Метод магнитно-резонансной томографии

Техника МРТ основана на использовании парамагнитных свойств тех агентов, которые можно ввести в организм. Такие агенты не обладают магнитными свойствами, но приобретают их, лишь попав в магнитное поле. Функциональная МРТ использует парамагнитные субстанции гемоглобина. ФМРТ измеряет пространственное распределение гемоглобина, отдавшего свой кислород (деоксигемоглобина), точнее — соотношение деоксигемоглобина к гемоглобину. Когда гемоглобин теряет кислород, он становится парамагнитным. При активации организма возрастает метаболическая активность мозга. Это связано с увеличением объёма и скорости мозгового кровотока. Дополнительный приток кислорода к учвстку мозга приводит к снижению в нём концентрации парамагнитного деоксигемоглобина. Существование многих локусов активации отражается в неравномерном распределении в мозге деоксигемоглобина, что создаёт неоднородность магнитного поля, которую используют для получения карт локальных активаций. ФМРТ позволяет выявлять участки мозга с активно работающими нейронными клетками.

Термоэнцефалоскопия

В основе метода лежит регистрация инфракрасного излучение в диапазонах 3-5 и 8-14 мкм. В работающем мозге температура отдельных участков непрерывно меняется. Построение термокарты дает временной срез метаболической активности мозга. При регистрации прямо от коры, на нее наносится краситель, генерирующий инфракрасное излучение при изменении активности мозга.

 

6. Современные представления об отражательной деятельности мозга

Психика — это не что иное, как отражательная (познавательная) и регулирующая поведение деятельность мозга. Психика животных и человека является функцией их мозга. «дуализм по сути дела превратился в мировоззренческий стереотип, опирающийся исключительно на традиционную оппозицию души и тела» все акты поведения животных и человека в принципе могут быть объяснены на основе знаний о материальных процессах деятельности мозга. Но если это так, то зачем тогда вообще нужна какая-то психика, непространственная и нематериальная? Вытекающий отсюда логический вывод о психике как некоем эпифеномене, неизвестно для чего существующем, тревожил многих. естественным следствием субъективно-интроспекционистского понимания психики как непространственных явлений сознания, с одной стороны, и машинно-механистического понимания работы мозга — с другой. С. Л. Рубинштейн выделил три вектора онтологических связей психики:

1) по отношению к внешнему миру психика выступает как его отражение;

2) по отношению к мозгу — как его функция;

3) по отношению к поведению — как его регулятор на основе отражения мира и внутренних состояний самого живого существа.

Отсюда — определение психики, практически общепринятое в отечественной психологии: психика — это свойство высокоорганизованной материи (мозга у высших животных и человека), заключающееся в отражении внешнего мира и собственных внутренних состояний организма и обеспечивающее адаптивное взаимодействие живого существа с миром благодаря регуляции поведения на основе результатов отражательной психической деятельности. Это определение психики основывается на трех аксиомах: 1) объективное существование мира, в котором живет живое существо, и столь же объективное существование его собственного тела; 2) необходимость познания этой объективной реальности для адаптивного поведения в ней; 3) познаваемость мира.

Основные положения теории отражения:

1. Мир, в котором живет и который отражает живое существо, представляет собой не конгломерат разных отдельных объектов, но сложную закономерно развивающуюся систему. В конечном счете этот мир — также мир сотворенной предыдущими поколениями материальной и духовной культуры. В этом мире имеется не только настоящее, но прошлое и будущее.

2. В мире имеются свойства и отношения, доступные чувственному познанию животных и человека, а также свойства и отношения, чувственному познанию недоступные. Последние отражаются в мышлении. Благодаря мышлению поведение человека может быть в определенной мере независимым от конкретных и чувственно воспринимаемых свойств действительности, так как может определяться ее чувственно невоспринимаемыми свойствами.

3. Для организации адаптивного приспособительного поведения требуется постоянная интеграция результатов отражения внешней среды и внутренних состояний организма.

4. Отражение активно. На уровне ощущений и восприятия оно осуществляется посредством множества внешних действий и внутренних психологических регуляционных процессов, ведущих к наиболее адекватному отражению объектов.

5. Отражение избирательно и оперативно, его результаты зависят от множества внешних и внутренних условий. Возможности избирательности и оперативности отражения тем выше, чем более дифференцированы и иерархически упорядочены внутренние психологические структуры человека как субъекта познания и деятельности.

