Лекция №2 из цикла "Введение в нейронауку" для школьников.

1. Методы нейронаукиМетоды нейронауки
Никонова Евгения Юрьевна
Московский государственный университет
имени М.В. Ломоносова
Факультет психологии
Москва
2016

2. «Живой» мозг
«Электрический» мозг
«Томографический» мозг

3. Методы нейронаукиМетоды нейронауки
1. Электроэнцефалография (ЭЭГ, ВП)
2. Томография (МРТ, фМРТ, ПЭТ)
3. Регистрация клеточной активности
4. Регистрация показателей вегетативной
нервной системы (ЭКГ, ФПГ, КГР)
5. Регистрация мышечной активности
(электромиография)
6. Показатели активности дыхания (РД)
7. Регистрация движения глаз

4. Электричество в теле человекаЭлектричество в теле человека
Электричества, которое генерирует
человек, может хватить для зарядки
мобильного телефона
«Как ни удивительны электрические
явления, присущие неорганической
материи, они не идут ни в какое
сравнение с теми, которые связаны с
деятельностью нервной системы и
жизненными процессами»
М. Фарадей

5. После долгих научных изысканий Гальвани
предположил, что мышца является
своеобразным конденсатором, непрерывно
возбуждаемой действием мозга, которое
передается по нервам. Так была рождена
теория животного электричества, эта
теория создала базу для возникновения
электромедицины, и открытие Гальвани
произвело сенсацию.
Луиджи Гальвани (1737 -1798)
Я разрезал и препарировал лягушку и, имея в
виду совершенно другое, поместил её на стол,
на котором находилась электрическая машина,
при полном разобщении от кондуктора
последней и на довольно большом расстоянии
от него. Когда один из моих помощников
острием скальпеля случайно очень легко
коснулся внутренних бедренных нервов этой
лягушки, то немедленно все мышцы
конечностей начали так сокращаться, что
казались впавшими в сильнейшие тонические
судороги.

6. Любая клетка организма человека это электрически
заряженная система:
-Каждая клетка электрический конденсатор.
-Каждая клетка электрический генератор.
Все функции организма обусловлены электрическими
взаимодействиями:
1. Работа мышц и внутренних органов обусловлены
электрическими токами.
2. Информация, получаемая различными органами
чувств, передается в мозг с помощью электрических
сигналов.
3. Сигналы управления работой всех органов со стороны
мозга идут через электрический импульс (потенциал
действия).

7. Кожно-гальваническаяКожно-гальваническая
реакцияреакция
Кожно-гальваническая реакция (КГР) — биоэлектрическая реакция,
которая регистрируется с поверхности кожи, показатель активности
вегетативной нервной системы, широко применяемый в
психофизиологии.
Французский врач в 1880х Фере впервые заметил, что в
эмоциональных ситуациях изменяются электрические свойства
кожи. У человека имеется 2 – 3 млн. потовых желез, но количество
их на разных участках тела сильно варьируется. Например, на
ладонях и подошвах около 400 потовых желез на 1 см поверхности
кожи, на лбу – около 200, на спине – около 60. Выделение
железами пота происходит постоянно, даже когда на коже не
появляется ни капли. В течение дня выделяется около полулитра
жидкости. В сильную жару потеря жидкости может достигать 3,5 л/ч.

8. Иван Романович Тарханов
1846-1908
Возникновение электрических
потенциалов кожи впервые в мире в
1888 году исследовал русский физиолог,
ученик И.М.Сеченова, Иван Романович
Тарханов. В мировой литературе этот
метод носит название феномена
Тарханова и заключается в усилении
гальванических явлений в коже человека
при раздражении чувств и различных
формах психической деятельности. Он
установил, что любое раздражение,
нанесенное человеку, через 1-10 сек.
латентного периода вызывает сначала
легкое и медленное, а затем все
ускорявшееся отклонение зеркала
гальванометра, часто выходящее за
пределы шкалы. Это отклонение иногда
продолжается еще несколько минут по
прекращении действия раздражителя.
Постепенно зеркало гальванометра
возвращается в исходное положение.

10. ЭлектрокардиограммаЭлектрокардиограмма
Электрокардиография (ЭКГ) – один из методов обследования сердца с
целью диагностики возможных заболеваний и отклонений в его работе.
Регистрация биоэлектрической активности дает возможность получить
информацию о состоянии сердечной мышцы. История появления ЭКГ
уходит корнями в далекий 1856 год, когда немецкими учеными И.
Мюллером и Р. Келликером были впервые обнаружены электрические
явления в сокращающейся сердечной мышце. Первые исследования
проводились на животных. Работа велась на открытом сердце.
1903 г. Эйнтховен впервые записал электрокардиограмму, используя
струйный гальванометр, который в последующем стал прообразом
электрокардиографа.
1924 г. Эйнховен за это открытие стал лауреатом Нобелевской премии.
В состоянии покоя все клетки миокарда снаружи имеют положительный
заряд, поэтому разности потенциалов электродвижущей силы между
отдельными участками миокарда нет и на ЭКГ фиксируется прямая линия
— изоэлектрическая линия.

