Современные воззрения на нейроонтогенез человека

Проблема зрелости систем или самоорганизации самих систем в ХХI в. становится одной из центральных проблем науки. Но что представляет собой система? В.Н.Садовский в книге «Основание общей теории систем: логико-методологический анализ» приводит около 40 определений понятия «система», получивших наибольшее распространение в литературе. Мы же выделим из совокупности имеющихся определений базисное и наиболее простое, что немаловажно в целях дальнейшего изучения указанного понятия. Таковым могут стать определения, данные одним из основоположником общей теории систем Л.Берталанфи. Система – это комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, в котором функционирование каждого элемента подчинено необходимости сохранения целого. Состояние системы – упорядоченная совокупность значений характеристик, определяющих ход процессов, происходящих в системе. Элемент системы – это часть системы, рассматриваемая в каждом конкретном исследовании как простейшая, имеющая связи с другими элементами, в том числе и с элементами того же вида.

Терминология, выработанная в этих областях исследования, приобрела общенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации (функциональная и структурная зрелость). Решение этой задачи берет на себя научная дисциплина, именуемая синергетикой. Ее основоположниками считается Г.Хакен и И.Пригожин. Закономерности явлений самоорганизации распространяются на все системы – на физические, химические, биологические, психические и социальные. Г.Хакен и И.Пригожин делают акцент, прежде всего, на процессуальности систем. Все процессы, протекающие в различных системах, могут быть подразделены на два типа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие у к становлению равновесного состояния, которое при определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса, и во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации. Основными характеристиками первого типа процессов является равновесность и линейность, главными характеристиками второго типа процессов, в которых проявляется способность к самоорганизации и возникновению диссипативных структур, является неравновесность и нелинейность. Постулирование универсальности неравновесных и нелинейных процессов позволяет ей претендовать на статус общеметодической дисциплины, сопоставление с теорией систем и кибернетикой. По мнению ряда ученых, возникновение синергетики, возможно, знаменует начало научной революции, поскольку она не просто вводит новую систему понятий, но и меняет стратегию научного познания, способствует выработке принципиально новой научной картины мира и ведет к новой интерпретации многих фундаментальных принципов естествознания. Суть предлагаемых изменений в стратегии научного познания, по мнению основателей новой науки, заключается в следующем. Традиционная наука в изучении мира делала акцент на замкнутых системах, обращая особое внимание на устойчивость, порядок, однородность. Все эти установки как бы характеризуют парадигмальное основание и способ подхода к изучению природных ресурсов традиционной науки. Синергетический подход акцентирует внимание ученых на открытых системах, неупорядоченности, неутойчивости, неравновесности, нелинейных отношениях. Это не просто дополнительный в «боровском» смысле взгляд на мир, а доминантный взгляд, который должен характеризовать науку будущего. По мнению И.Пригожина синергетический взгляд на мир ведет к революционным измениям в нашем понимании случайности и необходимости, необратимости природных процессов, позволяет дать принципиально новое истолкование энтропии и радикально меняет наше представление о времени. Предисловие к английскому изданию книги «Порядок из хаоса» И.Пригожин публикует под заголовком «новый диалог человека с природой». Свое понимание феномена зрелости системы И.Пригожин связывает с понятием диссипативной структуры – структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах. Классическими примерами таких структур являются такие явления, как турбулентное движение (физические законы), «химические часы» или реакция Белоусова – Жаботинского (химические законы), бластоматозный процесс или опухоль (биологические законы), стиль поведения или мода (психологические законы), «стихия толпы» или забастовка (социальные законы). В книге И.Пригожина и И.Стенгерс «Порядок из хаоса» процесс возникновения диссипативных структур объясняется следующим образом. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, ее элементы (например, радикалы, ионы или молекулы газа) ведут себя независимо друг от друга, как бы в состоянии гипнотического сна, и авторы работы условно называют их генами. В силу этой независимости к образованию упорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравновесное «возбужденное» состояние, ситуация меняется. Элементы такой системы «просыпаются от сна» и начинают действовать согласованно. Между ними возникают корреляции, когерентное взаимодействие. В результате и возникает то, что И.Пригожин называет диссипативной системой. После своего возникновения такая структура не теряет резонансное возбуждение, которое ее и порождает, и одним из самых удивительных свойств такой структуры является ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором генерации и фактором отбора различных структурных конфигураций. Материальная система такого типа включается в процесс структурогенеза или самоорганизации. Если предполагается, что именно неравновесность является естественным состоянием всех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление к самоорганизации как имманентное свойство неравновесных процессов. Схематическое описание возникновения диссипативных структур и связанного с ними процесса структурогенеза объясняет и название дисциплины. Термин «синергетика» от греческого «синергия», которое означает содействие, сотрудничество. Именно «совместное действие» или когерентное поведение элементов диссипативных структур и является тем феноменом, который характеризует процессы самоорганизации.

К какому бы виду ни относился организм среди позвоночных, к моменту его рождения нервная система способна управлять лишь элементарными формами деятельности, необходимыми для поддержания жизни. Наблюдения за развитием животных или человека в внутриутробном периоде позволяют проследить процесс становления их двигательного, поведенческого и голосового стереотипа на разных стадиях (уровень раздражимости, рефлекса и инстинкта) структурного совершенствования мозга. Это способствует познанию нейрофизиологических, психологических и лингвистических основ сложных (уровень сознания, личности и индивидуальности) форм деятельности зрелого мозга. Еще в позапрошлом веке сложилось представление, что жизнедеятельность новорожденного организма обеспечивается приспособительными механизмами, которые опосредуются деятельностью подкорки. На основании наблюдений над развивающимися кроликами и морскими свинками W. Preyer (1885) пришел к выводу, что относительно момента рождения кора еще долго не вовлекается в контроль соматических реакций. Еще раньше О.Soltman (1877) нашел, что у новорожденных щенят все движения, включая и сосательные, остаются ненарушенными после удаления не только всех полушарий, но и зрительного бугра и даже четверохолмия. Результаты последующих исследований, вплоть до настоящего времени, не опровергли этих положений. Морфологические исследования показывают, что у высших животных и человека пирамидные пути, а также части экстрапирамидного пути, от коры до среднего мозга, к моменту рождения еще не созревают, и только связи между зрительным бугром и бледным шаром оказываются более или менее полноценными. J.Conel (1939), описывая гистологические особенности структур новорожденного ребенка, отмечал, помимо минимального развития синаптических образований в коре больших полушарий, а также и минимальную миелинизацию. В клетках коры отсутствуют глыбки базофильного вещества (тельца Ниссля) при наличии их к этому периоду развития в клетках мозгового ствола и спинного мозга. В постнатальном периоде у животных наблюдается ряд других признаков отсутствия функционирования этого отдела мозга. Незавершенность дифференциации нервных клеток коры больших полушарий у новорожденного ребенка отмечал Г.И.Поляков (1949). В своей книге «Особенности деятельности мозга ребенка» A.Peiper (1956) привел многочисленные доказательства отсутствия функционирования у грудного ребенка не только коры, но и ближайших к ней подкорковых образований. Указывая на отрицательные стороны физиологических экспериментов с удалением коры больших полушарий, А.Peiper писал, что «в лице грудного ребенка природа подарила нам возможность наблюдать поврежденные стадии развития, при которых высшие центры, вследствие незрелости, ещё не работают». В настоящее время считается установленным, что условные (привитые) инстинкты у высших животных и человека могут образовываться вскоре после рождения. Это является неоспоримым доказательством связи между сенсорной стимуляции различных анализаторов (вестибулярный, двигательный, обонятельный, вкусовой, зрительный и слуховой) и степенью зрелости среднего мозга и таламуса. У новорожденного формирование вертикальных и горизонтальных связей приводит к контролю зрительным бугром всех нижележащих структур мозга, т.е ствола. Однако при депривации связи (синапсы) формируются гибкие, а при стимуляции – жесткие. Создание методов регистрации биопотенциалов мозга открыло новую эру и в изучении становления его деятельности. Этими методами удалось раскрыть важные аспекты мозговой деятельности, не доступные ранее путем изучении одного только поведения на отдельных этапах ее развития. Как видно на рис. № 1, у плода определяется неустойчивый ритм с частотой до 1,5 – 2 колебаний в сек. У новорожденного уже может регистрироваться относительно стабильный дельта-ритм (0,5 – 3 кол/сек), у дошкольников уже преобладает тета-ритм (4 – 7 кол/сек), у взрослых – альфа-ритм (8 – 13 кол/сек) или при возбуждении бета-ритм (14 – 30 кол/сек).

