Модель функциональной системы

Центральная нервная система (ЦНС) — это та часть нервной системы, которая находится внутри черепа и позвоночного столба, она получает нервные импульсы от рецепторов расположенных по всему телу, регулирует происходящие в организме процессы, организует и направляет поведение нервных импульсов. ЦНС состоит из головного и спинного мозга, находящихся внутри полости черепа и позвоночного канала в спинномозговой жидкости. Главная функция – осуществление простых и сложных рефлексов.

Периферическая нервная система - часть нервной системы, представленная нервами, соединяющими ЦНС с сенсорными органами, рецепторами и эффекторами (мышцами, железами).

Функционально нервная система делится на две части: автотомную и соматическую. А втономная (вегетативная), отвечает за деятельность внутренних органов, деятельность желез внутренней и внешней секреции, деятельность кровеносных и лимфатических сосудов. Соматическая, связывает ЦНС при помощи периферических нервов с кожей, мышцами, сухожилиями, сенсорными органами.

Соматическая система в свою очередь функционально разделяется на сенсорный и двигательный отдел. Сенсорные и двигательные импульсы передаются по нервам, которые бывают чисто двигательными, чисто сенсорными, и часто смешанными.

Двигательные нервы – нервы, состоящие из волокон, передающих импульс от центральной нервной системы мышцам (эфферентные волокна).

Сенсорные нервы -нервы, состоящие из волокон, передающих импульс от рецептора в центральную нервную систему (афферентные волокна).

Смешанные нервы – нервы, в которых присутствуют волокна разных типов (афферентные и эфферентные).

В свою очередь автономная (вегетативная) система функционально подразделяется на симпатическую и парасимпатическую:

Симпатическая нервная система осуществляется симпатическими спинномозговыми центрами, от этих центров начинаются периферические симпатические волокна, которые расположены в боковых рогах спинного мозга.

Парасимпатическая нервная система осуществляется крестцовым отделом спинного мозга (орган малого таза) и в стволе головного мозга (регулируют остальные органы через специальные нервы).

Далее рассмотрим строение нервное системы на клеточном уровне.

Основой единицей нервной системы является нейроны. Они выполняют функции восприятия, обработки, хранения и передачи информации. Строение нейрона представлено на схеме:

Аксон – длинный мало ветвящийся отросток, по которому импульсы направляются от тела клетки. Каждая клетка имеет лишь один аксон.

Дендрит – короткий, сильно ветвящийся отросток, по ним нервные импульсы поступают к телу нервной клетки, у нейрона может быть несколько дендритов.

Нервные волокна аксоны и дендриты нервных клеток по длине иногда во много раз превосходят размер тела нейрона. Они тянутся от клетки в разные стороны в составе нервов и называются.

По функции нейроны бывают следующих видов: сенсорные (чувствительные и вегетативные), эффекторные (двигательные и вегетативные) и вставочные. Так как в нашей работе мы фокусируемся на функционировании соматической нервной системы, которая в свою очередь регулирует двигательную активность человека, то далее мы не будем рассматривать нейроны и рефлексы, относящиеся к вегетативной части нервной системы. Итак, соматическая нервная система состоит из следующих видов нейронов:

Двигательный нейрон — нервная клетка, проводящая информацию на эффекторы от центральной нервной системы, таким образом, вызывая соответствующую реакцию. Двигательные нейроны задействованы в рефлексах спинного мозга. Они также связаны с головным мозгом посредством нисходящих спинномозговых каналов. Тела клеток этих трактов лежат в коре головного мозга, а их аксоны, которые проходят к спинному мозгу, соединяют эти нервные клетки с мозгом обеспечивая управление произвольно сокращающихся мышц. По строению двигательный нейрон – биполярная клетка, то есть имеет на одном конце дендрит, по которому в клетку попадает импульс от других нейронов, а на другом конце аксон, по которому импульс передается к эффекторному органу (мышце).

