Naše telo sa skladá z nespočetného množstva buniek. Približne 100 000 000 z nich sú neuróny. Čo sú neuróny? Aké sú funkcie neurónov? Zaujíma vás, akú úlohu vykonávajú a čo s nimi môžete robiť? Pozrime sa na to podrobnejšie.
Funkcie neurónov
Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako informácie prechádzajú našim telom? Prečo, ak nás niečo bolí, okamžite nevedome stiahneme ruku späť? Kde a ako spoznáme tieto informácie? To všetko sú akcie neurónov. Ako rozumieme tomu, že toto je studené a toto horúce... a toto je mäkké alebo pichľavé? Neuróny sú zodpovedné za príjem a prenos týchto signálov do celého nášho tela. V tomto článku budeme podrobne hovoriť o tom, čo je neurón, z čoho pozostáva, aká je klasifikácia neurónov a ako zlepšiť ich tvorbu.
Základné pojmy neurónových funkcií
Predtým, ako hovoríme o funkciách neurónov, je potrebné definovať, čo je neurón a z čoho pozostáva.
Chcete vedieť, ako funguje váš mozog? Aké sú vaše kognitívne silné stránky a možné slabé stránky? Existujú príznaky, ktoré naznačujú prítomnosť poruchy? Aké schopnosti je možné zlepšiť? Získajte odpovede na všetky tieto otázky za menej ako 30 – 40 minút
Neurónové spojenia v mozgu riadia zložité správanie. Neuróny sú malé počítačové stroje, ktoré môžu ovplyvňovať iba vtedy, keď sú navzájom prepojené.
Kontrola najjednoduchších prvkov správania (napríklad reflexov) nevyžaduje veľká kvantita neuróny, ale aj reflexy sú často sprevádzané uvedomením si spustenia reflexu. Vedomé vnímanie zmyslových podnetov (a všetkých vyšších funkcií nervového systému) závisí od obrovského množstva spojení medzi neurónmi.
Neurónové spojenia nás robia tým, kým sme. Ich kvalita ovplyvňuje prácu vnútorné orgány, na intelektuálne schopnosti a emocionálnu stabilitu.
"Elektrické vedenie"
Nervové spojenia mozgu sú vodičmi nervového systému. Fungovanie nervového systému je založené na schopnosti neurónu vnímať, spracovávať a prenášať informácie do iných buniek.
Informácie sa prenášajú prostredníctvom ľudského správania a fungovanie jeho tela úplne závisí od prenosu a prijímania impulzov neurónmi prostredníctvom procesov.
Neurón má dva typy procesov: axón a dendrit. Neurón má vždy jeden axón, cez ktorý neurón prenáša impulzy do iných buniek. Impulz dostáva cez dendrity, ktorých môže byť niekoľko.
Mnoho (niekedy desiatky tisíc) axónov iných neurónov je „pripojených“ k dendritom. Dendrit a axón sú v kontakte cez synapsiu.
Neurón a synapsie
Medzera medzi dendritom a axónom je synapsia. Pretože axón je „zdrojom“ impulzu, dendrit je „prijímač“ a synaptická štrbina je miestom interakcie: neurón, z ktorého pochádza axón, sa nazýva presynaptický; neurón, z ktorého pochádza dendrit, je postsynaptický.
Synapsie sa môžu vytvárať medzi axónom a telom neurónu a medzi dvoma axónmi alebo dvoma dendritmi. Mnoho synaptických spojení tvorí dendritická chrbtica a axón. Chrbty sú veľmi plastické, majú mnoho tvarov a môžu rýchlo miznúť a formovať sa. Sú citlivé na chemické a fyzikálne vplyvy (úrazy, infekčné choroby).
V synapsiách sa informácie najčastejšie prenášajú cez mediátory ( chemických látok). Molekuly vysielača sa uvoľňujú na presynaptickej bunke, prechádzajú synaptickou štrbinou a viažu sa na membránové receptory postsynaptickej bunky. Mediátory môžu prenášať excitačný alebo inhibičný (inhibičný) signál.
Neurónové spojenia v mozgu sú spojenie neurónov cez synaptické spojenia. Synapsie – funkčné a konštrukčná jednotka nervový systém. Počet synaptických spojení - kľúčový indikátor pre funkciu mozgu.
Receptory
Receptory si pamätajú vždy, keď hovoria o droge resp závislosť od alkoholu. Prečo sa človek potrebuje riadiť zásadou striedmosti?
Receptor na postsynaptickej membráne je proteín naladený na molekuly vysielača. Keď človek umelo (napríklad drogami) stimuluje uvoľňovanie prenášačov do synaptickej štrbiny, synapsia sa snaží obnoviť rovnováhu: znižuje počet receptorov alebo ich citlivosť. Z tohto dôvodu prestávajú mať prirodzené úrovne koncentrácie vysielačov v synapsii vplyv na nervových štruktúr.
Napríklad, fajčiarov nikotín mení citlivosť receptorov na acetylcholín, dochádza k desenzibilizácii (zníženiu citlivosti) receptorov. Prirodzená úroveň acetylcholín je nedostatočný pre receptory so zníženou citlivosťou. Pretože acetylcholín sa podieľa na mnohých procesoch, vrátane procesov spojených s koncentráciou a pocitom pohodlia, ktoré fajčiar nemôže získať blahodarné účinky fungovanie nervového systému bez nikotínu.
Citlivosť receptorov sa však postupne obnovuje. Aj keď to môže trvať na dlhú dobu, synapsia sa vráti do normálu a osoba už nepotrebuje stimulanty tretích strán.