Таким образом, общей тенденцией «созревания и развития» биоэлектрической активности головного мозга является путь от медленных ритмов к более быстрым. Следует отметить, что регистрируемые ритмы являются результатом интерференции (накладывания друг на друга) биоэлектрических волн различных частот, исходящих из различных отделов (этажей). Каждый уровень или мозговой центр, так же как и отдельные нейронные группы (ансамбли), в него входящие, имеют свою частотную характеристику. Волны, исходящие от мозговых центров и отдельных функциональных нейрональных групп интерферируют, определяя общую частотную характеристику ЭЭГ человека. При общем возбуждении или напряженной работе всего мозга функциональные группы нейронов еще более дифференцируются в частотном диапазоне. В результате чего, полная синхронизация ритмов различных модулей приводит к общей интерференции ритмов на каждом этаже мозга, а в конечном итоге всего головного мозга.

В самом широком смысле рост – это только необратимое увеличение сухой массы как результат клеточного деления и увеличения размеров клеток, но также и последующий процесс развития. В процессе развития клетки специализируются для выполнения определенных функций в организме – это называется дифференцировкой. Другими словами, между клетками происходит разделение труда. Кроме того, как уже говорилось, при этом осуществляется также морфогенез. Как видно из табл. № 1 степень дифференцировки клеток связана с уровнем филогенетической организации.

Организмы	Число клеток	Число клеточных типов
Простейшие	1	1
Губки	> 103	> 10
Гидра	108	10 - 20
Кольчатые черви	1012	102
Насекомые	1012	102
Человек	1015	103

Одна из интригующих проблем дифференцировки – это вопрос о ее механизме. Главным фактором роста служит клеточное деление, которое у всех многоклеточных организмов совершается путем митоза. Это означает, что все клетки, происходящие от исходной зиготы или споры, идентичны по своему генотипу и поэтому должны были иметь идентичную структуру и функцию. Очевидно, однако, что у взрослого организма это не так. Какие же механизмы создают различия между клетками, тканями, органами и системами органов? Структура и функции клеток определяются активностью генов, и если клетки различаются по своей структуре и функциям, то это, по-видимому, обусловлено различиями их генов. Это могло бы достигаться двумя способами: либо клетки при специализации утрачивают некоторые гены, сохраняя только гены, необходимые для своей специальной функции, либо специализация обусловлена «включением» и «выключением» разных генов в разных клетках. В начале 60-х годов ХХ в. стало очевидно, что действует второй механизм. Проф. Стьюард из Корнельского университета показал, что если поместить дифференцированные клетки, например клетки флоэмы моркови, в подходящую культуральную среду, то из них может вырасти новое растение моркови; это означает, что клетки все ещё содержат всю необходимую информацию. В 1967 г. Гердон, работая в Оксфордском университете, установил, что так же обстоит дело и у животных. Гердон пересаживал ядра из клеток кишечного эпителия шпорцевой лягушки (Xenopus) в яйца того же вида, ядра которых были предварительно разрушены ультрафиолетом. Небольшое число таких яиц нормально развивалось, прошло через стадию головастика и достигло половозрелости; это позволяет думать, что даже в дифференцированной клетке возможна реактивация генов, если они окажутся в подходящей среде. При использовании менее дифференцированных клеток, находящихся на такой ранней стадии развития, как бластрула, частота случаев успешного развития была выше. С помощью этого метода можно получать любое число генетически идентичных лягушек. Идентичное потомство, полученное от одной родительской особи, называют клоном, а сам метод – клонированием.

Выращивать в культуре изолированные клетки млекопитающих трудно, а заставить их дифференцироваться – еще труднее. В этом сказывается высокая специализация клеток млекопитающих. Уровень сложности, достигнутый в результате дифференцировки, может быть таким высоким, что он препятствует даже росту или делению клеток. Так обстоит дело с нейронами. В отличие от них клетки печени остаются сравнительно неспециализированными и способны выполнять множество различных функций. Если удалить у взрослого млекопитающего две трети печени, то она вскоре восстанавливает прежние размеры и форму. Это свидетельствует не только о высокой способности к регенерации, но и о том, что размеры органов каким-то образом предетерминированы. Если ядра дифференцированных клеток полностью сохраняют свои генетические потенции, то это означает, что в регуляции дифференцировки участвует цитоплазма. Шпеман и Мангольд изучали влияние цитоплазматических факторов на ход развития. Пересаживая ткань от зародыша-донора зародышу-реципиенту, они сумели показать, что донорская ткань способна изменить процессы развития у реципиента. Такое воздействие называют индукцией, а участки эмбриона-донора, вызывающие индукцию,- организаторами. На сегодняшний день известно, что индукционное воздействие осуществляется через дифференцированную репрессию и активацию генов в различных клетках. На дифференцировку оказывают также влияние гормоны. Типичные примеры влияния гормонов на рост у растений и у различных животных, в том числе у человека (см. влияние анаболических гормонов у спортсменов) уже описаны. Гормоны могут оказывать прямое или косвенное воздействие на гены, «включая» или «выключая» их в определенной последовательности, детерминирующей ход развития. При изучении гигантских хромосом из слюнных желез личинок двухкрылых в разных участках этих хромосом были обнаружены утолщения – «пуфы». Местоположение пуфов характерно для тех или иных стадий развития личинок. Эти участки – места активного синтеза м-РНК; они соответствуют генам, которые включаются на определенных стадиях жизненного цикла и обеспечивают в конечном счете синтез еществ, необходимых на данной стадии. Введение личинке соответствующего гормона может вызвать образование пуфов у личинок, у которой были удалены железы, вырабатывающие этот гормон. Если же ввести личинке сверхоптимальную дозу гормона, нормальная последовательность включения генов ускорится и особь раньше достигнет взрослой стадии. Результаты этих исследований показывают, что гормоны нередко действуют путем включения генов, связанных с развитием.

Теперь становится понятно, что человек представляет собой слишком сложную систему, чтобы его можно было рассматривать сразу во всех подробностях; поэтому исследователь всегда выбирает упрощённую точку зрения, подходящую для решения конкретно поставленной задачи. Это сознательное упрощение реальных биосистем и лежит в основе метода моделирования. Модель – это условный образ реального объекта, конструируемый исследователем так, чтобы отобразить характеристики объекта (свойства, взаимосвязи, структурные и функциональные параметры и т.д.), существенные для целей исследования. Оценивая человека как систему, можно оценить его зрелость. Таким образом, выбор модели определяется целями исследования:

• Зрелость системы – это уровень организации связей между ее элементами, характеризующих постоянную (жесткая связь), долговременную (гибкая связь) и кратковременную (электромагнитные или радиосвязь) память.
• Зрелость человека – это степень сформированности его органов и связей между системами организма, характерных для определенных стадий жизни (оплодотворение, беременность, импринтинг, воспитание, обучение, самообразование).
• Зрелость мозга – это готовность системы адекватно отражать пространственно-временной континуум мира (окружающую реальность). Эта система проявляется силой связей в нервной системе (синапсы).
• Зрелость нейрона – это степень дифференцировки нервной клетки, которая проявляется уровнем миелинизации аксонов, разветвленностью сети дендритов, способностью ядра и мембраны клетки удерживать заряд (шипики).

I. Зрелость системы. Мозг человека, представляют собой сложную динамическую (саморазвивающуюся) систему. Она развиваются во времени и включает большое число этажей (спинной мозг, продолговатый мозг, средний мозг, промежуточный мозг, подкорка и кора), реализующие различные уровни управления и управленческие функции. Такая нервная система имеет многоуровневую структуру, а также обширные внешние и внутренние информационные связи. В процессе эволюции сложилась система стандартных сигналов (I-ая сигнальная система) и управления происходящих в этих анализаторах процессов. Она закодирована в генотип. В процессе онтогенеза, т.е. после рождения, начинает формироваться другая (фенотипическая) система сигналов, которая И.П.Павловым была названа 
II-ая сигнальная система.

