Современны инвазивные методы исследования цнс

1. Метод перерезки и выключения различных участков ЦНС про­изводится механическим, электролитическим путем, а также при использовании замораживания, ультразвуковых, рентгеновских лу­чей. Используя электрошок или вводя снотворные вещества, можно обратимо видоизменять активность мозга в целом и наблюдать за изменением условно-рефлекторного поведения.

2. Методы холодового выключения структур головного мозга дают возможность визуализировать пространственно-временную мозаику электрических процессов мозга при образовании условного реф­лекса в разных функциональных состояниях.

3. Микроэлектродный метод основан на подведении к одиночным нейронам микроэлектродов - стеклянных микропипеток, которые перед опытом заполняются электролитом (3М КСL). Метод позволяет изучать активность одиночных нейронов ЦНС. С помощью микроэлектродов, вводимых внутрь нервных клеток, можно измерять мембранные потенциалы покоя, регистрировать постсинаптические потенциалы (возбуждающие и тормозные), а также потенциалы действия. Разновидностью микроэлектродного метода является метод микроионофореза, при котором используются многоканальные стеклянные микроэлектроды. Через один из каналов, заполненный электролитом, экспериментатор имеет возможность регистрировать электрическую активность нейрона, остальные заполняют­ся биологически активными веществами, которые апплицируют на работающий нейрон, пропуская через растворы веществ по­стоянный ток.

4. Стереотаксический метод позволяет с помощью устройства для управляемого перемещения электродов во фронтальном, сагиттальном и вертикальном направлениях (стереотаксический при­бор) ввести электрод (микропипетку, термопару и т.д.) в различ­ные подкорковые структуры головного мозга по стереотаксическим координатам и подготовить животное для хронического эксперимента. Координаты этих структур приводятся в специальных стереотаксических атласах. Через введенные электроды можно регистрировать биоэлектрическую активность соответствующей структуры, раздражать или разрушать ее, вводить различные химические вещества.

5. Методы молекулярной биологии направлены на изучение роли молекул ДНК, РНК и других биологически активных веществ в образовании условных рефлексов.

Вывод по первому вопросу: Для специалистов-психологов изучение нейрофизиологии имеет важное теоретическое и практическое значение. Работа психолога не может быть полноценной, если он не будет хорошо знать функциональные особенности нервной системы и закономерности высшей нервной деятельности человека.

Учебный вопрос № 2

§5. Краткая история развития физиологии как науки. Успехи в исследовании мозга человека в настоящее время.

Физиология прошла длинный и сложный путь развития, включающий в себя 7 периодов. Как и анатомия она возникла из потребностей медицины, постепенно расширяя свое прикладное значение для других наук: философии, педагогики, психологии.

Первоначальные представления о функциях организма были сформулированы врачами и учеными Древней Греции (Аристотель, Гиппократ), Древнего Рима (Гален), Древнего Китая (Хуанди, Бянь Цяо), Древней Индии и др. стран. Изучение ими строения тела проводилось одновременно с исследованиями функций организма.

В эпоху Средневековья естествознание было подчинено церкви и Святейшей инквизиции, поэтому период от 2 до 15 века называют периодом "сумерек истории".

В эпоху Возрождения в естествознании и медицине большое значение начали придавать опыту и наблюдению. Дальнейшее развитие физиологии связано с успехами анатомии, где работы Леонардо да Винчи и Андреаса Везалия подготовили почву для открытий в области физиологии.

Леонардо да Винчи — художник, строитель и философ-материалист, ге­ний эпохи Возрождения, был выдающимся иссле­дователем анатомии. Он вскрывал трупы людей, первый заложил основы пластической анатомии и понял связь в развитии животного мира и человека, внес вклад в создание сравнительной анатомии живот­ных.