6. Психическое отражение имеет свои собственные законы. Таков, например, основной психофизический закон, говорящий о закономерной, но не прямой, не линейной и не зеркальной связи континуума силы ощущений с континуумом вызывающих их воздействий возрастающей интенсивности. Процессы построения образов отражения — и понятийных, и чувственных — развертываются во времени и имеют закономерную внутреннюю динамику. По собственным внутренним законам формируются и развиваются сложнейшие многоуровневые психологические структуры, в которых представлен (отражен) внешний и внутренний мир субъекта.

7. Мир, в котором возникли и развивались жизнь и психика, представляет собой развивающуюся систему, порождающую на нашей Земле био- и ноосферу. Высокоразвитые когнитивные отражательные структуры человека (ментальные пространства) допускают не только разнообразные перекомбинирования своих элементов и связей между ними, но и способны к порождению новых элементов и новых связей. Экстериоризируясь, эти новые элементы и связи ведут к формированию и развитию мира материальной и духовной культуры. Определение понятия отражения как всеобщего свойства материи, заключающегося в воспроизведении признаков, свойств и отношений одних объектов (отражаемых) в других (отражающих) в результате их взаимодействия. Принимается, что способность к отражению и характер ее проявления зависят от уровня организации материи. Внешний мир существует объективно, он дан субъекту столь же прямо и непосредственно, как и его собственные состояния, что в ощущениях и восприятиях представлен сам внешний мир «в оригинале», а не его «субъективные образы».

На всех уровнях нервной деятельности, начиная с молекулярного, имеются два вида процессов: специфические процессы, которые осуществляют функцию отражения, и процессы, которые эту функцию не осуществляют.

Психика — это не что иное, как отражательная (познавательная) и регулирующая поведение деятельность мозга. Все акты поведения животных и человека в принципе могут быть объяснены на основе знаний о материальных процессах деятельности мозга. Отражение не подразумевает ни зеркальности и пассивности процессов отражения, ни отсутствия их собственных внутренних законов.

Основные положения теории отражения:

- Мир, в котором живет и который отражает живое существо, представляет собой сложную закономерно развивающуюся систему. В конечном счете этот мир — также мир сотворенной предыдущими поколениями материальной и духовной культуры. В этом мире имеется не только настоящее, но прошлое и будущее.

- В мире имеются свойства и отношения, доступные чувственному познанию животных и человека, а также свойства и отношения, чувственному познанию недоступные. Последние отражаются в мышлении. Благодаря мышлению поведение человека может быть в определенной мере независимым от конкретных и чувственно воспринимаемых свойств действительности, так как может определяться ее чувственно невоспринимаемыми свойствами.

- Для организации адаптивного приспособительного поведения требуется постоянная интеграция результатов отражения внешней среды и внутренних состояний организма.

- Отражение активно. На уровне ощущений и восприятия оно осуществляется посредством множества внешних действий и внутренних психологических регуляционных процессов, ведущих к наиболее адекватному отражению объектов.

- Отражение избирательно и оперативно, его результаты зависят от множества внешних и внутренних условий. Возможности избирательности и оперативности отражения тем выше, чем более дифференцированы и иерархически упорядочены внутренние психологические структуры человека как субъекта познания и деятельности.

- Психическое отражение имеет свои собственные законы. Таков, например, основной психофизический закон, говорящий о закономерной, но не прямой, не линейной и не зеркальной связи континуума силы ощущений с континуумом вызывающих их воздействий возрастающей интенсивности. Процессы построения образов отражения — и понятийных, и чувственных — развертываются во времени и имеют закономерную внутреннюю динамику. По собственным внутренним законам формируются и развиваются сложнейшие многоуровневые психологические структуры, в которых представлен (отражен) внешний и внутренний мир субъекта.

- Мир, в котором возникли и развивались жизнь и психика, представляет собой развивающуюся систему, порождающую на нашей Земле био- и ноосферу. Высокоразвитые когнитивные отражательные структуры человека (ментальные пространства) допускают не только разнообразные перекомбинирования своих элементов и связей между ними, но и способны к порождению новых элементов и новых связей. Экстериоризируясь, эти новые элементы и связи ведут к формированию и развитию мира материальной и духовной культуры.

