III. Закрепление знаний
Лабораторная работа № 4. «Изучение явления взаимной индукции процессов возбуждения и торможения»
Оборудование: рисунки двойственных изображений.
ХОД РАБОТЫ
1. Рассмотрите рисунок «ваза – два профиля» (рис. 4). Найдите на нем два черных профиля, обращенных лицом друг к другу, и белую вазу (она находится между профилями).
2. Почему, когда видна ваза, исчезают профили, а когда мы видим профили, пропадает изображение вазы? (Причина заключается в том, что один из конкурирующих образов затормаживает появление второго, т.е. имеет место отрицательная индукция: возбуждение наводит торможение).
3. Смотрите на рисунок «ваза – два профиля» до тех пор, пока изображения не начнут сменять друг друга: будет видна то ваза, то два профиля. Объясните данное явление. (Когда мы видим вазу, то возбужден комплекс нервных связей, воспринимающих ее, а комплекс связей, воспринимающих два профиля заторможен. Однако по закону последовательной индукции после одного процесса появляется противоположный, и возбуждение сменяется торможением в одном комплексе нервных связей, и торможение сменяется возбуждением в другом).
4. Рассмотрите рисунок «молодая и старая женщины» (рис. 5). Объясните причину смены изображений.
5. Вывод: с каким законом вы столкнулись при выполнении лабораторной работы?
Рис. 4. Ваза – два профиля |
Рис. 5. Молодая и старая женщины |
IV. Домашнее задание
Изучить параграф учебника (положительная и отрицательная индукция, явление доминанты, функциональная мозаика в сети нейронов).
Урок 4–5. Сон человека и его характеристика. Теории сна. Сновидения
Оборудование: таблицы, схемы и рисунки, иллюстрирующие процессы положительной и отрицательной индукции, явление доминанты, стадии сна.
ХОД УРОКА
I. Проверка знаний
Работа по карточкам
1. Приведите примеры проявления закона взаимной индукции возбуждения и торможения. 2. Каково значение явления доминанты в жизни человека?
Устная проверка знаний по вопросам
1. Закон взаимной индукции нервных процессов. Положительная индукция. 2. Отрицательная индукция. 3. Явление доминанты. 4. Функциональная мозаика в высших отделах нервной системы.
II. Изучение нового материала
Сон человека и его физиологическое значение
Явления природы нередко строго периодичны: сменяются времена года, фазы Луны, день и ночь. Живые организмы приспособились к этим изменениям. Активное поведение людей преимущественно приурочено к дневным часам. Ночью наступает сон, и уставшие люди за ночь отдыхают.
Сон – периодически наступающее физиологическое состояние у позвоночных животных и человека, характеризующееся почти полным отсутствием реакций на внешние раздражения, уменьшением активности ряда физиологических процессов.
Примерно треть своей жизни человек проводит во сне. Чередование сна и бодрствования – необходимое условие жизнедеятельности человеческого организма. Без сна жизнь невозможна. Так, в опыте собаки жили без пищи 20–25 суток и теряли 50% массы, а без сна 10–12 суток, хотя их масса убывала всего на 5–13%.
Сколько же времени нужно спать? Это зависит от возраста. Новорожденный спит почти все время, он бодрствует только 2–3 ч в сутки; шестимесячный малыш спит около 14 ч, годовалый – 13 ч. В четырехлетнем возрасте дети спят до 12 ч в сутки, в семилетнем – 11 ч, в десятилетнем – 10 ч. Пятнадцатилетние подростки должны спать 9 ч в сутки, а начиная с 17–18 лет продолжительность сна может равняться в среднем 7–8 ч. В старческом возрасте обычно спят меньше. Вместе с тем длительность сна может быть различна у разных людей. Из жизнеописания Петра I следует, что он спал не более 5–6 ч, и этого было ему достаточно. Описаны также многочисленные случаи, когда человек довольствовался еще более ограниченным временем сна.