Андрей Везалий (1514—1564) завоевал очень рано большой науч­ный авторитет и в 22 года уже возглавлял кафедру анатомии в Падуанском университете. Везалий исследовал трупы людей и написал выдаю­щееся произведение «О строении человеческого тела» (1543). С опубликования этого труда следует рас­сматривать начало новой, современной анатомии человека, ко­торая базируется не на мнениях старых авторитетов, а на научном наблюдении и изучении подлинного человеческого тела. Все ошибки и предположения, которые накопи­лись вследствие перенесения на человека ана­томии животных, различные заблужде­ния упорным трудом Везалия были устранены. Свои мысли и факты Везалий иллюстрировал большим количеством отлично исполненных с натуры анатомических рисунков.

Самостоятельной научной дисциплиной физиология стала к началу 17 века. Здесь важнейшее значение имело открытие Вильямом Гарвеем кругов кровообращения, исследование капилляров Марчелло Мальпиги, формулирование Рене Декартом понятия о рефлексе, учение Джакомо Борелли о механике движений.

Вильям Гарвей (1578—1657) - выдающийся английский врач и анатом - совершил открытие кругооборота крови, его работа «О движении сердца и крови у животных» произвела настоящую революцию в естествознании и медицине. Гарвей дал правильное объяснение систолы и диастолы, которые до него понимались превратно. Он производил экспе­рименты на животных разного возраста и проследил эмбрио­нальное развитие сердца и сосудов. Гарвей писал, что «кровь течет по артериям из центра на периферию, а по венам от периферии к центру». Открытие Гарвея, в корне изменявшее старые взгляды на вопросы кровообращения, встретило враждебное отношение со­временников; автор подвергался нападкам и осмеянию. Но прогрессивная точка зрения Гарвея в конце концов победила, и его величайшее открытие было признано и принято передовой наукой.

С открытием микроскопа Марчелло Мальпиги (1628—1694), открыл ка­пилляры. Это дало законченное представление о кругообороте крови в животном организме. Он описал микроскопическое строение раз­личных органов и тканей — селезенки, легких, почек, желез, кожи. Его открытия и имя оста­лось в целом ряду гистологических терминов: мальпигиевы клу­бочки, мальпигиевые сосочки и др.

Большую роль сыграли в развитии физиологии успехи физики и химии. Правда, это нередко приводило к ложным механистическим выводам.

Механицизм отождествлял физиологию с физикой и химией, способствовал появлению метафизического направления в науке, отрицавшего всякое развитие в природе. В биологии появилось антинаучное направление - витализм, утвердивший наличие в организме нематериальной "жизненной силы".

Значительного расцвета физиология достигла после великих открытий Ломоносова (закон сохранения вещества и превращения энергии), Шванна и Шлейдена (клеточная теория), Дарвина (эволюционное учение).

Развитие анатомии в эпоху капитализма. Французская буржуазная революция XVIII в, «револю­ция в философии» (Ф. Энгельс) и французские просветители-материалисты оказали большое вли­яние на материалистические взгляды ученых. Значительный толчок в развитии новых, смежных с анато­мией дисциплин — гистологии и патологической анатомии, дали научные выступления Джамбаттиста Морганьи и Ксавье Биша.

Франсуа Ксавье Биша (1771—1802) высказывал мысли об организме, в котором «все связано и сцеплено до такой степени, что нарушение функций в одной какой-либо части неизбежно отражается на всех других». Такую взаимную связь между различными элементами тела, как струк­турную, так и функциональную, Биша именовал «симпатией» (от­сюда и название — симпатическая нервная система). Он разрабо­тал вопрос о роли и значении различных тканей животных организмов и создал научную классификацию тканей. Биша ука­зал, что каждый вид тканей имеет прису­щее только данной ткани свойство. Например, мышечной ткани свойственна сократимость, нервной — чувствительность и т.д. Биша считал, что органы представляют совокуп­ность различных тканей, а совокупность органов, объединенных единой функцией, называл аппаратом (например, пищеварения, дыхания).