12. Зубец Р отмечает сигнал, стартующий
в синоатриальном узле. Этот узел
является основным проводником
сердечного ритма: именно здесь
зарождается волна, которая
распространяется по его проводящей
системе. Прежде всего возбуждение
достигает предсердий, которые
сокращаются (интервал PRQ),
накачивая кровью более крупные и
мощные желудочки. Тем временем
сигнал достигает второго
атриовентрикулярного узла, а затем движется по выходящему из него пучку Гиса.
Здесь возбуждение разделяется, распространяясь по двум ножкам, а затем — по
волокнам Пуркинье, заставляя срабатывать желудочки (комплекс QRS). У людей
с хорошо тренированным сердцем пик R может быть еще более выраженным,
чем на картинке. Период ST и пик Т связаны с реполяризацией мышечной ткани
(миокарда) желудочков — восстановлением электрического потенциала
клеточных мембран перед следующим циклом работы. Реполяризуется, конечно,
и миокард предсердий, просто этот процесс на ЭКГ маскируется мощными
скачками QRS.

13. ЭлектроэнцефалограммаЭлектроэнцефалограмма
Ганс Бергер
1873-1941
Начало электроэнцефалографическим
исследованиям положил В. В. Правдич-
Неминский, опубликовав 1913 году первую
электроэнцефалограмму, записанную с мозга
собаки..
Неинвазивный метод исследования
функционального состояния головного мозга
путём регистрации его биоэлектрической
активности.
Первая запись ЭЭГ человека получена
немецким психиатром Гансом Бергером в 1928
году. Он же предложил запись биотоков мозга
называть «электроэнцефалограмма». Работы
Бергера, а также сам метод энцефалографии
получили широкое признание лишь после того,
как в мае 1934 года Эдриан и Мэттьюс впервые
убедительно продемонстрировали «ритм
Бергера» на собрании Физиологического
общества в Кембридже.

14. РитмыРитмы
мозгамозга
- Альфа-ритм 7-13 Hz спокойное
бодрствования с закрытыми
глазами, связан с механизмами
расслабления.
- Бета-ритм 13-40 Hz возникает при
напряженной умственной
деятельности.
-Гамма-ритм > 40 Hz – связывается
с познавательным процессами и
переработкой инфоции.
- Дельта-ритм < 4 Hz
регистрируется у людей во время
фазы глубокого сна, при наличие
опухолей или когда человек
находится в коме.
- Тета-ритм 4-7 Hz так же
регистрируется во сне (REM), кроме
того связывается с запоминанием и
эмоциями.

15. Brain-computer-interfaceBrain-computer-interface
Система, созданная для обмена информацией между мозгом и
электронным устройством. В однонаправленных интерфейсах
внешние устройства могут либо принимать сигналы от мозга, либо
посылать ему сигналы. Двунаправленные интерфейсы позволяют
мозгу и внешним устройствам обмениваться информацией в обоих
направлениях. В основе нейро-компьютерного интерфейса, часто
используется метод биологической обратной связи.

16. К концу 90х годов группе из Института Дюка в
Северной Каролине под руководством
профессора Мигеля Николелиса, удалось
записать активность большого числа
нейронов с обширной области мозга и
поставить им в соответствие различные
движения животных.
Первым живым существом, мозг которого
удалось соединить с компьютером, была
лабораторная крыса. Лишенную воды крысу
научили нажимать лапой кнопку и получать за
это питье. С двигательного центра её мозга
снимались показатели через 48 электродов и
проводилась компьютерная обработка
сигналов.
После этого кнопку отключили и стали
подавать воду тогда, когда активность мозга
соответствовала нажатию на кнопку. Крыса
очень быстро сообразила, что для получения
воды не обязательно физически нажимать на
кнопку, а достаточно об этом подумать.

17. Кохлеарный имплантат — протез, позволяющий компенсировать потерю
слуха людям с тяжелой степенью нейросенсорной тугоухости. Микрофон
отправляет звуки на компьютер, имплантированный под кожу головы,
электроды стимулируют слуховой нерв.

18. На открытии чемпионата мира по футболу первый удар по мячу был
нанесен мальчиком с парализованными ногами. Его поместили в
экзоскелет и не стали вживлять электроды в мозг — активность
считывалась с поверхности черепа с помощью электродов.
https://www.youtube.com/watch?v=CDgkX-JY_wM&feature=youtu.be
https://www.youtube.com/watch?v=w06zvM2x_lw

19. Функциональная магнитно-
резонансная
томография (фМРТ)
Магниторезонансная
Томография (МРТ)
позитронная эмиссионная
томография

20. Транскраниальная магнитнаяТранскраниальная магнитная
стимуляциястимуляция
Метод, позволяющий неинвазивно
стимулировать кору головного мозга при
помощи коротких магнитных импульсов.
Может применяться в для лечения:
моторных нарушений, депрессии,
спастичности, болевых синдромов,
болезни Паркинсона, слуховых
галлюцинаций, обсессивно-
компульсивных расстройств, обострений
шизофрении, наследственных
дегенеративных болезней.