Постоянное недосыпание может вызвать головные боли, повышенную утомляемость и способствовать ухудшению памяти, появлению нервных и других болезней. Длительный сон так же вреден, как и длительное бодрствование. Сном нельзя запастись впрок.
Мозг поддерживается в бодрствующем состоянии за счет импульсов, поступающих от рецепторов тела. При прекращении или резком ограничении их поступления в кору развивается сон. Сон также развивается при действии на корковые клетки длительной или чрезмерной силы раздражителей. При этом в клетках коры развивается торможение, имеющее охранительное значение. Оно обеспечивает коре полушарий большого мозга условия для восстановления работоспособности во время сна.
В настоящее время установлено существование в стволовой части головного мозга образований, оказывающих влияние на наступление бодрствования и сна. На бодрствование существенное влияние оказывает ретикулярная формация, а на сон – таламус.
По поводу физиологического значения сна существуют разные предположения, которые условно можно свести в следующие группы.
Восстановление специфического метаболизма нервных клеток мозга, которое обеспечивает его полноценную деятельность в состоянии бодрствования. И.П. Павлов полагал, что наступающее в течение напряженной дневной работы «истощение» корковых клеток вызывает сонное торможение, в течение которого восстанавливается их работоспособность. По Павлову, «сон – это общее торможение, наступающее тогда, когда клетки мозга нуждаются в отдыхе». Сон охраняет мозг от перенапряжения, во сне перерабатывается информация, накопленная за день, рождаются новые идеи.
Приспособление к неблагоприятным условиям деятельности. Животные, ведущие дневной образ жизни, становятся беспомощными ночью, так как не ориентируются в темноте и могут стать легкой добычей ночных хищников. В свою очередь последние оказываются в аналогичном положении днем. Сон обеспечивает не только отдых, но и безопасность путем защитной неподвижности в укромном месте. Это один из видов инстинктивного приспособительного поведения.
Упорядочение процессов обработки и хранения информации. Значение сна для состояния памяти понимают двояко. Ряд ученых считают, что происходит устранение накопившейся за день «ненужной» информации, наступает «дезинтеграция» памяти. Такую подготовку мозга к восприятиям следующего дня сравнивают со стиранием информации в ячейках памяти компьютера. Другие, наоборот, считают, что во время сна происходит консолидация памяти, переход кратковременной в долговременную. Высказывают также предположения о переработке информации, которую мозг не успел переработать в течение дня.
Восстановление согласованности временного течения функций организма. Бесчисленное множество биохимических реакций выстраивается в сложную систему обеспечения функций клеток, тканей и органов. Согласование во времени этих взаимосвязанных, периодически изменяющихся функций является необходимым условием нормальной жизни организма.
Таким образом, сон – это защитное приспособление организма, предупреждающее переутомление нервной системы.
Характеристика стадий сна человека
По показателям электрической активности мозга ночной сон можно разделить на два периода (фазы):
медленноволновый (медленный сон);
парадоксальный, или быстроволновый (быстрый сон).
Время сна дифференцировано на медленный и быстрый сон главным образом для пластических восстановительных процессов, обработки накопившейся информации и консолидации долговременной памяти.
Во время сна меняется физиологическая активность организма: расслабляется мускулатура, снижаются кожная чувствительность, зрение, слух, обоняние, затормаживаются условные рефлексы. Дыхание во сне редкое, величина кровяного давления, частота сердечных сокращений снижены. Но сон – это не бездеятельное состояние нервной системы. Во время сна в нейронах происходят электрические разряды, но характер электрической активности меняется. Некоторые реакции у спящего человека усиливаются: расширяются сосуды кожи, краснеет лицо, повышается тонус некоторых мышц, усиливае6тся секреция желудочных и кишечных желез, более интенсивно идет всасывание, активируются многие синтетические процессы.