Rozvoj neurónových sietí
K dlhodobým zmenám v nervových spojeniach dochádza vtedy, keď rôzne choroby(duševné a neurologické – schizofrénia, autizmus, epilepsia, Huntingtonova, Alzheimerova a Parkinsonova choroba). Menia sa synaptické spojenia a vnútorné vlastnosti neurónov, čo vedie k narušeniu nervového systému.
Činnosť neurónov je zodpovedná za rozvoj synaptických spojení. „Použi alebo stratíš“ je princíp mozgu. Čím častejšie neuróny „konajú“, tým viac spojení je medzi nimi, tým menej často, tým menej spojení. Keď neurón stratí všetky svoje spojenia, zomrie.
Kedy priemerná úroveň aktivita neurónov klesá (napríklad v dôsledku poranenia), neuróny budujú nové kontakty a aktivita neurónov sa zvyšuje s počtom synapsií. Platí to aj naopak: akonáhle je úroveň aktivity vyššia ako zvyčajná úroveň, počet synaptických spojení klesá. Podobné formy homeostázy sa často vyskytujú v prírode, napríklad pri regulácii telesnej teploty a hladiny cukru v krvi.
M. Butz M. Butz poznamenal:
Vznik nových synapsií je spôsobený túžbou neurónov udržať si danú úroveň elektrickej aktivity...
Henry Markram, ktorý je zapojený do projektu simulácie neurálneho mozgu, zdôrazňuje vyhliadky tohto odvetvia na štúdium narušenia, opravy a rozvoja nervových spojení. Tím výskumníkov už zdigitalizoval 31-tisíc potkaních neurónov. Nervové spojenia mozgu potkana sú zobrazené na videu nižšie.
Neuroplasticita
Rozvoj nervových spojení v mozgu je spojený s vytváraním nových synapsií a modifikáciou existujúcich. Možnosť modifikácií je spôsobená synaptickou plasticitou - zmenou „sily“ synapsie v reakcii na aktiváciu receptorov na postsynaptickej bunke.
Človek si dokáže zapamätať informácie a učiť sa vďaka narušeniu nervových spojení v mozgu v dôsledku traumatických poranení mozgu a neurodegeneratívne ochorenia v dôsledku neuroplasticity sa nestanú osudnými.
Neuroplasticita je poháňaná potrebou zmeny v reakcii na nové životné podmienky, ale môže vyriešiť problémy človeka a vytvoriť ich. Zmena sily synapsie, napríklad pri fajčení, je tiež odrazom plasticity mozgu. Drogy a obsedantno-kompulzívnej poruchy sa tak ťažko zbavujeme práve kvôli neadaptívnym zmenám synapsií v neurónových sieťach.
Pre neuroplasticitu veľký vplyv majú neurotrofické faktory. N.V. Gulyaeva zdôrazňuje, že rôzne poruchy nervových spojení sa vyskytujú na pozadí poklesu hladín neurotrofínov. Normalizácia hladiny neurotrofínov vedie k obnoveniu nervových spojení v mozgu.
Všetky účinné lieky, používané na liečbu ochorení mozgu, bez ohľadu na ich štruktúru, ak sú účinné, normalizujú lokálne hladiny neurotrofických faktorov tým či oným mechanizmom.
Optimalizácia hladín neurotrofínu sa zatiaľ nedá dosiahnuť priamym podaním do mozgu. Ale človek môže nepriamo ovplyvniť hladiny neurotrofínov prostredníctvom fyzického a kognitívneho stresu.
Fyzické cvičenie
Recenzie výskumov ukazujú, že cvičenie zlepšuje náladu a kogníciu. Dôkazy naznačujú, že tieto účinky sú spôsobené zmenami hladín BDNF a zlepšeným kardiovaskulárnym zdravím.
Vysoké hladiny BDNF sú spojené s najlepší výkon priestorové schopnosti, epizodické a Nízky level BDNF, najmä u starších dospelých, koreluje s hipokampálnou atrofiou a poruchou pamäti, čo môže súvisieť s kognitívnymi problémami, ktoré sa vyskytujú pri Alzheimerovej chorobe.
Pri skúmaní možností liečby a prevencie Alzheimerovej choroby vedci často hovoria o nevyhnutnosti fyzického cvičenia pre ľudí. Štúdie teda ukazujú, že pravidelná chôdza ovplyvňuje veľkosť hipokampu a zlepšuje pamäť.
Fyzické cvičenie zvýšiť rýchlosť neurogenézy. Vznik nových neurónov - dôležitá podmienka na preučenie (získanie nových skúseností a vymazanie starých).
Kognitívna záťaž
Neurónové spojenia v mozgu sa rozvíjajú, keď je človek vystavený prostrediu obohatenému o stimuly. Nové skúsenosti sú kľúčom k zvýšeniu nervových spojení.
Nová skúsenosť je konflikt, keď sa problém nevyrieši prostriedkami, ktoré už mozog má. Preto si musí vytvárať nové spojenia, nové vzorce správania, s čím súvisí zvýšenie hustoty tŕňov, počtu dendritov a synapsií.
Učenie sa novým zručnostiam vedie k formovaniu nových chrbtov a destabilizácii starých spojení chrbtica-axón. Človek si osvojí nové návyky a staré zmiznú. Niektoré štúdie spájajú kognitívne poruchy (ADHD, autizmus, mentálna retardácia) s odchýlkami vo vývoji tŕňov.
