году чешский анатом Ян Пуркинье описал клетки мозжечка, названные позднее его именем.

Теодор Шванн (1810–1882) в 1839 году пришел к выводу, что растениям и животным свойственен один и тот же принцип развития, единый закон строения из клеток. Он стал автором универсального принципа образования организмов, который может быть обозначен термином «клеточная теория».

В 1863 году немецкий ученый из Бонна О. Дейтерс на схеме крупного нейрон спинного мозга определил различия между двумя видами волокон, отходящих от тела клетки. Впоследствии протоплазматические отростки стали называть дендритами (от греч. dendron – дерево), а осевой цилиндр – аксоном (от греч. – axon – ось). Но нервная клетка не рассматривалась как единое целое.

Итальянский физиолог, гистолог и врач Камилло (Эмилио) Гольджи изобрел метод окрашивания, позволяющий выделить тела нервных клеток и проследить ход их отростков. В 1888 году Сантьяго Рамон-и-Кахал (1852-1934) усовершенствовал метод Гольджи и стал применять его для исследования различных отделов центральной нервной системы у животных. Он доказал, что каждая нервная клетка – это целостная единица,

отделенная от других клеток. Из этих наблюдений он вывел основные принципы, согласно которым нервные сигналы идут как по аксонам, так и по дендритам, а передача этих сигналов осуществляется в местах контактов аксонов с дендритами.

Немецкий ученый В. Вальдейер в 1891 году предложил назвать нервную клетку нейроном.

9

Важными для физиологии стали работы, выявляющие функциональные свойства

нервной ткани.

В1752 году А. Халлер вводит в обращение понятие «возбудимость», что рассматривается как основное свойство нервной ткани. В 1791 году ученый из Болоньи ЛуиджиГальвани показал, что мышцы лягушки реагируют на их стимуляцию электрическим током. Его идеи о «животном электричестве» в нервах и мышцах распространились в научной среде. В 1840 году итальянец К. Маттеучи получил первые доказательства электрической природы нервного импульса. Его представления были развиты в исследованиях берлинского физиолога Эмиля Дюбуа-Реймона (1848 г.).

В1850 году Герман Людвиг Фердинант Гельмгольц измерил скорость проведения нервного импульса и впервые показал, что эта скорость в разных структурах неодинакова.

Из этого открытия следовало, что передача нервного импульса – это активный биологический процесс, а не просто физическое проведение электричества по проводнику. В связи с этим нервный импульс был назван потенциалом действия.

Опыты, проведенные в конце XVIII века на спинном мозге, уже доказали его участие в осуществлении рефлекторных реакций. Но наиболее значимыми экспериментами в начале XIX века явились работы шотландца Чарлза Белла и француза Франсуа Мажанди. Эти физиологи независимо друг от друга, показали, что функция задних и передних корешков спинного мозга различна, что задние корешки имеют отношение к чувствительности, а передние – к движениям. Эти наблюдения были первыми точно определивших функции отдельных структур центральной нервной системы.

Дальнейшие исследования были связаны с локализацией функций в мозге,

проводившихся с использованием методов перерезок, разрушений и раздражения различных отделов центральной нервной системы. В 1833 году Маршал Халл подробно исследовал рефлекторные реакции спинного и продолговатого мозга и на основании своих исследований пришел к заключению о существовании рефлекторной дуги – совокупности образований, необходимых для осуществления рефлекса и включающих в себя рецепторы,

центральные структуры, эффекторы и соединяющие их волокна.

Изучение функций, лежащих в основе мозга, началось с работ Чарлза Шеррингтона, Ивана Михайловича Сеченова и Николая Евгеньевича Введенского. Эти исследователи очень много сделали для выяснения механизмов основных рефлекторных процессов, протекающих в структурах спинного мозга.

10