Рис. 6. Изменения электроэнцефалограммы человека при развитии сна |
стадия А – исходная для засыпания. В нейронах головного мозга преобладают электрические волны с частотой 8–12 колебаний в секунду, что характерно для состояния спокойного бодрствования;
стадия В – сонливость. Преобладают низковольтные колебания разной частоты;
стадия С – поверхностный сон. В электрической активности мозга появляются веретенообразные группы колебаний с частотой 12–14 колебаний в секунду и отдельные медленные волны;
стадия D – углубление сна. Появляются гигантские (200–300 мкВ) медленные волны (1–3 колебаний в секунду);
стадия Е – глубокий сон, непрерывные ряды медленных волн. Медленный сон сопровождается урежением дыхания, пульса, расслаблением мышц. Он характеризуется сновидениями и грезами;
стадия Р (парадоксальная) – глубокий сон, сопровождающийся вздрагиваниями, движениями глазных яблок, сновидениями. В энцефалограмме появляются волны, напоминающие реакции внимания при бодрствовании, но более высокой частоты. Разбуженные в этом состоянии люди отмечали, что видели сны. Нарушения парадоксального сна человек переживает тяжело.
Стадии D и Е обозначают как период медленного сна, а стадию Р – как период парадоксального сна. В течение ночи глубина сна может многократно меняться. Соответственно стадии сна будут сменять друг друга при выходе из глубокого сна в обратном порядке, а при следующем его углублении – в обычной последовательности. Поэтому периоды медленного и быстрого (парадоксального) сна много раз чередуются. Обычный ночной сон состоит из 4–6 завершенных циклов, каждый из которых начинается с фазы медленного сна и заканчивается фазой быстрого сна. Длительность цикла составляет от 60 до 90 мин. При нормальном 8-часовом ночном сне медленный сон занимает в общей сложности 6,5 ч, а быстрый – более 1,5 ч.
Стимулами к пробуждению от сна могут служить: яркий свет, шум, сигналы от внутренних органов (голодного желудка, переполненного мочевого пузыря), усиление гормональной активности и обмена веществ.
Теории сна
По мере накопления факторов и наблюдений за сном человека и животных возникали разные теоретические представления о его природе. Познакомимся с некоторыми их них.
1. Теория гипнотоксинов. Всем известное освежающее действие сна наводило на мысль, что за это время организм освобождается от накопившейся при дневной деятельности токсических продуктов обмена веществ, которые и вызывают сонное торможение нервных клеток мозга. Недавно было показано участие гуморальных факторов в развитии сна. Из крови животного, заснувшего в результате раздражения определенных зон таламуса, был получен пептид дельта-сна, введение которого вызывало сон.
Рис. 7. Поза сна у кошки, принимаемая после раздражения электродами центра сна |
3. Теория условного торможения. При изучении условных рефлексов представителями школы И.П. Павлова было обнаружено, что выработка различных видов условного торможения может приводить ко сну. Это наблюдали при выработке дифференцировок, запаздывания, условного тормоза. Аналогичные обстоятельства вызывают сонливость у человека. Отсюда был сделан вывод, что «внутреннее торможение условных рефлексов и сон – один и тот же процесс».
4. Теория деафферентации сенсорных систем. Основанием для этой теории явились факты развития глубокого сна у животных с выключенными основными путями поступления информации в большие полушария (путем перерезания мозгового ствола на уровне, предшествующем среднем мозгу). В подкрепление этой теории приводят описание больного, сохранившего из всех органов чувств только один глаз и одно ухо (этот больной засыпал, как только их закрывали), и эксперименты с хирургическим выключением у собаки зрения, слуха и обоняния, в результате чего она почти все время спала.
5. Теории неспецифических регуляторов сна–бодрствования. Особую роль в неспецифической регуляции функционального состояния высших отделов мозга играет восходящая активирующая система ретикулярной формации среднего мозга. Ее раздражение вызывает реакцию пробуждения, повышает возбудимость коры мозга. Снижение влияний ретикулярной формации на кору приводит к развитию сна. Этим объясняется глубокий непробудный сон после перерезки мозгового ствола перед средним мозгом.