Chrbty sú veľmi plastické. Počet, tvar a veľkosť chrbtice sú spojené s motiváciou, učením a pamäťou.
Čas potrebný na zmenu ich tvaru a veľkosti sa meria doslova v hodinách. To však tiež znamená, že nové spojenia môžu rovnako rýchlo zmiznúť. Preto je najlepšie dať prednosť krátkym, ale častým kognitívnym zaťaženiam pred dlhými a zriedkavými.
životný štýl
Diéta môže zlepšiť kognitívny výkon a chrániť nervové spojenia mozgu pred poškodením, podporiť zotavenie z choroby a pôsobiť proti účinkom starnutia. Zdá sa, že zdravie mozgu má pozitívny vplyv na:
- omega-3 (ryby, ľanové semienka, kivi, orechy);
- kurkumín (kari);
- flavonoidy (kakao, zelený čaj, citrusové plody, horká čokoláda);
- vitamíny skupiny B;
— vitamín E (avokádo, orechy, arašidy, špenát, pšeničná múka);
- cholín (kuracie mäso, teľacie mäso, vaječné žĺtky).
Väčšina uvedených produktov nepriamo ovplyvňuje neurotrofíny. Pozitívne účinky stravy sa posilňujú fyzickým cvičením. Okrem toho mierne obmedzenie kalórií v strave stimuluje expresiu neurotrofínov.
Vylúčenie nasýtených tukov a rafinovaného cukru je užitočné pre obnovu a rozvoj nervových spojení. Potraviny s pridanými cukrami znižujú hladinu neurotrofínov, čo negatívne ovplyvňuje neuroplasticitu. A vysoký obsah nasýtených tukov v potravinách dokonca brzdí zotavenie mozgu po traumatickom poranení mozgu.
Medzi negatívnych faktorov ovplyvňujúce nervové spojenia: fajčenie a stres. Fajčenie a dlhodobý stres v V poslednej dobe spojené s neurodegeneratívnymi zmenami. Hoci krátkodobý stres môže byť katalyzátorom neuroplasticity.
Fungovanie nervových spojení závisí aj od spánku. Možno ešte viac ako zo všetkých ostatných uvedených faktorov. Pretože samotný spánok je „cena, ktorú platíme za plasticitu mozgu“ (Spánok je cena, ktorú platíme za plasticitu mozgu. Ch. Cirelli – Ch. Cirelli).
Zhrnutie
Ako zlepšiť nervové spojenia v mozgu? Pozitívny vplyv poskytnúť:
- fyzické cvičenie;
- výzvy a ťažkosti;
- dobrý spánok;
- vyvážená strava.
Negatívne ovplyvňuje:
- tučné jedlá a cukor;
- fajčenie;
- dlhodobý stres.
Mozog je extrémne plastický, ale „vytvarovať“ z neho niečo je veľmi ťažké. Nerád plytvá energiou na zbytočnosti. K najrýchlejšiemu rozvoju nových spojení dochádza v konfliktnej situácii, keď človek nie je schopný vyriešiť problém známymi metódami.
Neuveriteľné fakty
Ľudské telo je neuveriteľné zložité a mätúce systém, ktorý napriek tisíckam rokov medicínskych poznatkov stále mätie lekárov a výskumníkov.
V dôsledku toho bizarné a niekedy neuveriteľné fakty naše telo.
Mozog je najzložitejšia a najmenej pochopená časť ľudskej anatómie. Možno o ňom veľa nevieme, no tu je zopár veľmi zaujímavosti, ktorý známy.
Rýchlosť impulzov v mozgu
Nervové impulzy prechádzajú mozgom rýchlosťou 273 km za hodinu.
Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo tak rýchlo reagujete na to, čo sa okolo vás deje? Prečo zranený prst okamžite bolí? Je to spôsobené extrémne rýchlym pohybom nervových impulzov z mozgu do častí vášho tela a naopak. Vďaka tomu je rýchlosť reakcie nervových impulzov porovnateľná s rýchlosťou výkonného luxusného športového auta.
Energia mozgu
Mozog produkuje energiu ekvivalentnú žiarovke 10 wattov. Karikatúry, v ktorých majú postavy pri premýšľaní nad hlavou visiacu žiarovku, nie sú príliš ďaleko od pravdy. Váš mozog dokonca generuje toľko energie ako malá žiarovka Keď spíš.
Medzitým je mozog orgánom s najvyššou spotrebou energie. Trvá to asi 20% energie, zároveň sú to 2 %. Celková váha telá. Veľká časť tejto energie sa vynakladá na výmenu informácií medzi neurónmi a medzi neurónmi a astrocytmi (typ bunky).
Pamäť mozgu
Ľudské mozgové bunky môžu skladovať 5-krát viac informácií než britské alebo iné encyklopédie.
Vedci ešte nepoznajú konečné čísla, ale odhadovaná kapacita mozgu v elektronickej podobe je približne 1000 terabajtov.
Napríklad Národný archív Spojeného kráľovstva, ktorý obsahuje historické záznamy za 900 rokov, zaberá iba 70 terabajtov. Vďaka tomu je ľudská pamäť pôsobivo priestranná.
Kyslík v mozgu
Používa váš mozog 20 % kyslíka, ktoré dýchaš. Napriek malej hmotnosti mozgu spotrebuje viac kyslíka ako ktorýkoľvek iný orgán v ľudskom tele.
