?

Log in

No account? Create an account
Эссе для курса Физиология центральной нервной системы. Функции нервной системы. - ТоТ List — LiveJournal [entries|archive|friends|userinfo]
ToT

[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Эссе для курса Физиология центральной нервной системы. Функции нервной системы. [Dec. 14th, 2017|01:00 am]
ToT
[Tags|, , ]
[mood |sleepysleepy]

Написал эссе по теме "Функции нервной системы и важнейшие отделы мозга, которые их обеспечивают" несколько больше чем было разрешено правилами.
Пусть лежит здесь. Постепенно выложу и еще 2 которые писались по другим темам.



Центры сна и бодрствования. В контексте виртуальной и дополненной реальности.

Что такое виртуальная реальность, знают сейчас практически все. Лучше всего о ней рассказано, на мой взгляд, у Станислава Лема в "Сумме технологии" (главы про фантоматику). Кстати, уже там проводится аналогия между искусственной реальностью и сном.
Сейчас человечество создает несовершенные устройств,а позволяющие подменить или дополнить реальность. По мере развития интрефейсов взаимодействия мозг-компьютер эти технологии будут развиваться, но уже сейчас они используются для развлечения, обучения, работы в труднодоступных местах.

Игры с использованием устройств виртуальной реальности перестают быть диковинкой.
Тренажеры летчиков, водителей, военных и врачей даже на нынешнем уровне позволяют спасать жизни и экономить ресурсы. Уже появляются роботизирванные шасси, которые позволяют человеку, находящему на значительном удалении видеть своими камерами и производить работы своими конечностями. Очевидно, что подобного рода устройства позволят людям увидеть невидимое, пощупать неощутимое и достичь недостижимого.

Здесь мне хотелось бы рассмотреть одну немаловажную трудность, которая сопровождает конструирование устройств виртуальной реальности: контроль движений пользователя. Так или иначе пользователя необходимо лишить избытка подвижности, так как пребывание в двух реальностях опасно, можно сломать себя или окружающую обстановку.
Для решения данной задачи есть несколько путей.
Один из них показан в фильме "Газонокосильщик" - капсула со многими степенями свободы и костюм, позволяющий оказывать сопротивление движениям пользователя. Упрощенный вариант: можно пользователя просто подвесить на штанге в системе, подобной парашютным стропам или скалолазным приспособлениям и как-то снимать информацию о движениях ног. Но этот вариант громоздок, дорог и не очень безопасен.

Другой вариант сейчас применяется в тренажёрах виртуальной реальности и шасси, управляемом людьми удаленно. Пользователю дается достаточно свободы для действий руками, а движения ногами не предусмотрены. Непроизвольные контролируются границами кабины самолета или просто мигающими огнями, заставляющими отойти назад, передвижение же осуществляется иным способом (движением пальцев, взглядом итп). Второй способ не позволяет создать реальность полного погружения, и так же требует места, но более дешев.

Наиболее интересным для использования видится вариант виртуальной реальности, приближенной к сновидению, где пользователь, условно надевает комплект оборудования, устраивается поудобнее и может делать все что желает, пока тело его сохраняет относительную неподвижность. На данный момент подобные устройства существуют только в фантастических произведениях. Но мы уже знаем механиз, позволяющий приблизиться к подобному устройству. И это - сон. А если быть точным, то парадоксальная фаза сна.


Большинство людей видит сны, во многих снах мы активно двигаемся, летаем, взаимодействуем с другими объектами, едим и вообще наслаждаемся жизнью. В то же время тело наше сохраняет относительную неподвижность за редкими патологическими исключениями. Можно понять, что во время просмотра снов наши мышцы игнорируют сигналы ЦНС о том, что нужно сократиться. Да, во сне происходит изменение положения тела, но это происходит практически без участия высшей нервной деятельности. Части тела сигнализируют о своем затекании, и тело бессознательно меняет свое положение, чтобы его предотвратить, в крайних случаях мы пробуждаемся на несколько секунд, меняем положение тела осознано и далее сон продолжается, а такие эпизоды обычно не запоминаются.
Некоторые люди один или несколько раз за жизнь испытывают так называемый "Сонный паралич". Это явление, которое случается, когда пробуждение уже наступает, а механизм, не позволяющий ЦНС управлять телом, еще работает. Зафиксирована продолжительность этого явления от нескольких секунд до 2 минут, обычно оно сопровождается паникой, ощущением тяжелого предмета на груди, внетелесными переживаниями и ощущением чужого присутствия. Наши предки считали, что это анчутка, домовой или банник, в зависимости от помещения для сна, таким образом предупреждают о чем-то, или злоумышляют против не нравящегося им человека.

Но, к сожалению или к счастью, механизм этого явления не требует участия мистических существ - кроме нашего организма, который куда сложнее любых мистических выдумок. Во время сна многие процессы в организме приостанавливаются. Снижается метаболизм, частота сердечных сокращений и дыхания, температура мозга и тела. Но экономия расхода энергии не велика — всего 10—15% - не больше пары кусочков черного хлеба день для взрослого человека.