Определение понятия отражения как всеобщего свойства материи, заключающегося в воспроизведении признаков, свойств и отношений одних объектов (отражаемых) в других (отражающих) в результате их взаимодействия. Принимается, что способность к отражению и характер ее проявления зависят от уровня организации материи. Внешний мир существует объективно, он дан субъекту столь же прямо и непосредственно, как и его собственные состояния, что в ощущениях и восприятиях представлен сам внешний мир «в оригинале», а не его «субъективные образы». Деятельность мозга должна рассматриваться как отражательная, познавательная по своей сущности. Это значит, что основная функция мозга состоит не в генерации, проведении и интеграции нервных импульсов (что само по себе правильно, но не достаточно), но в построении картины мира и отображении внутренних состояний организма, в построении моделей (подобий, эквивалентов) того мира, который окружает живое существо, моделей (подобий, эквивалентов) его собственного тела и происходящих в нем процессов жизнедеятельности и организации на этой основе приспособительных действий, адекватных среде и состоянию организма. Мозговое отображение объектов должно представлять собой специфическую для каждого определенного объекта и для каждой определенной ситуации систему нервной активности, образующей неповторимый пространственно-временной ансамбль возбужденных и заторможенных нейронов, находящийся в отношении подобия с вызвавшим его воздействием.

Принципиальное значение для понимания деятельности мозга как отражательной имело открытие нейронов-детекторов, избирательно реагирующих на определенные физические параметры стимулов. Гностические нейроны, возбуждающиеся при появлении в поле зрения объектов определенного класса, нейроны цели, избирательно реагирующие на появление целевого объекта, нейроны места, активирующиеся при определенном положении животного в пространстве. В гиппокампе найдены нейроны новизны, активирующиеся при действии новых стимулов и снижающие свою активность по мере привыкания к ним, и нейроны тождества, опознающие знакомые стимулы. Голографическая гипотеза мозгового отображения объективного мира.

Открытие качественного многообразия внутренних нейрохимических процессов при восприятии сигналов разных модальностей и при организации разных сложных адаптивных форм поведения. При одних и тех же электрических явлениях химическая специфика синаптической деятельности может быть совершенно различной. П.К. Анохин: мы имеем различную химию страдания, тоски, страха и радости и других существенных эмоциональных переживаний. Поведение, оставаясь полностью детерминированным внешними и внутренними условиями, приобретает черты селективности, избирательности, активности. Понятие психики должно раскрываться и определяться как система специфических процессов отражательной и регулирующей поведение деятельности мозга. Если деятельность мозга — это отражение действительности и регуляция на этой основе поведения и деятельности, то это и есть психика, и не остается никакого места для двух разных сущностей — психики и отражательной и регулирующей деятельности мозга. 

1. Содержание и объем понятия психики (психической деятельности) не тождественны объему и содержанию понятия деятельности мозга. С общей теоретической точки зрения должны существовать два вида принципиально разных мозговых процессов. К процессам психическим, согласно определению, должны быть отнесены только нервные процессы одного определенного класса, состоящие в построении информационных моделей мира и внутренних состояний самого живого существа и в организации на этой основе приспособительных актов жизнедеятельности и поведения.

2. Психика складывается на всех уровнях деятельности мозга.

3. Субъективность психического — не полностью повторяющее объективность, воспроизведение реальности в психическом отражении. Психическое субъективно, так как принадлежит определенному субъекту.

4. Ансамбли нервной активности могут воплощать в себе объекты, реально не существующие, такие объекты можно называть идеальными, что ни в какой мере не отменяет материальности их мозговых носителей.

5. Свойство психического присуще только высокоразвитым формам психики взрослого здорового человека.

Современные представления об отражательной деятеьности мозга принадлежат нейронауке. Термин отражение на западе имеет другое обозначение — познание. И думаю логичнее говорить именно о познании. Познавательная деятельность мозга — это комплекс нейрофизиологических процессов информационно моделирующих пространственно-временную организацию мира (схема мира) и собственного тела (схема тела) для адаптации к среде, а так же саморегуляции.

В нервной системе формируется информационный эквивалент, или нервная модель стимула. Это распределённое в пространстве и во времени электрическая активность совокупности нервных клеток, функционирование которой позволяет воспринимать этот объект как тот или иной образ или состояние. Первый этап — визуальная оценка; второй — тактильная; потом оценка запаха, вкуса и т. д. (распределение ​в​о времени). Каждая из этих характеристик образует определённую совокупность нервных клеток (распределение в пространстве). Функция всегда распределена по той или иной структуре мозга. Информационная модель.

 

7. Типы нервных сетей (Информационная модель)

По характеру организации в нервной системе чаще всего выделяют три типа сетей: иерархические, локальные и дивергентные.