Vďaka tomu je mozog veľmi citlivý na poškodenie spojené s nedostatkom kyslíka. Preto má rád, keď zhlboka dýchate.
Ak sa zvýši prísun kyslíka do mozgu, tak tie oblasti mozgu, ktoré pri slabom prietoku krvi nefungovali, sa začnú aktivovať a proces starnutia a bunkovej smrti sa spomalí.
Zaujímavý fakt! Krčné tepny majú vetvy do drobných cievok vo vnútri lebky, ktoré tvoria zložitú a úžasnú sieť kapilár. Ide o veľmi tenké krvné tunely, ktoré zabezpečujú prístup krvi do najmenších oblastí mozgu a poskytujú potrebné množstvo neuróny a kyslík.
Funkcia mozgu počas spánku
Mozog je aktívnejší v noci, než cez deň. Logicky môžeme predpokladať, že počas pracovného dňa realizujeme myšlienkové pochody, zložité výpočty a úlohy, ktoré by si vyžadovali väčšiu mozgovú aktivitu ako povedzme ležanie v posteli.
Ukazuje sa, že platí aj opak. Hneď ako zaspíš, mozog pokračuje v práci. Vedci ešte úplne nevedia, prečo je to tak, no za všetky sny by sme mali byť tomuto orgánu vďační.
Zaujímavý fakt! IN rané detstvo nie je rozdiel medzi spánkom a bdením. To sa vysvetľuje miestom myslenia v mozgu. V detstve sa vyskytujú takmer všetky myšlienkové pochody v pravej hemisfére. Dieťa prežíva svet prostredníctvom obrazov. Preto sú spomienky dieťaťa svojou štruktúrou podobné snom.
Zrelé dieťa sa učia hotové a určité pojmy, ktoré „upchávajú“ náš mozog. Preto dochádza k asymetrii nášho mozgu. Ľavá hemisféra je pri dennej práci preťažená. Zdá sa, že situácia sa vyrovnáva počas spánku, kedy ľavá hemisféra„zaspí“ a pravica začne aktívne konať a ponorí nás do sveta imaginatívneho myslenia.
Funkcia mozgu počas snívania
Vedci tvrdia, že čím vyššie je I.Q. človek, tým viac sníva.
To samozrejme môže byť pravda, ale neberte takéto vyhlásenie ako nedostatok myšlienok, ak si nemôžete spomenúť na svoje sny. Väčšina z nás si veľa snov nepamätá. Koniec koncov, čas väčšiny snov, na ktoré myslíme, je 2-3 sekundy, a to sotva stačí na to, aby ich mozog zaregistroval.
Zaujímavý fakt! Vedci uskutočnili experiment, ktorý zistil, že mozog je oveľa aktívnejší u ľudí, keď sníva než sa sústrediť na monotónnu prácu.
V momente, keď sa začína proces snívania, väčšina častí mozgu začne intenzívne pracovať. Preto môžeme konštatovať, že sny pomáhajú pri riešení všetky dôležité problémy.
Počet neurónov v mozgu
Počet neurónov v mozgu neustále rastie počas ľudského života.
Vedci a lekári dlhé roky verili, že mozog a nervové tkanivo nemôže rásť ani opravovať. Ale ukázalo sa, že mozog funguje rovnako ako tkanivá mnohých iných častí tela. Preto počet neurónov môže neustále rásť.
Pre tvoju informáciu! Neuróny sú základ akýkoľvek nervový systém. Sú to špeciálne bunky, v ktorých sa stromovité procesy rozchádzajú vo všetkých smeroch a prichádzajú do kontaktu so susednými bunkami, ktoré majú rovnaké procesy. To všetko tvorí obrovský chemické a elektrické siete, čo je náš mozog.
Neuróny sú to, čo umožňuje mozgu robiť rôzne akcie oveľa efektívnejšie a rýchlejšie ako ktorýkoľvek stroj, ktorý bol kedy vytvorený.
Mozog necíti bolesť
Samotný mozog nemôže cítiť bolesť. Zatiaľ čo mozog je centrom spracovania bolesti, keď si porežete prst alebo sa popálite nemá receptory bolesti a necíti bolesť.
Mozog je však obklopený mnohými tkanivami, nervami a cievy ktoré sú veľmi náchylné na bolesť a môžu vám spôsobiť bolesti hlavy.
Avšak, bolesti hlavy majú rôzne druhy, A presné dôvody pôvod mnohých zostáva nejasný.
Ľudský mozog a voda
80% mozog pozostáva z voda. Váš mozog nie je pevná šedá hmota, ktorú vidíte v televízii. Je to mäkké a ružové tkanivo vďaka pulzujúcej krvi a vysoký obsah voda.
Takže, keď cítite smäd, je to aj preto mozog vyžaduje vodu.
Zaujímavý fakt! Priemerný ľudský mozog váži 1,4 kg a je mimoriadne citlivý na stratu vody. Ak je mozog dlhodobo dehydratovaný, jeho správna existencia zanikne.
S mojou víziou, ako funguje mozog a čo možné spôsoby vytvorenie umelej inteligencie. Odvtedy sa dosiahol významný pokrok. Niektoré veci boli lepšie pochopené, niektoré boli modelované na počítači. Čo je pekné, na projekte sa aktívne podieľajú ľudia s podobným zmýšľaním.