Надо сказать, что для изложения новой тематики иногда приходится использовать новые термины и понятия. Концепция И.П.Павлова (Нобелевского лауреата 1904 г.) о роли I – ой и II –ой сигнальных систем подтвердилась на практике. В первом случае главными сигнализирующими процессами в организме человека являются биохимические реакции, а во втором – биофизические реакции.
Подход к управлению движением, поведением и речью у человека всегда строится на принципах иерархии. Основополагающими понятиями кибернетики являются:

• система;
• системный подход;
• информация;
• прямая и обратная связь.

Нервная система – это совокупность взаимосвязанных клеток, подчиненных единой цели – адаптация. Система состоит из подсистем.

Модели, используемые в медицине и спорте, в педагогике и психологии, в лингвистике и филологии, обычно делят на три категории:

• Биологические предметные модели, на которых изучаются общие биологические закономерности, патологические процессы, действие различных препаратов, методы лечения, реабилитации и профилактики. К этому классу моделей могут быть отнесены лабораторные животные, изолированные органы, культуры клеток, суспензии органелл, фосфолипидные мембраны и т.д.
• Физические (аналоговые) модели, т.е. физические системы, обладающие аналогичным с моделируемым объектом поведением. Например, деформации, возникающие в кости при различных нагрузках, могут быть изучены на специально изготовленном макете кости. Движение крови по крупным сосудам моделируется цепочка сопротивлений, ёмкостей и индуктивностей. К физическим моделям можно также отнести технические устройства, временно или постоянно заменяющие органы и системы живого организма; аппараты искусственного дыхания (модель лёгких), искусственного кровообращения (модель сердца), кардиостимуляторы и т.д.
• Математические модели представляют собой системы математических выражений – формул, функций, уравнений и т.д., описывающих те или иные свойства изучаемого объекта, явления, процесса. При создании математической модели используют физические закономерности, выявленные при экспериментальном изучении объекта моделирования. Так, математические модели электрических явлений в органах, например описание формы электрограмм, основанные на законах электродинамики, а модели кровообращения – на законах гидродинамики. В последнее время благодаря использованию ЭВМ резко расширились возможности получения количественных ответов методом математического моделирования, и стало возможным изучать этим методом гораздо более сложные системы. Это привело к значительному повышению научного и практического значения математического моделирования.

Математическое моделирование как метод исследования обладает рядом несомненных достоинств. Во-первых, сам метод изложения количественных закономерностей математическим языком, т.е. языком графиков и формул, точен и экономичен. Во-вторых, проверка гипотез, сформулированных на основе опытных данных, может быть осуществлена путём испытания математической модели, созданной на основе испытания математической модели, созданной на основе этой гипотезы. Результаты такого исследования либо дают добавочные подтверждения гипотез, либо приводят к необходимости их уточнения или даже пересмотра. Наконец математическая модель позволяет судить о поведении таких систем и в таких условиях, которые трудно создать в эксперименте или в клинике, изучать работу исследуемой системы целиком или работу любой её отдельной части. Практическая ценность метода математического моделирования заключается в следующем: а) правильно составленная и всесторонне использованная математическая модель позволяет уменьшить время исследования биосистем, сократить количество животных, необходимых для такого исследования, и число опытов; б) математическая модель облегчает решение задач прогнозирования хода и результатов экспериментов, течения болезней, эффектов лечебных воздействий, самих реабилитационных занятий и профилактических мероприятий. Такое прогнозирование позволяет подобрать оптимальные (стимулирующие) дозы раздражителей, необходимых для восстановления (регенерации) нервной ткани.

II. Зрелость человека. Единую стратегию развития человека можно оценить степенью зрелости основных функции (двигательной, психической и речевой). Надо сказать, что развитие этих функций надо рассматривать только в гармонии (гармоничное развитие личности).

Зрелость движения – это интегративная характеристика развития моторики, в зависимости от возраста человека, проявляющаяся степенью зрелости двигательного акта:
- сформированности тонуса мышц (эластичности); 
- управления своими непроизвольными движениями;
- контроля за произвольными движениями (ловкость).

Зрелость психики – это интегративная характеристика развития психики, в зависимости от возраста человека, проявляющаяся степенью зрелости поведенческого акта: 
- сформированности бессознательного (внимание);
- управления своим подсознанием;
- контроля своего сознания (самосознание).

Зрелость речи – это интегративная характеристика развития коммуникаций, в зависимости от возраста человека проявляющаяся степенью зрелости речевого акта:
- сформированности слуха (голосового внимания);
- управления своей внутренней речью;
- контроля за внешней речью (диалог).

До И.М.Сеченова, написавшего книгу «Рефлексы головного мозга» (1867) ученые не решались даже поставить вопрос о возможности объективного анализа и корреляции деятельности мозга с двигательными (биомеханическими), психическими (поведенческими) и речевыми (лингвистическими) процессами. Они оставались полностью отданными на откуп «субъективистам». Весь последующий ход изучения деятельности человека убедительно показал, что его ответы на различные раздражители протекают по рефлекторному принципу. Рефлеторную природу психической деятельности обосновал И.М.Сеченов, а морфо-функциональную организацию речи детально описал А.Р.Лурья в нейропсихологии. Философская теория отражения, а затем теория сигнальных систем привели учёных к кибернетическим моделям. Поразительное разнообразие химических структур мозга и медиаторных рецепторных мембран, их высочайшая чувствительность к целому ряду химических веществ и быстрое изменение биоэлектрической активности дали основание некоторым исследователям обозначить мозг как уникальный «электрохимический компьютер с собственным интерфейсом». Главными теоретическими предпосылками научного, а не импирического (интуитивного) подхода к такому учёту являются учение И.П.Павлова о высшей нервной деятельности и нейро-висцеральных (пищевых) взаимодействиях, учение А.А.Ухтомского о доминанте, учение Л.А.Орбели об адаптивно-трофической функции нервной системы и др. Разделение академиком И.П.Павловым на 1-ую и 2-ую сигнальные системы подтверждает механизмы отражения, заданные в процессе эволюционно-исторического развития животных и самого человека. Выделение этих информационных систем даёт основание к изучению механизмов памяти и оформлению баз данных. На сегодняшний день общий вектор эволюционно-исторических этапов развития человека можно представить следующими формами организации жизни: 1)раздражимость; 2)рефлекс; 3)инстинкт; 4)сознание; 5)личность; 6)индивидуальность. Первые три «операционные» системы (раздражимость, рефлекс, инстинкт) представляют 1-ую сигнальную систему, а три другие «операционные» системы (сознание, личность, индивидуальность) – 2-ую сигнальную систему. Несмотря на это, многие авторы нарушают данную последовательность развития (например, после рефлекса сразу идет личность). В итоге происходит искажение существующих законов онтогенеза и филогенеза. Эта шкала физического, психического и речевого развития построена по принципу усложнения организации реагирования при взаимодействии с внешней средой. Название стадии отражает ведущий тип реагирования, не исключающий предыдущие типы, а включающий их в себя. Начиная со стадии «Сознание», внешней средой становится социум, поведенческое реагирование начинает учитывать его законы. Авторская шкала развития человека позволяет сравнивать уровень развития пациента в процессе реабилитации, а также уровни развития других пациентов между собой. Бальная шкала оценки развития человека учитывает не только соотношение двигательных, поведенческих и коммуникативных навыков (параметров), но и степень функциональной зрелости. При определении «функциональной насыщенности» человека происходит сравнение паспортного возраста с «двигательным, психическим и речевым возрастом». Шкала построена по принципу иерархичной организации двигательных, психических и речевых стереотипов.

III. Зрелость мозга человека. Выработка единой стратегии движения, поведения и общения человека предполагает одновременное развитие двигательного, зрительного и слухового анализатора (лобная, затылочная и височная доля головного мозга), межполушарные взаимодействия, а также развитие ассоциативных полей в ЦНС. Содружественное развитие подсистем (мышцы – корковый конец двигательного анализатора, глаза – корковый конец зрительного анализатора, уши – корковый конец слухового анализатора) формирует зрелость самого мозга человека.