Сенсорный нейрон - нервная клетка, проводящая информацию от рецепторов в любой части тела к центральной нервной системе. Их нервные окончания находятся в одиночных рецепторах и рецепторах органов чувств. По строению сенсорный нейрон чаще всего является псевдоуниполярной клеткой, у такой клетки оба отростка (аксон и дендрит) сливаются на выходе из клетки, поэтому кажется, что у такой клетки один отросток. Но потом эти отростки разделяются на аксон и дендрит. По дендриту к клетке поступает сигнал от рецептора, а по аксону от клетки сигнал передается дальше к центральной нервной системе.

Вставочный нейрон - нейрон центральной нервной системы, который осуществляет связь между различными нейронами в рефлекторной дуге. Обычно он имеет множество отростков (дендритов), которые образуют протяженные цепи и пути внутри головного и спинного мозга.

Между собой нейроны обычно связывает синапс.

Синапс - область связи нервных клеток (нейронов) друг с другом и с клетками исполнительных органов. Межнейронные синапсы образуются обычно разветвлениями аксона одной нервной клетки и телом, дендритами или аксоном другой.

Классический путь рефлекса (рефлекторная дуга, рис.2): импульс возникает на рецепторе, который отвечает на стимул (раздражитель). Затем по афферентному нерву движется к сенсорному нейрону, который передает информацию в ЦНС.

В спинном мозге он может попасть на восходящее волокно, которое передает импульсы в вышестоящие центры ЦНС (продолговатый мозг, мозжечок и/или кора головного мозга), либо пройти через вставочный интернейрон, либо переключиться непосредственно на двигательный нейрон спинного мозга (коленный рефлекс).

Двигательный нейрон соматической нервной системы или исполнительный нейрон вегетативной нервной системы, передает импульс из ЦНС на эффектор. Отсюда импульс попадает на эффекторы – мышцы или железы, реагирующие на импульс исполнительного нейрона.

Рис. 2. Рефлекторная дуга.

Бывают несущественные (неосознаваемые) воздействия внешнего мира на человека, бывают те, которые вызывают ответные реакции. Эти ответные реакции носят направление ориентировочного характера.

Вероятнее всего, процесс сравнения результата и идеала, находящегося в ЦНС, осуществляется с помощью сознания, из-за этого возникают определенные мысли, которые влекут за собой решение и выработку, конкретного плана поведения. П.К. Анохин ввел понятие акцептора результата действия. Он представляет собой психологический механизм предвидения и оценки результатов действия в функциональных системах. При его наличии и наличии программы действия, которую делает сознание, начинается исполнение действия. При этом постоянно происходит информация о выполнении поставленной цели (обратная связь).

Обратная афферентация (обратная связь) – используется для формирования установки по отношению к определенному действию, которое выполняет наш организм. Информация проходит через эмоциональную сферу, которые влияют на характер установки, если эмоции позитивные, действие прекращается или продолжается с целью получения удовольствия или выполнения определенного процесса (его завершения), если же эмоции негативны, то программа меняется определенным образом.

Нервная система осуществляет координацию движений с помощью обратной связи. У людей, у которых нарушена чувствительность мышц, движения без обратной связи становятся некоординированными, а ЦНС перестает контролировать движения.

Обратная связь сообщает нам о каждом действии, например, сейчас, видя красное подчеркивание на мониторе, я понимаю, что допустил опечатку.

Рефлекторное кольцо – элементарная функциональная система, включающая рефлекторную дугу и афферентные пути, обеспечивающие обратную связь (красным цветом), с помощью них ЦНС информацию о результате рефлекторного акта. В рефлекторном кольце есть дополнительные звенья в виде рецепторов эффектора, афферентного нейрона и системы вставочных нейронов, передающих вторичные афферентные импульсы в ЦНС.

После прохождения реакции по этому пути проходит обратная связь, которая проверяет результат действия, то есть посылает сигналы, которые сравнивают результат с идеалом, который находится в ЦНС, после этого сигнал может пойти по тому же пути, что и первый раз. То есть от рецепторов, какого-либо органа до эффекторов (рис.3).