V tejto sérii článkov plánujeme hovoriť o koncepte inteligencie, na ktorom práve pracujeme, a ukázať niektoré riešenia, ktoré sú zásadne nové v oblasti modelovania fungovania mozgu. Ale aby bolo rozprávanie jasné a konzistentné, bude obsahovať nielen popis nových myšlienok, ale aj príbeh o práci mozgu vo všeobecnosti. Niektoré veci, najmä na začiatku, sa môžu zdať jednoduché a známe, ale odporúčal by som vám, aby ste ich nepreskakovali, pretože do značnej miery určujú celkový dôkaz rozprávania.
Pochopenie mozgu
Nervové bunky, známe aj ako neuróny, spolu s ich vláknami, ktoré prenášajú signály, tvoria nervový systém. U stavovcov je väčšina neurónov sústredená v lebečnej dutine a miechovom kanáli. Toto sa nazýva centrálne nervový systém. V súlade s tým hlava a miecha ako jeho súčasti.
Miecha zhromažďuje signály z väčšiny telesných receptorov a prenáša ich do mozgu. Prostredníctvom štruktúr talamu sú distribuované a premietané do mozgovej kôry.
Okrem mozgových hemisfér spracováva informácie aj mozoček, ktorý je v podstate malým nezávislým mozgom. Mozoček zabezpečuje jemnú motoriku a koordináciu všetkých pohybov.
Zrak, sluch a čuch poskytujú mozgu prúd informácií o vonkajšom svete. Každá zo zložiek tohto toku, ktorá prešla vlastným traktom, sa tiež premieta do kôry. Kôra je vrstva šedej hmoty s hrúbkou 1,3 až 4,5 mm, ktorá tvorí vonkajší povrch mozog V dôsledku záhybov tvorených záhybmi je kôra zabalená tak, že zaberá trikrát menšiu plochu ako keď je sploštená. Celková plocha kôry jednej pologule je približne 7000 cm2.
V dôsledku toho sa všetky signály premietajú do kôry. Projekcia sa uskutočňuje pomocou zväzkov nervových vlákien, ktoré sú rozmiestnené v obmedzených oblastiach kôry. Oblasť, na ktorú sa premietajú externé informácie alebo informácie z iných častí mozgu, tvorí zónu kôry. Podľa toho, aké signály takáto zóna prijíma, má svoju špecializáciu. Existuje motorická kôra, senzorická zóna, Brocova oblasť, Wernickeho oblasť, zraková oblasť, okcipitálny lalok, celkovo asi sto rôznych zón.
Vo vertikálnom smere je kôra zvyčajne rozdelená do šiestich vrstiev. Tieto vrstvy nemajú jasné hranice a sú určené prevahou jedného alebo druhého typu buniek. V rôznych zónach kôry môžu byť tieto vrstvy vyjadrené rôzne, silnejšie alebo slabšie. Vo všeobecnosti však môžeme povedať, že kôra je celkom univerzálna a predpokladáme, že fungovanie jej rôznych zón sa riadi rovnakými princípmi.
Vrstvy kôry
Signály prechádzajú cez aferentné vlákna do kôry. Dosahujú úrovne III a IV kôry, kde sú rozdelené medzi neuróny najbližšie k miestu, kde vstúpilo aferentné vlákno. Väčšina neurónov má axónové spojenia vo svojej kortikálnej oblasti. Ale niektoré neuróny majú axóny, ktoré presahujú. Pozdĺž týchto eferentných vlákien smerujú signály buď mimo mozog, napríklad do výkonných orgánov, alebo sa premietajú do iných častí kôry vlastnej alebo inej hemisféry. V závislosti od smeru prenosu signálu sa eferentné vlákna zvyčajne delia na:
- asociatívne vlákna, ktoré spájajú jednotlivé oblasti kôry jednej hemisféry;
- komisurálne vlákna, ktoré spájajú kôru dvoch hemisfér;
- projekčné vlákna, ktoré spájajú kôru s jadrami dolných častí centrálneho nervového systému.
Mozgovú kôru si môžete predstaviť ako veľké plátno, rozrezané na samostatné zóny. Vzorec aktivity neurónov v každej zóne kóduje určité informácie. Zväzky nervových vlákien tvorené axónmi presahujúcimi ich kortikálnu zónu tvoria systém projekčných spojení. Do každej zóny sa premietajú určité informácie. Jedna zóna môže navyše súčasne prijímať niekoľko informačných tokov, ktoré môžu pochádzať z oboch zón vlastnej aj z opačnej hemisféry. Každý prúd informácií je ako jedinečný obraz nakreslený aktivitou axónov nervového zväzku. Fungovanie samostatnej zóny kôry je príjem viacerých projekcií, zapamätanie si informácií, ich spracovanie, vytvorenie vlastného obrazu o činnosti a ďalšie premietanie informácií vyplývajúcich z práce tejto zóny.
Významnú časť mozgu tvorí biela hmota. Tvoria ho axóny neurónov, ktoré vytvárajú rovnaké projekčné dráhy. Na obrázku nižšie je bielu hmotu vidieť ako svetlú výplň medzi kôrou a vnútornými štruktúrami mozgu.
Distribúcia Biela hmota na prednom úseku mozgu
Pomocou difúzneho spektrálneho MRI bolo možné sledovať smer jednotlivých vlákien a konštruovať 3D model konektivitu kortikálnych zón (projekt Connectomics).
Obrázky nižšie poskytujú dobrú predstavu o štruktúre spojení (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012).
Pohľad z ľavej hemisféry
Pohľad zozadu
Pravý pohľad
Mimochodom, pri pohľade zozadu je jasne viditeľná asymetria projekčných dráh ľavej a pravej hemisféry. Táto asymetria do značnej miery určuje rozdiely vo funkciách, ktoré hemisféry získavajú pri učení.