А) Основные связи, формирующиеся на 5 – 9 месяце внутриутробного (пренатального) развития

РЕФЛЕКС безусловный – нейрон (псевдоуниполярная клетка и органы - мишени)
РЕФЛЕКС условный – нейроны (клетки серого вещества спинного мозга и мозжечка)

Б) Основные связи, формирующиеся на 1 – 6 месяцепослеродового (постнатального) развития

ИНСТИНКТ неразвитый – средний мозг (четверохолмие и красное ядро)
ИНСТИНКТ привитый – промежуточный мозг (таламус и гипофиз)

В) Основные связи, формирующиеся во 2 полугодии и 1 года жизни (младенец)

СОЗНАНИЕ суженое – чечевицеобразное ядро базальных ганглиев (хвостатое ядро)
СОЗНАНИЕ ясное – бледный шар и ограда, мозолистое тело

Г) Основные связи, формирующиеся на 2 и 3 году жизни

ЛИЧНОСТЬ незрелая – большие полушария (лобная, височная, затылочная доли)
ЛИЧНОСТЬ зрелая – межполушарные связи (ассоциативные волокна)

Обращение к первоисточникам выявляет наличие базового феномена нейрогенеза, заключающегося в способности взрослого мозга млекопитающих и человека генерировать новые нервные клетки, и клинически проявляющегося морфо-функциональными изменениями нервной ткани (нейропластичностью). Нейрогенез-это процесс, включающий клеточную пролиферацию, миграцию и дифференциацию нейронов и нейроглии. Во время пролиферации нейрональные стволовые клетки подвергаются ассиметрическому делению, что ведёт к появлению клеток-предшественников, также способных к пролиферации. Клетки-предшественники мигрируют из зоны пролиферации и начинают дифференцироваться. Процесс дифференциации преобразует незрелую клетку в зрелый нейрон или нейроглиальную клетку.
Нейрогенез в первую очередь относится к процессу онтогенетического развития. Впервые наличие нейроонтогенеза взрослого мозга было показано в исследованиях J.Altman в 1965-1966 гг. К настоящему времени получены убедительные доказательства наличия нейроонтогенеза взрослого мозга у ряда млекопитающих и человека. Проведённые экспериментальные исследования выявили две основные нейрогенетические зоны мозга взрослых млекопитающих: обонятельную луковицу и зубчатую извилину гиппокампа. Кроме того, имеются данные о наличии нейрогенеза в лобной коре приматов, чёрной субстанции крыс.

Нервные стволовые клетки характеризуются двумя функциональными способностями: кажущейся неограниченной способностью самообновления посредством симметричного деления и способностью генерировать различные типы созревания нервных стволовых клеток (мультипотентностью). Переключение с паттерна симметричного на паттерн ассиметричного деления порождает клетки-предшественники. Единичная нервная стволовая клетка способна генерировать различные типы клеток ЦНС, включая нейроны и нейроглию (астроциты, олигодендроциты). Напротив, клетки-предшественники нейронов и нейроглии способны к пролиферации, но ограничены в возможности самообновления и являются часто униполярными. Эндогенные нервные стволовые клетки присутствуют в нейрогенных зонах (субвентрикулярная зона бокового желудочка, зубчатая извилина гиппокампа, а также вне нейрогенных зон взрослого мозга (перегородке, стриатуме, коре головного мозга, мозолистом теле), взрослом спинном мозге. Взрослые нервные стволовые клетки обладают выраженной пластичностью. Однако активный нейрогенез ограничен лишь конкретными зонами взрослого мозга. Вне нейрогенных зон нервные стволовые клетки преобразуются только в нейроглию, но не в нейроны.

Из обсуждаемых в настоящее время молекулярных механизмов контроля нейроонтогенеза нервные стволовые клетки наибольшее значение исследователями придаётся регулированию локальным окружением – Notch-рецепторами и ВМР-протеинами, обладающими свойством ингибирования процесса созревания нейронов из клеток-предшественников. Сами нейроны также содержат факторы типа GDF 11, ингибирующие нейрогенез.

В настоящее время известно, что нейрогенез контролируется внутренними (генетика, возраст, факторы роста, гормоны, нейромедиаторы и биоэлектрическая активность мозга) и внешними (средовые и фармакологические препараты) факторами и обладают как позитивной, так и негативной направленностью.

Рассмотрим подробнее внутренние (химические и физические) факторы регуляции нейрогенеза человека после рождения. В рамках универсальной концепции электрофизиологической регуляции надо признать, что после рождения человека, основную роль в регуляции как генерализованных, так и специализированных процессов в клетке участвуют сбалансированные автоколебательные процессы быстрых и медленных волн, сопряжённые принципами электродинамики. Сразу же после рождения роль динамического гомеостаза (гомеокинез) начинает меняться на динамическую электростатику (электродинамика).

На уровне сегодняшнего знания представляется возможным определить шесть классов химических регуляторов, которые участвуют в организации чрезвычайной подвижности системы жизнедеятельности организма.

• Низкомолекулярные органические соединения (клеточные медиаторы, нейротрансмиттеры и др.), к которым относят оксид азота, цАМФ, глутамат, ацетилхолин, гистамин, серотонин, ГАМК, допамин и др.
• Физиологически активные пептиды – все увеличивающийся класс веществ преимущественно олигопептидной природы, к которым относят опиоидные пептиды, ангиотензины, эндотелины, тахикинины, пепдидные гормоны и многие другие.
• Нейротрофические и ростовые факторы, представленные крупными полипептидными структурами.
• Цитокины – полипептиды, с молекулярной массой от 8 до 75 кДА, продуцируемые многими типами клеток: активированными лимфоцитами, макрофагами, а также клетками эндотелия, эпителия и соединительной ткани. Они контролируют взаимодействие большинства клеток организма, включая клетки нервной системы; участвуют в регуляции иммунного ответа и процессов острого и хронического воспаления. В этой большой группе различают: моно- и лимфокины, интерлейкины и хемокины – в соответствии со специализацией продуцирующих клеток.
• Гормоны – первые из открытых регуляторов гуморальной природы, продуцируемые специализированными железами и направляющие свой сигнал по принципу «всем-всем-всем».
• Сигнальные белки, представляющие собой систему внутриклеточной регуляции, в составе которой несколько десятков ферментов и функциональных белков является весьма сложно устроенным звеном, заполняющим пространство между рецептором («входные ворота» любой регуляторной функции) и внутриклеточным ядерным аппаратом, регулирующим синтез белков, необходимых для реализации кратковременных или долговременных процессов. Особенно сложной и лабильной оказывается эта система в нейрональных структурах, хотя общий принцип организации сигнальных транскрипторных и трансдукторных систем клеток организма является достаточно стереотипным.

Генетика. Исследованиями на животных установлено, что генетический фон оказывает существенное влияние на регуляцию взрослого нейрогенеза.

Факторы роста. В эксперименте на животных получены данные об усилении нейрогенеза при внутрижелудочковом введении: 1) выделенного из мозга нейротрофического фактора (BDNF); 2) фактора роста фибробластов (FGF-2) и эпидермального фактора роста (EGF-2).

Нейромедиаторы. К настоящему времени известен ряд нейромедиаторов, регулирующих нейрогенез взрослого мозга: глютамат моноамины (серотонин, норадреналин, допамин), эндоканнабиноиды. Для глутамата показано угнетающее влияние глютамат-рецепторов субстанции NMDA на пролиферацию клеток во взрослом гипофизе, тогда как антагонисты NMDA глютамат-рецепторов усиливают нейрогенез. Участие серотонина (5-НТ) нейромедиаторной системы, по данным исследований, сводится к угнетению нейрогенеза в гиппокампе и субвентрикулярной зоне бокового желудочка. Установлено, что снижение содержания норадреналина угнетает пролиферацию, но не влияет на дифференциацию и выживание клеток гиппокампа. Недавними исследованиями показано, что снижение содержания допамина угнетает предшествующую пролиферацию клеток в субвентрикулярной зоне боковых желудочков и субгландулярной зоне. Получены разноречивые данные об участии эндоканнабиноидов в нейрогенезе: в усилении нейрогенеза в зубчатой извилине гиппокампа под влиянием СВ1R-каннабиоидных рецепторов, с угнетением нейрогенеза в зубчатой извилине посредством активации СВ1-рецепторов эндоканнабиоидом анандамином.