Французский естествоиспытатель Ж. Ламарк (1774—1828) выступил, как и его предшествен­ник русский ученый А. Ф. Каверзнев, с учением, опровергающим взгляды о неизменяемости видов животных организмов. Ламарк обосновал основные положения теории эволюции организмов, которая затем нашла свое бле­стящее подтверждение в эволюционном учении Ч. Дарвина. Ла­марк указывал, что возможна передача приобретенных в онтоге­незе наследственных признаков. Честь развития и доказательства этой теории принадлежит русским ученым — И. В. Мичурину и его уче­никам и последователям.

Середина XIX в. ознаменовалась появлением эволюционной теории Чарльза Дарвина (1809—1889). В 1859 г. он опубликовал свою знаменитую книгу «Происхождение видов», в которой представил доказательства эволюции организмов. Эволюционное уче­ние Ч. Дарвина, опирающееся на многочисленные морфологи­ческие факты, полученные сравнительной анатомией, дало воз­можность правильно оценить положение человека в природе, понять его строение и развитие с точки зрения онто-и филогенеза.

Русский ученый П. Ф. Горянинов (1796—1865) выступил с идеей клеточного строения ор­ганизмов. А в 1839 г. Теодором Шванном (1810—1882) - немецким биологом, гистологом и физиологом была сформулирована клеточная теория строения организмов. В своей книге «Микроскопические исследования относи­тельно единообразия в структуре и росте животных и растений» автор высказал следующие основные поло­жения: всем животным и растительным организмам присуще единство строения, т.к. их основной структурной едини­цей является клетка; рост и развитие всякого организма зави­сит от образования и развития клеток. Он также открыл пепсин в желу­дочном соке, описал клеточное строение хрящей, стенок кровеносных сосудов, изучил строение хорды — спинной струны и структуру поперечно-полосатых мышц. Осо­бое внимание Шванн уделил исследованию нервных волокон и оболочек нервов. Он впервые описал оболочку, которая охва­тывает нервные волокна. Ей было присвоено затем название «шванновской оболочки».

В 19 и особенно 20 веке физиология обогатилась новыми открытиями. Клод Бернар создал представление о гомеостазе, изучил роль ЦНС в регуляции тонуса сосудов и углеводного обмена.

А. П. Протасов (1723—1796) — ученик М.В. Ломоносова — первый русский анатом-академик (1771), про­славился своими исследованиями желудка и его деятельности. А. П. Протасов проводил идею единства формы и функции, утверждая закономерность связи и взаимозависимости между строением и действием. Он занимался вопросами анатомической терминологии и оставил труд «По части анатомических терминов», а также явился пропагандистом физической культуры, выступал с лекциями на темы: «О значении физиче­ских упражнений для сохранения здоровья» и «О физическом воспитании детей».

Дюбуа-Реймон явился основоположником электрофизиологии. Шеррингтон изучил физиологию спинного мозга. Капитальные исследования физиологии ВНС выполнил Кэннон. Создание приборов для исследования роли ЦНС в регуляции дыхания, кровообращения и др. систем позволило выяснить, что процесс возбуждения всегда связан с электрическими изменениями в клетках и тканях. В противовес виталистическому направлению в физиологии получает развитие нервизм - прогрессивное направление, которое разработано русскими физиологами Сеченовым, Павловым, Боткиным, Бехтеревым, Введенским, Ухтомским.

Первым руководителем кафедры анатомии и физиологии новой академии был профессор П. А. Загорский (1764—1846). Он стремился проводить идеи взаимозависимости между анатомией и физиологией, связи формы и функции. В своих ра­ботах он применял сравнительно-анатомический метод исследова­ния. П. А. Загорский выпустил в свет первый полноценный учеб­ник анатомии человека на русском языке: «Сокращенная ана­томия или руководство к познанию строения человеческого тела в пользу обучающихся врачебной науке». Большой вклад П. А. Загорский внес в анатомическую науку исследованиями сосудистой системы.