Neuron
Základom mozgu je neurón. Prirodzene, modelovanie mozgu pomocou neurónových sietí začína odpoveďou na otázku, aký je princíp jeho fungovania.
Fungovanie skutočného neurónu je založené na chemických procesoch. V stave pokoja medzi vnútornou a vonkajšie prostredie neurón existuje potenciálny rozdiel - membránový potenciál, ktorý je asi 75 milivoltov. Vzniká vďaka práci špeciálnych proteínových molekúl, ktoré pôsobia ako sodno-draselné pumpy. Tieto pumpy, využívajúce energiu nukleotidu ATP, poháňajú draselné ióny dovnútra a sodíkové ióny von z bunky. Keďže proteín pôsobí ako ATPáza, teda enzým, ktorý hydrolyzuje ATP, nazýva sa „sodno-draselná ATPáza“. V dôsledku toho sa neurón zmení na nabitý kondenzátor so záporným nábojom vo vnútri a kladným nábojom zvonka.
Neurónový diagram (Mariana Ruiz Villarreal)
Povrch neurónu je pokrytý procesmi vetvenia nazývanými dendrity. Dendrity susedia s koncami axónov iných neurónov. Miesta, kde sa spájajú, sa nazývajú synapsie. Prostredníctvom synaptickej interakcie je neurón schopný reagovať na prichádzajúce signály a za určitých okolností generovať vlastný impulz, nazývaný hrot.
K prenosu signálu na synapsiách dochádza v dôsledku látok nazývaných neurotransmitery. Keď nervový impulz vstúpi do synapsie pozdĺž axónu, uvoľní molekuly neurotransmiterov charakteristické pre túto synapsiu zo špeciálnych vezikúl. Na membráne neurónu prijímajúceho signál sú proteínové molekuly - receptory. Receptory interagujú s neurotransmitermi.
Chemická synapsia
Receptory umiestnené v synaptickej štrbine sú ionotropné. Tento názov zdôrazňuje skutočnosť, že sú to aj iónové kanály schopné pohybovať iónmi. Neurotransmitery pôsobia na receptory tak, že sa ich iónové kanály otvoria. V súlade s tým sa membrána buď depolarizuje alebo hyperpolarizuje, v závislosti od toho, ktoré kanály sú ovplyvnené, a podľa toho o aký typ synapsie ide. V excitačných synapsiách sa otvárajú kanály, ktoré umožňujú vstup katiónov do bunky - membrána je depolarizovaná. V inhibičných synapsiách sa otvárajú kanály, ktoré vedú anióny, čo vedie k hyperpolarizácii membrány.
Za určitých okolností môžu synapsie zmeniť svoju citlivosť, čo sa nazýva synaptická plasticita. To vedie k tomu, že synapsie jedného neurónu získavajú rôznu citlivosť na vonkajšie signály.
Zároveň do synapsií neurónu prichádza veľa signálov. Inhibičné synapsie ťahajú membránový potenciál smerom k akumulácii náboja vo vnútri bunky. Naopak, aktiváciou synapsií sa pokúste vybiť neurón (obrázok nižšie).
Excitácia (A) a inhibícia (B) gangliovej bunky sietnice (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Keď celková aktivita prekročí iniciačný prah, dôjde k výboju nazývanému akčný potenciál alebo špička. Hrot je prudká depolarizácia neurónovej membrány, ktorá generuje elektrický impulz. Celý proces generovania impulzu trvá približne 1 milisekundu. Navyše ani trvanie, ani amplitúda impulzu nezávisia od toho, aké silné boli dôvody, ktoré ho spôsobili (obrázok nižšie).
Zaznamenávanie akčného potenciálu gangliovej bunky (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Po špičke poskytujú iónové čerpadlá znovu zachytiť neurotransmiter a vyčistenie synaptickej štrbiny. Počas refraktérneho obdobia, ktoré nastáva po špičke, neurón nie je schopný generovať nové impulzy. Trvanie tohto obdobia určuje maximálnu frekvenciu streľby, ktorej je neurón schopný.
Hroty, ktoré vznikajú v dôsledku aktivity na synapsiách, sa nazývajú evokované. Vyvolaná rýchlosť špičiek kóduje, ako dobre sa prichádzajúci signál zhoduje s nastavením citlivosti synapsií neurónu. Keď prichádzajúce signály dorazia presne na citlivé synapsie, ktoré aktivujú neurón, a to nie je rušené signálmi prichádzajúcimi do inhibičných synapsií, odozva neurónu je maximálna. Obraz, ktorý je popísaný takýmito signálmi, sa nazýva charakteristický stimul pre neurón.
Samozrejme, myšlienka fungovania neurónov by sa nemala príliš zjednodušovať. Informácie medzi niektorými neurónmi sa môžu prenášať nielen hrotmi, ale aj kanálmi, ktoré spájajú ich vnútrobunkový obsah a prenášajú ich elektrický potenciál priamo. Toto šírenie sa nazýva postupné a samotné spojenie sa nazýva elektrická synapsia. Dendrity sa v závislosti od vzdialenosti od tela neurónu delia na proximálne (blízke) a distálne (vzdialené). Distálne dendrity môžu tvoriť časti, ktoré pôsobia ako poloautonómne prvky. Okrem synaptických dráh excitácie existujú extrasynaptické mechanizmy, ktoré spôsobujú metabotropné hroty. Okrem vyvolanej aktivity existuje aj spontánna aktivita. Nakoniec, neuróny mozgu sú obklopené gliovými bunkami, ktoré majú tiež významný vplyv na prebiehajúce procesy.