Гормоны. Исследователями последних лет определена роль стероидных гормонов (надпочечниковых стероидов, эстрогена) и пептидных гормонов (пролактина) как потенциальных регуляторов нейрогенеза взрослого мозга. Показано, что надпочечниковые стероиды угнетают продукцию новых нейронов в гиппокампе. Получены веские доказательства того, что надпочечниковые стероиды оказывают угнетающее влияние на взрослый нейрогенез посредством влияния на NMDA-рецепторный путь. В противовес надпочечниковым стероидам, эстроген усиливает пролиферацию клеток в гиппокампе, субгландулярной зоне; эффект эстрогена, возможно, осуществляется по серотониновому пути. Также показано, что пролактин стимулирует продукцию клеток-предшественников в субвентрикулярной зоне бокового желудочка.

Возраст. Увеличение возраста является фактором снижения нейрогенеза. Снижение пролиферации нейронов в стареющем гиппокампе связывают с повышением уровня циркулирующих глюкокортикоидов, которое, в свою очередь, способствует накоплению факторов, ингибирующих нейрогенез, и ослаблением влияния факторов, его стимулирующих.

Эксперименты на животных позволяют предположить, что «успешное» старение с сохранением когнитивных функций основано на подержании высокого уровня гиппокампального нейрогенеза (т.е. пролиферации, дифференциации и выживании нейронов), тогда как патологическое старение, проявляющееся дефицитом памяти, сопряжено с его истощением.

Биоэлектрическая активность мозга. Взаимодействие нервных клеток составляет основу целенаправленной деятельности человека. Интересно отметить, что электрические сигналы регулируют молекулярные сигналы, которые запускают рост аксонов, дендритов и шипиков на них, а также образование связей. Электрическая активность играет роль в установлении паттерна связей. Основой рефлекторной (отражательной) деятельности нервной системы является так называемая дуга рефлекса – комплекс специфически организованных нервных элементов, взаимодействие которых необходимо для осуществления двигательного, поведенческого и речевого акта. Рефлекторная дуга состоит из афферентной, центральной и эфферентной частей, связанных между собой с помощью синаптических соединений. Поступающие по афферентным путям электромагнитные импульсы через синаптические преключения активируют различные этажи ЦНС (спинной мозг, задний мозг с мозжечком, средний мозг, промежуточный мозг и передний мозг, включающий стриопаллидарную систему подкорковых ядер и кору больших полушарий). Афферентные импульсы, необходимые для возникновения ответной реакции человека могут замыкаться на нейроны восходящих трактов, а могут состоять только из двух или трёх нейронов. В зависимости от степени зрелости мозга человека двигательный, поведенческий и речевой стереотип (эфферентные импульсы) также может замыкаться (проявляться) соответственно: на уровне рефлекса, на уровне инстинкта, на уровне сознания, на уровне личности и на уровне индивидуальности. Стереотипный характер этих эфферентных реакций предполагает, что на каждом этаже ЦНС имеется ряд врождённых и приобретённых двигательных, поведенческих и речевых программ, которые «проигрываются» после получения соответствующей команды. Таким образом, включая и выключая электрическую активность на разных этажах мозга, нервная система выполняет работу по развитию, поддержанию, контролю и обеспечению всех функций человека.

Рассмотрим внешние средовые (химические и физические) факторы регуляции нейрогенеза человека после рождения. Во многих исследованиях показано, что воздействие средовых факторов, включающих обогащённую среду, физическую активность, обучение и тренировку памяти, повышают нейрогенез взрослого мозга. Выявлено, что обогащённая среда и физическая активность стимулирует нейрогенез в гиппокампе. Социальная среда также является фактором стимуляции гиппокампального нейрогенеза. Установлено, что тренировка на выполнение задания по ассоциативному обучению, требующих вовлечению гиппокампа, способствует генерированию новых нейронов в зубчатой извилине гиппокампа, тогда как выполнение заданий по ассоциативному обучению без участия гиппокампа не влияет на гиппокампальный нейрогенез.

Результаты экспериментальных исследований указывают на весьма сложный, реципрокный характер соотношений обучения и нейрогенеза. Начальная фаза обучения повышает выживаемость новых нейронов, участвующих в выполнении задания. Эти клетки, вероятно, участвуют в кодировании следов памяти, что способствует принятию задания. Поскольку возрастание выживаемости новых нейронов обладает долгосрочным эффектом, выжившие новорождённые нейроны могут принять участие в длительном хранении информации и вызове долгосрочной памяти.

Два различных процесса реализуются в фазе завершения обучения.

• Смерть нейронов, рождённых в начальную фазу обучения, вероятно, сопряжённая с консолидацией следов памяти. Феномен смерти нейронов может представлять механизм настройки, подавляющий ненужные нейроны, которые либо слишком стары, либо не имеют обусловленных обучением синаптических связей.
• Возрастание числа нейронов, рождённых в последнюю фазу обучения. Усиление пролиферации нейронов в последней фазе обучения является длительным. Новорождённые нейроны, вероятно, вовлекаются в процесс запоминания новой информации, обусловливая забывание, гибкость памяти. Экспериментально показано, что обучение стимулирует нейрогенез лишь в случаях выполнимости обучающих заданий.

Средовые стимулы. A.W. Toga и P.M.Thompson (2003) приводят 148 литературных источников, подтверждающих асимметрию мозга на морфологическом уровне. У взрослых людей всё левое полушарие по размеру больше правого (Yeo e.a., 1987), его затылочная область шире правой, в нём созревание извилин происходит быстрее и больше плотность серого вещества. Сингулярная извилина в левом полушарии двойная, в правом – одинаковая.

Морфологические различия обнаружены прежде всего в структурах, ответственных за продукцию и переработку вербальной информации. Выявлено неодинаковое строение борозд и извилин, отличная форма и площадь корковых полей, плотность и размер нейронов отдельных цитоархитектонических слоёв (Алексеенко, 2004). К структурам, связанным с центром речи, относят треугольную часть (pars triangularis) и покрышечную часть (pars opercularis), составляющих зону Брока. А.В. Scheibel (1985) сообщил, что в зоне Брока дендритов больше в левом полушарии, чем в гомологичном правом. Структурная организация речедвигательных полей 44 и 45 в левом и правом полушариях мозга человека различаются по средней величине профильного поля пирамидных нейронов, их максимальной и минимальной величине, по показателю вариации и нейронному составу клеток 3 и 5 слоёв. Эти различия отражают диминирование левого полушария по речевой функции (Боголепова, Малофеева, 2003). Эти же авторы изучили морфологию корковых полей двигательного анализатора (4 и 6), поля 43, играющего непосредственную роль в пространственной ориентации и регуляции произвольных движений, полей 36 и 37, ответственных за программирование сложных интеллектуальных процессов, полей 39 и 40 нижнетеменной области, связанных с процессами чтения, письма, рисования, формирования целенаправленных действий, слуховых полей 41 и 22 височной области, хвостатого ядра, участвующего в управлении движением и организации сложных форм поведения. Была выявлена левополушарная доминантность речедвигательных и двигательных корковых полей мозга человека. Однако в лобных 46 и 47, а также 39 и 40 полях нижнетеменной области коры различий между полушариями найдено не было. Поле 22 в зоне Вернике больше в левом полушарии. Оно является филогенетически более новым образованием коры мозга человека, и сложность строения и функционирования этой структуры связана с формированием речи в онтогенезе. Поле 41 является корковым концом слухового анализатора, куда поступает звуковая информация и происходит её первичная кодировка. Размер его больше в правом полушарии, поскольку именно правое полушарие отвечает за выделение сигнала из шума.

Поскольку доминантность по руке, как и речь, один из очевидных средовых признаков ассиметрии, усилия исследователей были направлены на определение связи рукости с каким-то морфологическим параметром в моторной зоне. С помощью морфометрии на основе магнитно-резонансной томографии головного мозга (МРТ) было показано, что таким параметром является глубина центральной извилины. У праворуких людей левая центральная борозда глубже, чем правая, у леворуких выявлено обратное отношение. Макроструктурная ассиметрия соответствует микроструктурным изменениям: поле 4 по Бродману (область гигантских пирамидных клеток) у праворуких больше по объёму слева, чем справа. У праворуких людей левая соматосенсорная кора на 7% больше, чем правая. При этом МРТ обнаружило, что только у двух из пяти леворуких самотосенсорная кора была больше справа (Witelson, Kigar, 1992; Soros e.a., 1999).