Академик Илья Васильевич Буяльский (1789—1866) - ученик П.А. Загорского и его преемник по кафедре анатомии Петербургской медико-хирургической академии (1833). В книге «Краткая общая анатомия тела человеческого» он проводил идею о постепенном развитии органического мира, рассматри­вал природу как единое целое и заложил начало учения об ин­дивидуальной изменчивости. Здесь же он указывал, что вегета­тивные процессы (т. е. процессы, протекающие во внутренних органах) находятся под контролем головного мозга. Он создал также анатомический атлас под названием «Таблицы хирурги­ческой анатомии», которые объединили в себе данные топографической анатомии и оперативной хирургии и явились первым в истории России отечественным атласом по оперативной хирургии. И.В. Буяльский создал много новых хирургических инструментов, разработал методы бальзамирования трупов, предложил новые способы изготовления тонких коррозионных анатомических препаратов. В числе первых русских хирургов И.В. Буяльский применил наркоз, крахмальную повязку и средства антисептики. Им разработан ряд новых хирургических операций (на верхней челюсти, кровеносных сосудах и др.). В 1866 г. в честь И.В. Буяльского была отлита памятная золотая медаль.

Огромное влияние на создание функционального направле­ния в анатомии оказали выдающиеся физио­логи Иван Михайлович Сеченов (1829—1905) и Иван Петрович Павлов (1849—1936).

Иван Михайлович Сеченов, которого академик И.П. Павлов называл «от­цом русской физиологии», занимался вопросами единства среды и организма, целостности организма и значения нервной системы в жизнедеятельности живого тела. И.М. Сеченов в 1863 г. выпустил в свет знаменитый труд «Рефлексы головного мозга», оставивший глубокий след в мировой культуре. Он внедрил эволюционно-биологический подход в изучении физиологии мозга и ввел понятие об изменчивости и преобразовании рефлексов в целях успешной адаптации, усложнения и развития. И.М. Сеченов впервые полно и убедительно доказал, что психическая деятельность человека должна стать объектом изучения физиологов.

Иван Петрович Павлов, имя которого стоит на первом месте среди фи­зиологов всего мира, способствовал дальнейшему развитию меди­цинских наук. Идея нервизма, воспринятая И.П. Павловым от своих предшественников И. М. Сеченова и С.П. Боткина, выли­лась в «физиологическое направление, стремящееся распростра­нить влияние нервной системы на возможно большее количество деятельности человека» (И. П. Павлов). И.П. Павлов развил «учение о физиологии условных рефлексов». Ему принадлежит заслуга в создании метода экспериментального исследования коры больших полушарий головного мозга – метода условных рефлексов. Учение о физиологии анализаторов – под ним И.П. Павлов, вслед за И.М. Сеченовым, подразумевал триединую конструкцию: периферические рецепторы, проводящие пути и мозговые центры вплоть до коры больших полушарий. Были описаны процессы динамики процессов возбуждения и торможения при условно-рефлекторной деятельности. В результате было сформулировано представление о коре головного мозга как о мозаике из возбуждений и торможений. В конце своей творческой жизни И.П. Павлов выдвинул принцип системности в работе коры головного мозга, способной формировать динамический стереотип деятельности, уже в какой-то мере независимый от качества внешних раздражений.

Большая заслуга в развитии современной физиологии принадлежит последователям и ученикам Павлова - Орбели, Быкову, Черниговскому, Анохину и др.

Академик Орбели создал учение об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы и внес большой вклад в развитие эволюционной и возрастной физиологии.

Академик Быков исследовал влияние коры мозга на внутренние органы и установил два механизма регуляции их работы: пусковой и коорригирующей (исправляющей), соответственно потребностям организма в данных условиях.

Академик Черниговский создал представление о двусторонней (прямой и обратной) связи внутренних органов с корой мозга, возглавлял исследования в области космической физиологии и медицины.

Академик Анохин создал учение о функциональных системах организма, в котором изложены современные представления об организации поведения живых организмов.