Рис. 3. Схема рефлекторного кольца.

Рассматривая сложные рефлексы, включающие в себя рефлекторное кольцо, а не рефлекторную дугу, мы можем наблюдать, что в результате рефлекторного акта срабатывает эффектор (например, мышца). Результат этой реакции анализируется ЦНС, после чего вносятся определенные исправления или продолжается стабильная работа той или иной мышцы (данный механизм отображен на моей схеме красными стрелками. Попробуем рассмотреть это на примере. Для этого нам понадобиться рассмотреть сгибательный и перекрестный разгибательный рефлексы, для того, чтобы понять работу простых рефлексов, а затем мы обратимся к рефлексу, в котором присутствует обратная связь.

Примером[4] может служить защитный рефлекс у человека (сгибательный, перекрестно разгибательный, рис. 4). Рецепторы данной рефлекторной дуги находятся в кожном покрове конечности или части тела, реагирует данный рецептор на болевое раздражение. При раздражении рецептора одной конечности сигнал проходит на сенсорный нейрон, в составе сенсорного волокна. Отсюда аксон сенсорного нейрона проходит в спинной мозг. Сигнал попадает на четыре интернейрона, по аксонам, которых сигналы попадают на следующий интернейрон. Затем сигналы попадают на два интернейрона правой конечности два интернейрона левой конечности. Один интернейрон каждой из конечностей является тормозным, а другой возбуждающим. Далее через двигательный нейрон, который находится в двигательном волокне, сигнал попадает на эффектор. В результате этого одна конечность сгибается, а другая выпрямляется. Если сигнал пришел с левой ноги, то в спинном мозге, пройдя все интернейроны, сигнал пойдет на мышцу разгибатель левой ноги расслабиться, а мышце сгибателя сократиться, на правой же ноге произойдет все наоборот. Данный сигнал проходит и на ту конечность, откуда пришло раздражение и на конечность противоположенную ей.

Этот рефлекс очень важен для ходьбы. Мозг посылает сигнал о желании сделать шаг и происходят торможение мышцы сгибателя левой ноги, возбуждение мышцы разгибателя и торможение мышцы разгибателя, и возбуждение мышцы разгибателя на противоположной конечности. Мы делаем шаг. Это происходит за счет включения в рефлекторную дугу возбуждающих и тормозящих интернейронов. Этот рефлекс имеет большое значение для шагательной ритмики, поскольку позволяет координировать попеременную активацию мышц противоположных конечностей

Рис.4. Рефлекторная дуга сгибательного рефлекса. 1. Черные – тормозные интернейроны; красные возбуждающие. 2. Двигательные нейроны. 3.Эффекторы расслабленных мышц сгибателя и разгибателя. 4. Эффекторы сокращенных мышц сгибателя и разгибателя.

Исходя из этой информации, рассмотрим более сложный рефлекс. При ходьбе (шагании) мы наблюдаем похожие сокращения, сигналы проходят через спинной мозг, а оттуда в головной мозг, который передает сигналы назад в спинной мозг, так, если кончик стопы неожиданно натыкается на препятствие, то движение временно останавливается. Сигнал проходят от рецептора так же, как в перекрестном разгибательном рефлексе, но в спинном мозге сигнал уходят в головной мозг и возвращаются на эффектор. Затем последовательно осуществляется подъем стопы и перемещение ее вперед так, чтобы оказаться над препятствием. Это называют рефлексом спотыкания. В данном случае сигнал проходит через головной мозг, происходит корректировка движения.

Другим примером обратной связи может являться движение человека за книгой, которая лежит на столе. В данном случае наши глаза, которые следят за движением руки до книги, воспринимают информацию о расстоянии до книги. Далее мозг, снова посылает сигнал о том, что надо продолжать движение, при этом постоянно получая обратную связь. Так продолжается до тех пор, пока необходимая операция, в данном случае книга в руке, не выполнена.

.2. Метод БОС. [5]