Не только общий размер мозолистого тела, но и величина его частей зависят от рукости. В одном исследовании оценивали посмертно размеры мозолистого тела у 50 людей, у которых при жизни была выявлена доминантность по руке. У 18 праворуких были отмечены самые большие размеры задних сегментов мозолистого тела, особенно istmus. Эта часть включает межполушарные волокна (аксоны) из задних париетальных и верхних височных корковых областей. Именно образ жизни (средовые стимулы) был причиной функциональной асимметрии.

Тренировка и обучение является одним из основных факторов среды или средовым стимулом. Бианки В.Л. (1985) принадлежит первая в мире монография систематизирующая данные функциональной асимметрии, полученные главным образом на млекопитающих, а также на птицах, но в отдельных случаях упоминаются факты, относящиеся к рыбам и насекомым. У крыс при обучении выявлена определённая закономерность динамизма латерализации, подчиняющаяся правилу право-левого смещения. Это означает – при непрочном условном рефлексе доминировало правое полушарие, а после его упрочения – левое.

М.Г.Бозененков, В.М.Лебедев, Р.Н.Медников (1975) провели интересный педагогический эксперимент. Мальчиков 9 лет обучали игре в футбол различно в трёх группах. В первой обучение велось согласно двигательному «удобству» занимающихся – через ведущую сторону, во второй – через неведущую, в третьей изучаемые приёмы осваивались в каждом занятии обеими ногами посредством равного времени выполнения и количества повторений. Изучались удары внутренней стороны стопы, внутренней частью подъёма, прямым подъёмом, приём мяча теми же способами и ведение, обводка. Осуществлялся контроль за динамикой тонуса и температуры четырёхглавых и икроножных мышц, мышечно-суставной чувствительностью тазобедренных суставов. Результат эксперимента оказался удивительным. Освоение технических приёмов и действий происходило наиболее успешно в первой группе, хуже всего – во второй, а третья группа заняла промежуточное положение. Весьма существенным явилось то, что навязанное двигательное обучение через неведущую в моторном отношении сторону привело к замедлению роста испытуемых.

Разрабатывая концепцию длительного тренировочного процесса как реабилитационного процесса, проанализирован большой научный опыт, накопленный исследователями в области адаптации организмом к многократно повторяющимся физическим, психическим и речевым воздействиям. Л.Х.Гаркави, Е.Б.Квакин и М.А.Уколова убедительно доказали, что адаптационные процессы организма развиваются в зависимости от количества (объём нагрузки) и качества (интенсивность нагрузки) раздражителя:

1) чрезмерные раздражители (патологическое состояние или краш- синдром); 
2) сильные раздражители (условно-патологические реакции или вид тренировки «до отказа»); 
3) раздражители средней силы (реакция активации или интенсивная тренировка);
4) слабые раздражители (обычная тренировка).

Стресс выступает как фактор мощного влияния на нейрогенез. С открытия Г.Селье известно, что стресс (эустресс и дистресс) ведёт к ответным защитным процессам, которые достигаются ценой повреждения. Первые два пункта, по терминалогии Г.Селье, это дистресс. Вторые два пункта – это реакция эустресса. Надо сказать, что Селье стрессорные реакции исследовал на животных. Эти воздействия были однократны и чрезмерны, чаще всего эти изменения имели необратимый характер. В экспериментах, в рамках тренировочного процесса, если нагрузки увеличиваются плавно, постепенно, многократно повторяются, имеют фазу отдыха, то изменения имеют обратимый характер.

Обозначенные в пункте № 1 - чрезмерные повреждения всегда ведут к разрушению тканей. Эти изменения приводят к необратимым изменения гомеостаза, в том числе гематоэнцефалического барьера. Чаще всего синдром cдавления («краш синдром») заканчивается смертью. С позиции нейрофизиологии – это реакция мозга на уровне комы, а со стороны нейроанатомии - это повреждение на уровне ствола мозга.

Обозначенные в пункте № 2 - реакция перетренировки вызывает шок (артериальную гипертензию и коллапс) и функциональную деафферентацию (временная компрессионно-ишемическая невропатия и внутричерепную гипертензию), а в конечном итоге – дезадаптацию (вегетативную бурю и оксидантный стресс). Это нечто иное, как вид тренировка «до отказа». С позиции физической культуры – этот вид тренировки можно сравнить со спортом высоких достижений. С позиции классической медицины – это хроническая травматическая болезнь. Анализируя биоэлектрические процессы в ЦНС, известно, что на сильные раздражители организм отвечает запредельным торможением ЦНС. После временного «отключения» основного ритма может возникать пароксизмальные реакции в диапазоне как медленных волн (тета, дельта), так и в диапазоне быстрых волн (альфа, бета). Чаще всего – это проявление дисфункции диэнцефальной области (уровень среднего и промежуточного мозга).

Экспериментальный психосоциальный недозированный стресс привёл к снижению клеточной пролиферации в гиппокампе, угнетению нейрогенеза в зубчатой извилине гиппокампа. Стрессорное снижение нейрогенеза обусловлено стрессогенной активацией гипоталамо-гипофизарно-адреналовой оси, отчасти повышением экскреции глюкокортикоидов. Вместе с тем показано, что влияние стресс-реакции на нейрогенез не столь однозначно, пролиферация нейронов в эксперименте оказалась негативно скоррелирована с двигательной активностью на новизну, тогда как выживание клеток не зависило от данного параметра.

В пункте № 3 говорится о раздражителях средней силы, которые также активируют стресс-стимулирующую систему. Это не что иное, как интенсивная тренировка. Известно, что на раздражители средней силы организм отвечает не запредельным торможением ЦНС, а депрессией основного ритма. После этой запрограммированной нейрофизиологической реакции со стороны подкорки всегда возникает реакция активации, которая характеризуются определённым комплексом изменений во всей вегетативной нервной системе и эндокринной системе. Конечный итог интенсивной тренировки – это гиперкомпенсация (активация резервных возможностей человека).

В пункте № 4 говорится об обычной тренировке. Известно, что любые гимнастические системы активируют все этапы нейроонтогенеза, в том числе двигательный анализатор. Реакция тренировки характеризуется типичными изменениями в пирамидной и экстрапирамидной системе (повышение амплитуды в альфа и бета диапазоне). Эти изменения происходят параллельно с изменениями в самих мышцах. 
Эффективность восстановительных мероприятий зависит от реабилитационного потенциала. Как известно, у детей он высокий, у подростков – средний, у взрослых людей он низкий. По Г.Н.Крыжановскому патологическая функциональная система характеризуется наличием патологического доминантного очага в мозге. Разрушение нейронных цепей происходит через пессимальное торможение и временную функциональную деафферентацию. Дифференцировка нервной ткани (условно-рефлекторные реакции) зависит от дозы и интенсивности воздействия, что и формирует новую функциональную систему. Она проявляется новыми двигательными, поведенческими и речевыми стереотипами, а в последующем личностью. Единственным изменением в ответ на многократно повторяющееся, дозированное сверхпороговое раздражение вне зависимости от возраста, т.е. когда оно было начато, является увеличение разветвлённости нервной клетки (восстановление афферентации, т.е. дендритизация или реафферентация) и аксонирование (восстановление эфферентации, т.е. иннервация или реиннервация).

Фармакологические стимулы. Психотропные средства (опиаты, никотин, этанол) в эксперименте на животных ингибирует нейрогенез. В экспериментальных исследованиях также показано усиление гиппокампального нейрогенеза под воздействием различных классов антидепрессивных препаратов, электроконвульсивной терапии, терапии литием.

Исследования нейрогенеза при экспериментальных заболеваниях у животных показали следующее. При экспериментальной эпилепсии: фармакогенные судорожные припадки усиливают нейрогенез в зубчатой извилине гиппокампа, субвентрикулярной зоне бокового желудочка и обонятельной луковице. Появившиеся в результате постэпилептического нейрогенеза нейроны характеризуются: 1) некоторой аномальностью структурной пластичности гиппокампа и реорганизацией синапсов; 2) эктопией локализации новых нейронов в хилусе и внутреннем молекулярном слое; 3) изменением электрофизиологии и морфологии; 4) возрастание числом синапсов. Перенося полученные данные на человека, можно предполагать, что изотоническое напряжение мышц во время тонических приступов является репаративным, что характеризует начальные стадии регенерации в нервной ткани. Результаты исследований поддерживают гипотезу, согласно которой новоявленные нейроны могут способствовать процессу репаративного воспаления в нервной ткани (экссудация, инфильтрация и пролиферация). Так как это изотоническое напряжение не длительно, дифференцировка нейронов не завершается до возрастной нормы. В результате незавершённости синапсогенеза, полной синхронизация ритмов головного мозга не происходит, поэтому эти афферентные сигналы не приводят к исчезновению пароксизмальной активности.