Dlhá cesta evolúcie vytvorila mnoho mechanizmov, ktoré mozog pri svojej práci využíva. Niektoré z nich možno pochopiť samy o sebe, význam iných sa vyjasní až pri zvažovaní pomerne zložitých interakcií. Preto by ste vyššie uvedený popis neurónu nemali brať ako vyčerpávajúci. Aby sme mohli prejsť k hlbším modelom, musíme najprv pochopiť „základné“ vlastnosti neurónov.
V roku 1952 Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley opísali elektrické mechanizmy, ktoré určujú tvorbu a prenos nervových signálov v axóne obrieho chobotnice (Hodgkin, 1952). Čo sa posudzovalo nobelová cena v odbore fyziológia alebo medicína v roku 1963. Hodgkin-Huxleyho model opisuje správanie neurónu systémom obyčajných diferenciálne rovnice. Tieto rovnice zodpovedajú procesu autovln v aktívnom médiu. Zohľadňujú mnohé zložky, z ktorých každá má svoj vlastný biofyzikálny analóg v reálnej bunke (obrázok nižšie). Iónové čerpadlá zodpovedajú zdroju prúdu I p. Vnútorná lipidová vrstva bunková membrána tvorí kondenzátor s kapacitou C m. Iónové kanály synaptických receptorov poskytujú elektrickú vodivosť gn, ktorá závisí od dodávaných signálov, meniacich sa s časom t a celkovej hodnoty membránový potenciál V. Zvodový prúd pórov membrány vytvára vodič g L . K pohybu iónov cez iónové kanály dochádza pod vplyvom elektrochemických gradientov, ktoré zodpovedajú napäťovým zdrojom s elektromotorickými silami E n a EL .
Hlavné komponenty modelu Hodgkin-Huxley
Prirodzene, pri vytváraní neurónových sietí existuje túžba zjednodušiť model neurónov a ponechať v ňom len tie najpodstatnejšie vlastnosti. Najznámejším a najpopulárnejším zjednodušeným modelom je McCulloch-Pitts umelý neurón, vyvinutý začiatkom štyridsiatych rokov minulého storočia (McCulloch J., Pitts W., 1956). 
Formálny McCulloch-Pittsov neurón
Na vstupy takéhoto neurónu sa posielajú signály. Tieto signály sú vážene sčítané. Ďalej sa na túto lineárnu kombináciu aplikuje nejaká nelineárna aktivačná funkcia, napríklad sigmoidálna. Logistická funkcia sa často používa ako sigmoidná funkcia: 
Logistická funkcia
V tomto prípade sa aktivita formálneho neurónu zapíše ako
V dôsledku toho sa takýto neurón zmení na prahovú sčítačku. Pri dostatočne strmej prahovej funkcii je výstupný signál neurónu buď 0 alebo 1. Vážený súčet vstupného signálu a váh neurónu je konvolúciou dvoch obrazov: obrazu vstupného signálu a obrazu opísaného váhami neurónu. Čím presnejšia je zhoda medzi týmito obrázkami, tým vyšší je výsledok konvolúcie. To znamená, že neurón v podstate určuje, nakoľko je dodaný signál podobný obrazu zaznamenanému na jeho synapsiách. Keď hodnota konvolúcie prekročí určitú úroveň a prahová funkcia sa prepne na jednu, môže to byť interpretované ako rozhodujúce vyhlásenie neurónu, že rozpoznal prezentovaný obraz.
Skutočné neuróny sú skutočne trochu podobné McCulloch-Pittsovým neurónom. Amplitúda ich špičiek nezávisí od toho, aké signály na synapsiách ich spôsobili. Spike buď existuje, alebo nie. Ale skutočné neuróny reagujú na podnet nie jediným impulzom, ale sledom impulzov. V tomto prípade je frekvencia impulzov vyššia, čím presnejšie sa rozpozná charakteristický obraz neurónu. To znamená, že ak vybudujeme neurónovú sieť z takýchto prahových sčítačiek, potom so statickým vstupným signálom, hoci to dá nejaký výstupný výsledok, bude tento výsledok ďaleko od reprodukovania toho, ako fungujú skutočné neuróny. Aby sme priblížili neurónovú sieť biologickému prototypu, budeme musieť simulovať prácu v dynamike, berúc do úvahy časové parametre a reprodukovať frekvenčné vlastnosti signálov.
Ale môžete ísť aj inou cestou. Môžeme napríklad identifikovať zovšeobecnenú charakteristiku aktivity neurónu, ktorá zodpovedá frekvencii jeho impulzov, teda počtu špičiek za určité časové obdobie. Ak prejdeme k tomuto popisu, môžeme si neurón predstaviť ako jednoduchú lineárnu sčítačku.
Lineárna sčítačka
Výstupné a podľa toho aj vstupné signály pre takéto neuróny už nie sú dichatomické (0 alebo 1), ale sú vyjadrené určitou skalárnou veličinou. Aktivačná funkcia sa potom zapíše ako
Lineárna sčítačka by nemala byť vnímaná ako niečo zásadne odlišné v porovnaní s spiking neurónom, jednoducho umožňuje posúvať sa do dlhších časových intervalov pri ich modelovaní alebo popisovaní. A hoci je popis impulzu správnejší, prechod na lineárnu sčítačku je v mnohých prípadoch odôvodnený výrazným zjednodušením modelu. Navyše, niektoré dôležité vlastnosti, ktoré je ťažké vidieť v spiking neuróne, sú celkom zrejmé pre lineárnu sčítačku.