Иерархические характеризуются свойствами конвергенции (несколько нейронов одного уровня контактируют с меньшим числом нейронов другого уровня) и дивергенции (нейрон нижележащего уровня контактирует с большим числом клеток вышележащего уровня). Благодаря этому информация может многократно фильтроваться и усиливаться. Наиболее характерен такой тип сетей для строения сенсорных и двигательных путей. Сенсорные системы организованы по принципу восходящей иерархии: информация поступает от низших центров к высшим. Двигательные, напротив, организованы по принципу нисходящей иерархии: из высших корковых центров команды поступают к исполнительным элементам (мышцам). Иерархические сети обеспечивают очень точную передачу информации, однако выключение хотя бы одного звена (в результате травмы) приводит к нарушению работы всей сети.

В локальных сетях поток информации удерживается в пределах одного иерархического уровня, оказывая на нейроны-мишени возбуждающее или тормозящее действие, что позволяет моделировать поток информации. Таким образом, нейроны локальных сетей действуют как своеобразные фильтры, отбирая и сохраняя нужную информацию. Предполагается, что подобные сети имеются на всех уровнях организации мозга. Сочетание локальных сетей с дивергентным или конвергентным типом передачи может расширять или сужать поток информации. Локальные сети — система нейронов, у которых отростки очень короткие (несколько микрон) не выходят из зон расположения нервной клетки. Они обеспечивают организацию нейронов в определённом участке нервной сети. Позволяют усиливать или ослаблять, включение или выключение деятельности определённых участков нервной сети. Такая система характерна для интегративных областей мозга.

Нейроны с одним выходом. Дивергентные сети характеризуются наличием нейронов, которые, имея один вход, на выходе образуют контакты с множеством других нейронов. Таким путем эти сети могут влиять одновременно на активность множества элементов, которые при этом могут быть связаны с разными иерархическими уровнями. Нервные клетки, которые расположены в среднем мозге и в стволе мозга. У них один отросток, который направляется в вышестоящие структуры мозга, обеспечивая активацию этих корковых структур. Это нервные клетки, довольно крупные, которые, получая информацию, от этого нейрона отходит один аксон, а в коре происходит разветвление. Способны выделять медиатор в межклеточное пространство. Медиатор действует на совокупность нервных клеток, находящихся вблизи аксона. Включение соответствующих участков информационной модели. Их особенность — они не образуют синаптических контактов с отдельными нейронами, а активируют сразу большую группу нервных клеток.

Психические процессы можно рассматривать как частные формы информации (Веккер).

Информационная парадигма приобретает определяющее значение в анализе психофизиологической проблемы. Понятие информации, условно говоря, является двумерным, поскольку фиксирует и содержание информации, и ее кодовую форму. Это дает возможность в едином концептуальном плане отразить как специфику содержания (семантические и прагматические аспекты информации), так и свойства того материального носителя, в котором воплощена данная информация. Хотя информация не существует вне своего материального носителя, она всегда выступает в качестве его свойства и не зависит от субстратно-энергетических и пространственно-временных свойств своего носителя. Последнее обстоятельство позволяет некоторым исследователям говорить об «информационном снятии» психофизиологической проблемы.

Использование терминов и понятий информационного подхода (например, сенсорный анализ, принятие решения и др.) применительно к физиологическим процессам открывает путь для более содержательной их интерпретации, ориентированной на выявление физиологических механизмов познавательной деятельности человека.

Информационная модель — нейрофизиологический процесс репрезентации (отражения, построения) внешней реальности (языком мозга).

Основные структурно-функциональные механизмы информационной модели:

2 вида иерархии нервных систем:

  дивергентный, когда сигнал с одной точки (поверхности тела, сетчатки, нейронных ансамблей) передаётся по многим путям, расходящимся на весь мозг. Это позволяет усилить сигнал. Позволяет уточнять величину параметра сигнала, действующего на человека (сенсорные системы).

  конвергентный — когда информация передаётся к одной точке от разных путей.

Модулирующие нейроны — активирующие другие нервные клетки целой области мозга за счет того, что их отростки имеют пресинаптические связи или не имеют синапт. контактов, а заканчиваются в межкл. пространстве и выделяют норадреналин. Они обеспеч. не адресное, а генерализированное воздействие.