Клеточные адаптационные программы включаются в ответ на определённые входные сигналы (афференты). В большинстве случаев клетки в организме управляются электрическими регуляторными сигналами. Рассматривая обмен веществ и физиологическую регенерацию остановимся на воспалительно-репаративных реакциях как стереотипном процессе, характерным для всего живого. В общем процессе восстановления организма, ярко проявляется единство воспаления, регенерации и фиброза, которые по существу являются неразрывными компонентами целостной тканевой реакцией на повреждение (стрессовое воздействие). Весь процесс представляет собой динамическую саморегулирующую систему (Серов В.В., 1981; Шехтер А.Б.,1987). В эмбриональный период развития сигнализация в организме в большей степени зависит от химических веществ (гормоны, медиаторы, антитела, антигены, ионы). Однако в постнатальный период главенствующая роль в управлении процессами принадлежит ЦНС (электродвижущей силе или ЭДС). В постэмбриональный период каждый организм на протяжении всего нейроонтогенеза поддерживает свой статус, постоянно восстанавливая свои структуры, расходуемые в процессе нормальной жизнедеятельности. Примером таких ситуаций является восстановление энергетических продуктов в фазе глубокого сна (активация ствола мозга).

Необходимо напомнить, что способность к регенерации широко распространена среди всех животных. Для высокоинтегрированных организмов (высших или специализированных) характерна регенерация, для низкоинтегрированных – соматический эмбриогенез. С филогенетической точки зрения заслуживает внимание факт некоторой редукции нейрогенеза у приматов в сравнении с грызунами. В разных фазах воспаления и регенерации по мере «выхода на арену» новых ионов, молекул и клеточных популяций меняются типы управления клеточных взаимодействий. Контроль за всеми химическими, электрохимическими и электродинамическими процессами или роль «дирижёра воспалительно-репаративными реакциями в клеточных ансамблях в высокоорганизованной системе» переходит от одного уровня (этажа) мозга к другому.

При экспериментальной ишемии: локальная мозговая ишемия усиливает нейрогенез в субгландулярной зоне, зубчатой извилине гиппокампа и субвентрикулярной зоне бокового желудочка. Возрастание гиппокампального нейрогенеза обусловлено активацией NMDA рецепторной системы. Кроме того, вновь появившиеся предшественники нейронов в субвентрикулярной зоне бокового желудочка мигрируют в очаг ишемии коры головного мозга. Таким образом, высказана ещё одна гипотеза об адаптивном характере ишемического нейрогенеза, способствующего восстановлению после инсульта.

Таким образом, изучение механизма пролиферации, миграции, дифференцировки и выживания нервных клеток привело к формированию парадигмы, основанной на пространственном разграничении этапов нейрогенеза: клеточной пролиферации в гиппокампе, миграции пролиферированных нейронов в ростральный миграционный поток, их последующей дифференциации.

Отдельно следует рассмотреть факторы позитивного и негативного нейрогенеза при психических расстройствах, так как они бывают только у человека. Благодаря применению методов нейровизуализации получены убедительные данные об ингибирующем влиянии острого психического стресса у человека (дистресс или недозированный стресс) на нейрогенез в гиппокампе. Повторные магнитно-резонансные исследования устойчиво выявляют уменьшение объёма гиппокампа у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством, ветеранов войн и жертв насилия. Так, показано уменьшение в сравнении с контролем у здоровых на 8% объёма правого гиппокампа у ветеранов Вьетнама с посттравматическим стрессовым расстройством, сопряжённого с дефицитом краткосрочной памяти. Выявлены: билатеральное уменьшение объёма гиппокампа на 26% у ветеранов Вьетнама с посттравматическим стрессовым расстройством; на 12% редукция объёма гиппокампа при посттравматическом стрессовом расстройстве, связанном с насилием; на 5% редукция объёма левого гиппокампа при посттравматическом стрессовом расстройстве у женщин, перенёсших сексуальное насилие в детстве. Вместе с тем у детей не отмечено уменьшение объёма гиппокампа.

• Зрелость одного нейрона. Еще в конце ХIХ в., задолго до появления микроэлектродной техники, стало ясно, что «животное электричество» обусловлено процессами, происходящими на клеточной мембране (Гальвани, Маттеучи, Герман, Дюбуа-Реймон, Бернштейн). В настоящее время достаточно хорошо изучены механизмы формирования электрического тока в нервной системе. Сущность процесса возбуждения заключается в следующем. Все клетки организма имеют электрический заряд (например, заряд эритроцита равен 20 мВ.), обеспечиваемый неодинаковой концентрацией анионов и катионов внутри и вне клетки. Различная концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки является следствием работы ионных насосов и неодинаковой проницаемости клеточной мембраны для разных ионов. При действии раздражителя на клетку возбудимой ткани (нервной, мышечной, эндокринной) изменяется проницаемость её мембраны, вследствие чего ионы быстро перемещаются в клетку и из клетки согласно электрохимическому градиенту.

Жизнь живого организма сосредоточена в клетке. У каждой клетки имеются общие (основные) функции, одинаковые с функциями других клеток, и специфические функции, свойственные в основном данному виду клеток.

Функции нейрона, идентичные общим функциям любых клеток организма (неспецифические функции):

• Синтез тканевых и клеточных структур, а также необходимых для жизнедеятельности соединений (анаболизм).
• Выработка энергии в результате катаболизма.
• Трансмембранный перенос необходимых веществ в клетку и выделение из неё метаболитов и веществ.

Специфические функции нервных клеток ЦНС и периферического отдела нервной системы:

• Восприятие изменений внешней и внутренней среды.
• Генерация и передача сигналов.
• Переработка поступающей к нейрону информации.
• Хранение информации с помощью механизмов памяти.
• Трофическое влияние

Жизнедеятельность нервной клетки обеспечивается взаимодействием всех её органелл и клеточной мембраны (совокупность структурных элементов, образующих оболочку клетки), как и любой другой клетки организма. В процессе деятельности нервной системы отдельные нейроны объединяются в ядра, слои, колонки, ансамбли (модули), нейронные сети. При этом совокупность нейронов, образующих, например, анализатор (двигательный, зрительный, слуховой и др.), обеспечивает появление у этой микросистемы новых свойств, не имеющих у отдельных нейронов. Деятельность всей нервной системы сводится к формированию операционных систем (на уровне I-ой сигнальной системы – это «раздражимость», «рефлекс» и «инстинкт», на уровне II-ой сигнальной системы – это «сознание», «личность», «индивидуальность»).

Нервная система имеет довольно сложное гистологическое строение. В ее состав входят нейроны (нервные клетки), нервные волокна, нейроглия («нервный клей») и соединительнотканные элементы. Нейроны являются основной структурно-функциональной частью нервной системы. Величина и форма нейрона зависят от длины и количества его отростков. Отростки принято делить на дендриты (цитоплазматические) и аксоны, или нейриты (осевоцилиндрические). Дендриты, древовидно разветвляющиеся выросты цитоплазмы нейрона, проводят раздражение в сторону тела нейрона. Аксон представляет собой осевоцилиндрический длинный одиночный отросток, несущий импульсы от нервной клетки; он оканчивается короткими разветвлениями.

Тело нейрона состоит из цитоплазмы и ядра. В цитоплазме имеются хроматофильное (тигроидное) вещество и нейрофибриллы, являющиеся специфическими компонентами нервных клеток. Хроматофильное вещество имеется в теле нейрона и крупных дендритах в виде глыбок различной величины. Оно изменяется при различных функциональных состояниях нейрона, поэтому его исследование может иметь определенное диагностическое значение. Нейрофибриллы в виде тончайших нитей находятся в теле клетки и ее отростках. Кроме того, нейрон содержит сетчатый аппарат Гольджи, митохондрии и другие органоиды, а также входящее в ядро ядрышко, богатое нуклеиновыми кислотами. Нервные клетки имеют электрический заряд. Потенциал покоя составляет 60 – 80 мВ, а потенциал действия, т.е нервный импульс – 80 – 100 – 130 мВ.