Мы знаем, что сон по современным представлениям можно разделить на два физиологических состояния:
- Медленноволновой сон. Для него характерны: снижение двигательной активности, тонуса позных мышц, поведенческой реактивности, интенсивности метаболизма, частоты сердечных сокращений и дыхания, секреции кортизола и тиреотропина, увеличение секреции гормона роста, альдостерона, тестостерона итп. Сновидения медленноволновой фазы сна расплывчаты, бессюжетны, коротки и не запоминаются, активность мозга низка и рассосредоточена, температура мозга снижена, возникают паттерны разряда нейронов с паузой—вспышкой в некоторых отделах мозга, активизируются «сонно—активные» нейроны в переднем гипоталамусе, миндалевидном комплексе, в ядрах основания переднего мозга и одиночного пути. Медленноволновой сон делится на несколько стадий на разных этапах засыпания. Примерно 75% - продолжительности сна человека приходится на медленно волновой сон.
- Парадоксальный сон. Он коренным образом отличается от любой из стадий медленноволнового сна. Для него характерны: активность различных систем организма дыхание становится нерегулярным, колеблется пульс и артериальное давление, повышается температура мозга и скорость метаболизма. Также происходят: быстрые движения глаз, сужение и расширение зрачков, снижение чувствительности барорецепторов, вентиляции легких в ответ на СО2, колебания частоты дыхания, пульса, артериального давления, угнетение терморегуляторных ответов на тепло и холод, активное расслабление скелетных мышц, эрекция. Сны которые мы вспоминаем мы "видим" во время парадоксального сна, они имеют сюжет и достаточно большую продолжительность.



Именно для фазы парадоксального сна характерна практически полная неподвижность, и предположительно именно пробуждение в этой фазе сна может вызывать "Сонный паралич". И именно его механизмы, на мой взгляд, очень перспективны для разработок в области виртуальной реальности.

Если говорить про физиологические процессы, сопровождающие сон, то медленноволновой сон в основном регулируется серотониновой системой ядер шва головного мозга, а парадоксальный связан с активизацией голубоватого пятна и активизацией норадренолиновых синапсов. "В норме в фазе быстрого сна благодаря ингибиторной активности орексина (гипокретина) гипоталамуса, норадренергического голубого пятна, серотонинергических ядер шва происходит активация глутаматергических нейронов моста (вентрального сублатеродорсального ядра у грызунов, подголубого пятна у человека).

Далее возбуждающие глутаматергические влияния вентрального сублатеродорсального ядра (или подголубого пятна) через свои проекции в продолговатый мозг активируют глицин- и ГАМКергические тормозные нейроны вентромедиальной медуллы (магноцеллюлярного ядра у кошек, гигантоклеточного ядра у человека), которые в свою очередь угнетают мотонейроны спинного мозга, гиперполяризируя их.
Из-за гиперполяризации мотонейронов выделение ацетилхолина, необходимого для сокращения мышц, прекращается, что и обусловливает мышечный паралич во время быстрого сна.

Этот механизм в последнее время ставится под сомнение и рассматривается только как часть более сложного процесса (Brooks, Peever, 2012). Его раскрытие, возможно, — дело ближайшего будущего." (3)(С)

Интересно, что сонное расслабление мышц не затрагивает мелкие фазические мышцы. Оно воздействует в основном на крупную скелетную мускулатуру. Это позволяет предположить возможность при управлении данным явлением управлять некоторыми интерфейсами и приборами даже до окончательной разработки нейроинтерфейсов человек-компьютер. То, что мы научимся управлять сном, - очень вероятно, ведь его механизмы не менее глубинны, чем механизмы мышечной активности, движения глаз, заживления ран и секреции желудка. Это не тонкие механизмы работы с памятью или образного мышления. Управление ими видится вполне достижимой целью.

В эволюционной перспективе намеки на сон появляются еще у рыб и насекомых, правда у них он проявляется как состояние покоя и низкой чувствительности к внешним стимулам, они скорее не спят в человеческом понимании этого слова, а просто цепенеют и расслабляют "мышцы".

У земноводных трудно определить состояние сна, так как они и в бодрствующем состоянии часто сохраняют долгую неподвижность. Обнаруженные небольшие изменения частоты и амплитуды ЭЭГ никогда не обнаруживают какого—либо заметного сходства с электрографическими показателями сна у высших позвоночных.
Сон птиц тоже не очень похож на человеческий, но у них уже обнаруживается состояние сна на ЭЭГ. И имеется фаза парадоксального сна.
"Различные виды черепах, крокодилов и ящериц имеют паттерны поведения, соответствующие общепринятым критериям поведенческого сна: прекращение двигательной активности... Однако в исследованиях с регистрацией электрической активности различных структур мозга рисунки ЭЭГ существенно отличаются от ЭЭГ во время сна у высших позвоночных.