Ľudský mozog je najproduktívnejší v živej prírode. Tvorí až 2,5 % telesnej hmotnosti a je schopný sa počas života vyvíjať. Ak sa pozriete na mozog z vedeckého hľadiska, je jasné, že každý človek je skutočný nadčlovek. Neuróny sú rýchlejšie ako sokol sťahovavý, neschopnosť štekliť sa a žonglovanie namiesto nootropík – T&P zozbierali 10 faktov o ľudskom mozgu, ktoré môžu zmeniť naše chápanie seba samých.
Váš mozog sa skladá z približne 100 miliárd neurónov. Ak by každý z nich bol hviezdou, tretina galaxie by sa zmestila do lebky mliečna dráha. V mozgu je päť oddelení: dreň zadný mozog, ktorý zahŕňa cerebellum a mostík, stredný mozog, diencephalon a predný mozog, zastúpené mozgových hemisfér. Každý z nich vykonáva desiatky a dokonca stovky rôznych funkcií.
Rýchlosť prenosu informácií vo vašom mozgu môže dosiahnuť 432 km/h. Pre porovnanie, rýchlosť vlakov Sapsan medzi Moskvou a Petrohradom je asi 250 km/h. Ak by sa Sapsan pohyboval tak rýchlo, ako pracuje váš mozog, prekonal by vzdialenosť medzi týmito dvoma mestami za 1 hodinu 36 minút.
Priemerný počet myšlienok ktoré vám každý deň prídu na um – asi 70 000 Pri takejto aktivite je mozog nútený neustále zabúdať na nepotrebné informácie, aby sa nepreťažil a ochránil sa pred nepríjemnými emocionálnymi zážitkami. To vám umožní rýchlejšie myslieť a ľahšie absorbovať nové informácie.
Avšak v priebehu vášho života, váš dlhodobý pamäť môže uložiť až 1 kvadrilión (1 milión miliárd) jednotlivých bitov informácií . To zodpovedá 25 000 DVD.
Keď je mozog v bdelom stave, produkuje 10 až 23 wattov energie. To stačí na napájanie žiarovky. Preto tento predmet plne ospravedlňuje svoj status tradičného symbolu náhľadov a nových myšlienok.
Nové fyzické spojenia medzi neurónmi sa vytvárajú zakaždým, keď si na niečo spomeniete. Dá sa to robiť nielen v bdelom stave, ale aj vo fáze REM spánok. Vedci zistili, že v ňom je človek schopný zvládnuť nové informácie a vykonávať neznáme úlohy (napríklad zapamätať si hudobné skladby). Počas REM spánku sa uvoľňujú veľké svaly tela, zvyšuje sa mozgová aktivita a očné buľvy začnite sa aktívne pohybovať pod viečkami. Každú noc zažijete 9 až 12 „rýchlych“ fáz. Celkovo tvoria 20 až 25 % nočného spánku. To znamená, že z 80 rokov života človek strávi v tomto stave od 5 do 6,5 roka.
Váš mozog prestane aktívne rásť a stane sa „dospelým“ vo veku 18 rokov. Neprestáva sa však rozvíjať. Zručnosti socializácie a komunikácie s inými ľuďmi, za ktoré je zodpovedná prefrontálna kôra, sú obzvlášť vhodné na tréning. Môže rásť až 40 rokov alebo dlhšie. Schopnosť rásť po celý život sa zachováva aj v iných oblastiach: napríklad v hipokampe, ktorý je zodpovedný za pamäť. Výskum uskutočnený v Spojenom kráľovstve ukázal, že londýnski taxikári, ktorí dobre poznajú mesto, majú v priemere väčšiu oblasť mozgu ako ľudia v iných profesiách. Obzvlášť masívne to bolo medzi vodičmi, ktorí v meste pracovali najviac rokov.
Mýtus, že využívate len 10% svojho mozgu, nie je pravdivý. Každá časť mozgu má známu funkciu. Napríklad vďaka práci dvoch miniatúrnych oblastí nazývaných amygdala, ktoré sa nachádzajú vo vnútri temporálnych lalokov mozgu, dokážete bez slov rozpoznať pocity na tvárach iných ľudí a ich nálady. Ale túžba smiať sa na vtipe vyžaduje použitie päťky rôznych oblastiach mozgu.
Máte nielen päť známych zmyslov: zrak, sluch, hmat, čuch a chuť. Máte tiež metazmysel nazývaný propriocepcia , ktorá spája znalosti vášho mozgu o tom, čo robia vaše svaly, s vašim pocitom veľkosti, tvaru a polohy vášho tela v priestore. Vďaka propriocepcii viete, kde sú časti vášho tela vo vzájomnom vzťahu a môžu oči zatvorené dotknite sa špičky nosa prstom. Ale šteklenie seba samého je nemožné: váš mozog je schopný rozlíšiť vaše vlastné dotyky od vonkajších dotykov, aj keď tie druhé očakávate.
Každodenné žonglovanie môže zmeniť váš mozog už za sedem dní : V parietálnych lalokoch by ste mali viac bielej hmoty, ktorá je zodpovedná za koordináciu pohybov. To dokazuje, že mozog sa dokáže veľmi rýchlo rozvíjať a adaptovať.