Распределённая система — это связанные между собой группы модулей нескольких структур, свойства которых определяются связями, общими для всех модульных подгрупп структуры, и особым качеством их внутренней активности. Могут быть генетически жестко детерминированы и обеспечивают адаптивное поведение индивида от рождения до смерти. Но в процессе адаптации к внешней среде формируются системы, которые кодируют информацию о всех взаимодействиях человека со средой. Психика заключена в функционировании распределительных систем.

 

8. Механизмы памяти

Биологическая память — фундаментальное свойство живой материи приобретать, сохранять и воспроизводить информацию.

Три вида биологической памяти:

1. Генетическая память — память о структурно-функциональной организации живой системы как представителя определённого биологического вида (носители — нуклеиновые кислоты).

2. Иммунологическая память: проявляется в способности иммунной системы усиливать защитную реакцию организма на повторное проникновение в него генетически инородных тел (антигенов).

3. Нейрологическая память — совокупность сложных процессов, обеспечивающих формирование адаптивного поведения организма. Неврологическая память использует не только собственные специфические механизмы, обеспечивающие индивидуальную адаптацию организма, но и механизмы более древней генетической памяти, способствующей выживанию биологического вида. Поэтому в неврологической памяти выделяют генотипическую, или врождённую, память. Именно она у высших животных обеспечивает становление безусловных рефлексов, импринтинга, различных форм врождённого поведения (инстинктов), играющих роль в приспособлении и выживаемости вида. Фенотипическая память составляет основу адаптивного, индивидуального поведения, формируемого в результате научения. Её механизмы обеспечивают хранение и извлечение информации, приобретаемой в течение жизни, в процессе индивидуального развития.

Энграмма — нейрофизиологический след памяти, сформированный в результате научения.

Универсальные механизмы научения (неассоциативные):

Привыкание —затухание ответа на повторяющийся, утративший новизну стимул (снижение секреции медиатора пресинаптическими окончаниями к, тогда как чувствительность постсинаптических рецепторов не изменяется, уменьшение трансмембранного переноса кальция внутрь клетки).

Сенситизация — усиление ответов на прежде нейтральные раздражители (увеличение секреции медиатора пресинаптическими окончаниями к, тогда как чувствительность постсинаптических рецепторов не изменяется, увеличение трансмембранного переноса кальция внутрь клетки).

Базовый механизм образования энграмм

Долговременно длящаяся потенциация — усиление синаптической передачи между нейронами, сохраняющееся на протяжении длительного времени после воздействия на синаптический проводящий путь (может длиться более 10 часов), это результат функционирования сети специфических связей, а не волна диффузной активности. Рецепторы NMDA (постсинаптическая мембрана) и глутамата (персинаптическая) играют важнейшую роль в процессе формирования ДДП. Развитие ДДП происходит по меньшей мере в две (возможно, в три) фазы, с коротким периодом инициации и более длительной фазой устойчивой реакции, которые рассматриваются как аналоги перехода от кратковременной памяти к долговременной. Для ДДП важное значение имеет пресинаптическая пластичность, а постсинаптическая клетка просто реагирует надлежащим образом на более сильную стимуляцию глутаматом.

Каскад молекулярных биохимических реакций, лежащих в основе формирования энграмм:

Сигнал — выделение медиатора в синапсах — активация вторичных посредников (цАМФ и Са²⁺) — активация определенных протеинкиназ (ферменты) — фосфорилирование определенных (сигнальных, регуляторных) белков — активация определенных участков ДНК генома ядра клетки — синтез рецепторных белков и гликопротеинов (белок + остатки сахаров, напр., глюкозы) для увеличения площади пре- и постсинаптической (“шипики” дендритов) мембраны.

Вторичные посредники — один из компонентов передачи сигнала в клетке. Ими являются (основные) цАМФ, Са, оксид азота.

Они активируют ферменты катализирующие фосфолирование (или дефосфоролирование), что позволяет белкам встраиваться в мембрану и изменять её проводимость.

Фосфорилирование — обратимое присоединение фосфата к протеину, приводящее к открытию или закрытию каналов, протеинкиназа — один из ферментов катализирующих данный процесс.

Консолидация — нейрофизиологический процесс, который развивается в течении времени и необходим для фиксации в памяти. Он заключается в развитии биохимических реакций и морфологических изменений, благодаря которому модификации в синапсах после обучения становятся стабильными. Консолидация — это процесс постепенной морфофункциональной реорганизации памяти, посредством которого след в памяти становится независимым от гиппокомпальной области и переходит в неокортекс.

В процессе обучения увеличивается число шипиков на дендритах, а также число синапсов и постсинаптических утолщений.