Нервные волокна образованы отростками нейронов. В зависимости от того, имеют ли они слой миелина, они делятся на безмиелиновые (безмякотные) и миелиновые (мякотные). Первые преобладают в вегетативной, а вторые - в соматической части нервной системы. Миелиновое нервное волокно состоит из осевого цилиндра, являющегося продолжением аксона нейрона, слоя миелина и слоя нейролеммоцитов - неврилеммы (шванновской оболочки). Осевой цилиндр состоит из аксоплазмы и нейрофибрилл, играющих важную роль в регенерации нервного волокна. При повреждении осевого цилиндра аксоплазма начинает вытекать из конца центрального отрезка, вследствие чего образуются ее натеки, в которые врастают нейрофибриллы. Слой миелина (миелиновая, или мякотная, оболочка), окутывающий осевой цилиндр, имеет значительную толщину на протяжении всего нервного волокна и содержит большое количество миелина, состоящего из жироподобных веществ. Истончаясь в отдельных участках, он образует межсегментарные узлы нервного волокна (перехваты Рантье). В слое миелина также имеются глубокие воронкообразные впадины, видимые на продольных срезах как канальцы, достигающие осевых цилиндров в косом направлении, - насечки миелина (насечки Шмидта-Лантермана).

Цитоплазма нейролеммоцитов (шванновских клеток), выпячиваясь в такие воронки, образует отростки, которые также достигают осевых цилиндров. Благодаря таким отросткам нейролеммоциты, как полагает Б. С. Дойников, осуществляют регуляцию трофических процессов в осевом цилиндре нервного волокна. Отличительной чертой нервных волокон в центральной нервной системе является то, что они не имеют узлов нервного волокна и нейролеммы и осевые цилиндры сопровождаются глиальными элементами. Нейролеммоциты выполняют роль периферической глии. Наружный слой нейролеммоцита с его ядром и большей частью цитоплазмы составляет нейролемма. Внутренний слой цитоплазмы содержит миелиновые пластинки. При повреждении нервного волокна нейролеммоциты пролиферируют и образуют мостики (бюнгеровские ленты) между его центральным и периферическим отрезками, играя таким образом важную роль в регенерации.

Нейроглия играет роль соединительной ткани центральной нервной системы. Мембранный потенциал клеток нейроглии составляет 70 – 90 мВ, однако потенциал действия они не генерируют, а генерируют только локальные токи, электротинически распространяющие от одной клетки к другой. Различают макро - и микроглию. В свою очередь макроглия состоит из астроцитов, эпендимоциотов и олигодендроглиоцитов. Астроцитная глия - синцитиальное образование, состоящее из крупных многоотростчатых астроцитов. Отростки одних астроцитов, соединяясь с отростками других астроцитов, образуют балки, между которыми находятся нервные клетки. Эпендимоциты выстилают все полости мозга и выделяют мозговую жидкость – ликвор. Олигодендроглия выполняет опорную функцию преимущественно для отростков нейронов, сопровождая их на всем протяжении до концевых аппаратов. В периферической нервной системе она, как отмечалось выше, представлена нейролеммоцитами.

Микроглия состоит из мелких отросчатых клеток, выполняющих защитную функцию. Клетки глии принимают участие в разнообразных реакциях в ответ на действие вредных факторов на нервную систему. При этом клетки глии сначала увеличиваются в объеме, затем размножаются. Астроциты и клетки олигодендроглии замещают гибнущую нервную ткань в виде глиозного рубца. В результате недоразвития нервной ткани, после травмы или острого нарушения мозгового кровообращения эпендимоциты формируют полость - киста. Наряду с регенеративными процессами глия может в патологических условиях подвергаться и дегенеративным изменениям.
Известным отечественным нейроморфологом С.Н.Оленевым (1995) предложены 7 общих принципов, позволяющих упорядочить современные представления о структурно-функциональной организации нервной системы.

• В ходе фило-и онтогенеза нервная система формируется путём дополнительных надстроек. В соответствии с концепцией «тройного мозга» P.MacLean (1990), в телэнцефалоне высших млекопитающих можно выделить элементы структур и функций, свойственные рептилиям, низшим и высшим млекопитающим.
• Нервную систему формируют три эмбриональных источника: плакоды, ганглиозная пластинка и нервная трубка.
• При размножении в любой зоне миграции клетки образуются в определённой последовательности: сначала малочисленные крупные клетки, затем средние по размерам клетки, позднее – многочисленные ассоциативные клетки. Взаимоотношения этих клеток приближается к пропорции 1:2:2n. С.Н.Оленевым выдвинута гипотеза о «корреляции клеточного типа с числом предшествующих митозов» исходной клетки – медуллобласта.
• Химическое кодирование нервных проекций разного вида обеспечивают медиаторы, гормоны и нейропептиды. Каждое из указанных биологически активных веществ вовлекается в кодирование ферменты синтеза, мембранные молекулы-транспортёры обратного захвата, мембранные рецепторы, внутриклеточные «вторичные посредники».
• Клетки нервной системы объединены в иерархически организованные структурно-функциональные единицы – «модули», содержащие 10 – 1000 клеток, получающие афферентные волокна и трансформирующие нервные импульсы. Подобные модули существуют в различных отделах нервной системы в разной форме: в форме «стопок дисков» в спинном мозге, «параллелепидов» в мозжечке, «бочонков» в коре головного мозга.
• Важнейшим принципом существования мозга является топически упорядоченная организация структур. В соответствии с представлениями С.Н.Оленева трёхмерное пространство мозга составляют 2 взаимоперпендикулярных вектора хемотаксиса, обеспечивающий миграцию клеток по градиенту химического вещества.
• Преобразование многомерной информации в мозге происходит многоступенчато с разнообразными преобразованиями на каждой ступени: конвергенция, дивергенция, инверсия, различные формы вычленения.

В классической нейрофизиологии за основу принято положение о существовании в нервной системе процессов возбуждения и торможения.

Возбуждение	Торможение
1.Локальный потенциал 2.Потенциал действия  (возбуждающий постсинаптический  потенциал или ВПСП)	1.Пресинаптическоеторможение 2.Постсинаптическое торможение  (тормозной постсинаптический  потенциал или ТПСП)
3.Пароксизмальная активность (деполяризация всей мембраны  нейрона)	3.Пессимальное торможение (реполяризация все мембраны  нейрона)

Начиная с конца ХVII в. уже были известны основные функции нервной клетки – это возбудимость и проводимость. Процесс возбуждения какой-либо группы нейронов, так же как их торможение, всегда стремится к распространению. Распространение этих процессов из очага возникновения на окружающие нервные клетки называется иррадиацией. Если бы нейроны находились в одинаковом состоянии, то иррадиация происходила бы во всех направлениях равномерно подобно расходящимся на воде кругам от брошенного камня.

Чаще всего, говоря о степени зрелости одного нейрона, подразумевают строение этой клетки, забывая о функции самой нервной клетки, её мембраны и самого ядра. Функциональная организация нейрона предполагает одновременное развитие физических (радиофизических и электрохимических) и химических (окисление и восстановление) реакций. В процессе созревания нейронов (сразу же после рождения), роль электрических реакций («роль регулятора полезных реакций») в управлении основными процессами (адаптация) становится главенствующей. Однако, как только в нейроне из-за перевозбуждения (сильное возбуждение) или растормаживания (глубокое торможение) возникает фаза рефрактерности (фаза молчания), функция мембраны нервной клетки (барьерная функция, создание электрического заряда, передача сигналов от одной клетки к другой, транспортная функция) исчезает, и начинает проявляться единственная функция ядра (синтез аминокислот).

Дозированные внешние (физические и химические) и внутренние (физические и химические) раздражители могут привести к изменениям функциональных свойств любых нервных центров (инертность, фоновая активность, трансформация ритма возбуждения, большая чувствительность ЦНС к изменениям среды, пластичность). С позиции электрофизиологии (кибернетики) происходит изменение функциональных свойств всей нервной системы (настройка конфигурации) или самого мозга человека (адаптация). C позиции ЭВМ – это обычная перезагрузка операционных систем (перестройка функциональных систем) или ввод базы данных. (С технической точки зрения английское слово «аpgrade» так же означает усовершенствование, подъём качества, улучшение породы). В этом случае электродинамические процессы (ЭДС) запускают электрохимические, а те в свою очередь биологические, психические и лингвистические.