Все без исключения млекопитающие имеют сон и состояние МВС. Парадоксальный сон не обнаружен только у трех видов — австралийской ехидны, афалины (большого дельфина) и азовского дельфина. Состояние неподвижности наблюдается у разных классов позвоночных и беспозвоночных животных, а также у многих видов млекопитающих, дельфины в течение суток двигаются, и у них нет заметных периодов снижения активности. У многих видов животных идентифицированы три состояния — бодрствование, МВС и ПС.
... у водных и полуводных млекопитающих выявлены три разных типа сна, что демонстрирует пластичность механизмов сна в процессе эволюции и его экологическую детерминированность. Общая особенность морских обитателей — малое количество сна.
Предполагается, что некоторые птицы могут спать во время парения или длительных перелетов, однако такой феномен пока не подтвержден электрографическими показателями. Продолжительность сна у разных видов колеблется от 1 до 16 ч в сутки.
" (2)(С)
Грубо можно сказать, что, чем примитивнее разум, тем меньше длится фаза Парадоксального сна. А так же, что глубокий сон человека обусловлен цивилизационными причинами а именно, безопасностью ночного пристанища. Человеческий сон от сна животных отличается глубиной, четвертая стадия медленноволнового сна и парадоксальный сон у человека значительно глубже чем практически у всех животных, и пробуждение самое тяжелое.

Я здесь не рассматриваю впадение в зимнюю спячку разных видов, так как это почти никак не соприкасается с темой эссе, но достаточно информации по этой теме можно найти в источнике (2).


Вариабельность механизмов управляющих сном так же демонстрируется широким спектром их нарушений, они бывают как приобретенные, так и врожденные, некоторые патологии сна как, например, сонный паралич не считаются нарушениями, так как не опасны по современным представлениям и обычно случаются разово на протяжении жизни.
К сожалению, обратное явление, а именно сомнамбулизм - он же лунатизм, - опасно и может привести к тяжелым последствиям. Лечение сомнамбулизма производится как медикаментозно, так и с помощью физиотерапевтических процедур. Так же нельзя не упомянуть инфекционные поражения центров сна такие как эпидемический летаргический энцефалит. Первая болезнь быстро распространилась в Европе 20 х годов прошлого века, для нее было характерно воспалительное поражение базальных ядер и ствола мозга, больные испытывали сонливость и впадали в неподвижный летаргический сон. Можно предположить, что эта болезнь послужила вдохновением для книги А. Конан-Дойля "Отравленный пояс", которая была написана за несколько лет до основной эпидемии, и послужила родоначальником множества художественных произведений в апокалиптическом жанре. Возбудитель той эпидемии так и не был найден.
В отличие от возбудителя, сонной болезни, распространяемое так называемой мухой Це-це паразитическое заболевание названо сонным не из-за засыпания заболевших, а из-за характерного симптома впадания в ступор. Более того, зачастую она вызывает расстройство сна, на средних этапах заражения. Паразит, который ее вызывает, - простейшее, называющееся Трипаносома. До сих пор ее лечение связано с немалой опасностью, особенно на поздних стадиях, когда уже состоялось поражение ЦНС.




Людям достался очень перспективный механизм сна, и думаю, что его дальнейшее исследование и использование еще не раз нас приятно удивит. Широкое развитие и использование методов контроля над сном и его частными элементами, в том числе над механизмом сонного паралича, обещает нам широкие перспективы как в создании компактных и безопасных устройств виртуальной и дополненной реальности так и лечебных воздействий (этот вопрос далеко выходит за тему эссе, но например есть такое понятие как триггерные точки, точки спазма в мышцах это знакомо почти каждому и вызывает снижение качества жизни человека и иногда достаточно тяжело лечится невропатологами). Возможно даже когда-нибудь сбудутся мечты фантастов и человечеству удастся совместить сон с путешествиями в виртуальной реальности.

Список использованной литературы
1. https://www.wired.com/story/the-guardian-gt/ - шасси управляемое оператором с помощью виртуальной реальности.
2. http://scorcher.ru/neuro/science/evolution/neuro_evolution.php - Выдержки из книги «Начала Физиологии» под ред. академика А.Д. Ноздрачева.
3. http://slipups.ru/3949 - Мышечная активность во время сна
4. https://courses.openedu.ru/courses/course-v1:msu+PCNS+fall_2017/info - лекции курса Физиология ЦНС Дубынина Вячеслава Альбертовича, доктора биологических наук. МГУ.

Первое эссе: Про сон и виртуальную реальность: https://tot-13.livejournal.com/91706.html
Второе эссе: без него это не более чем незначительный кусочек мозаики. https://tot-13.livejournal.com/92135.html
Третье эссе: собственно про интерфейсы мозг компьютер: https://tot-13.livejournal.com/92312.html
linkReply