Частота импульсов в аксоне

  Ответ на раздражение возбудимой клетки (в нашем случае – аксона) можно представить в виде трех последовательных фаз: формирование потенциала действия (проведение импульса), период абсолютной рефрактерности, период относительной рефрактерности.

  После возникновения потенциала действия в аксоне наблюдается период рефрактерности, т.е. период, когда возбудимость клетки снижается с последующим ее восстановлением.

  Абсолютная рефрактерность – период, когда клетка не в состоянии генерировать потенциал действия, несмотря на силу импульса.

  Относительная рефрактерность – период, когда клетка в состоянии генерировать потенциал действия, однако сила стимулирующего импульса должна быть больше пороговой, т.к. восстановление возбудимости клетки произошло не полностью.

Максимальная частота проведения

  Проводить импульс аксон не в состоянии только в период абсолютной рефрактерности, который, по условию задачи, длится 1 мс. В период относительной рефрактерности проведение импульса возможно, однако сила стимулирующего импульса должна быть больше предыдущего.

Тогда время одного цикла работы в максимальном режиме будет состоять из:

• времени проведения (1 мс);
• времени абсолютной рефрактерности (1 мс).

Итого:
1мс + 1мс = 2мс;

Чтобы найти частоту за 1 с, разделим общее время на время одного цикла:

1с/2мс = 1000с/2 мс = 500 импульсов/с – максимальная частота проведения.

Оптимальная частота проведения

  Т.к. в предыдущем случае полное восстановление клетки не происходило, то, работая в таком режиме, аксон очень быстро истощится. Чтобы этого не произошло, необходимо проводить импульсы с оптимальной частотой, т.е. учитывать время относительной рефрактерности.

Тогда время одного цикла работы в оптимальном режиме будет состоять из:

• времени проведения (1 мс);
• времени абсолютной рефрактерности (1 мс);
• времени относительной рефрактерности (2 мс).

Итого:

1мс + 1мс + 2мс = 4мс;

Чтобы найти частоту за 1 с, разделим общее время на время одного цикла:

1с/4мс = 1000с/4мс = 250 импульсов/с – оптимальная частота проведения.

    Нейрон-детектор частоты следования импульсов. Нейрон такого типа содержит дендриты (узел ветвления), реализующие операцию выделения определенного интервала (частоты) следования импульсов (гл. II, 4). [c.57]

    При длительном воздействии сильного раздражителя больщинство рецепторов вначале возбуждают в сенсорном нейроне импульсы с большой частотой, но постепенно частота их снижается, и это ослабление ответа во времени называют адаптацией. Например, войдя в комна- [c.318]

    Во-первых, она повышает чувствительность рецептора, обеспечивая немедленный ответ на стимуляцию, которая в противном случае была бы слишком мала, чтобы вызвать реакцию сенсорного нейрона любое, даже очень незначительное, изменение интенсивности сигнала будет вызывать изменение частоты импульсов в этом нейроне. [c.319]

    Первая стадия памяти связана с получением информации, которая передается в центр. Имеется основание предполагать, что в восприятии всех сенсорных раздражений лежит один и тот же механизм. Этот вывод исходит из того, что афферентные импульсы идут от рецепторной клетки в ЦНС одним и тем ке способом, путем биотоков возбуждения. Одна афферентная импульсация в зависимости от вида раздражения отличается от другой в основном по частоте и амплитуде. Отсюда можно заключить, что информация в ЦНС воспринимается одним и тем же кодом. Другой особенностью восприятия сенсорных раздражений является то, что один и тот н е импульс воспринимается разными нейронами по-разному. Причину этого явления нужно искать в различии обменных процессов в разных нейронах. [c.7]

    Благодаря временной и пространственной суммации мембранный потенциал тела одного постсинаптического нейрона регулируется частотой разрядов множества пресинаптических нейронов. В результате интеграции всех входных сигналов постсинаптическая клетка формирует определенный ответ, обычно в виде импульсов для передачи сигналов другим клеткам, нередко находящимся в отдаленных частях организма. Этот ответный сигнал отражает величину суммарного ПСП в теле клетки. Однако, хотя суммарный ПСП все время плавно изменяется, потенциалы действия имеют постоянную амплитуду и подчиняются закону всё или ничего . Единственной переменной величиной при передаче сигна- [c.321]

    Из электрофизиологических экспериментов следует, что зависимость средней частоты генерации нейроном импульсов от суммы токов, деполяризующих сому, имеет участок, близкий к линейному [27, 28]. Это дает основание рассматривать сому нейрона как сумматор возбуждений приходящих по соматическим синапсам. [c.20]

    Активация одного командного нейрона вызывает определенный двигательный акт. Временные характеристики импульсации обычно не играют решающей роли в осуществлении этого эффекта. В то же время частота импульсов может иметь существенное значение ее повышение может изменить характер конечного эффекта. [c.92]

    Еще одно общее свойство нейронов, имеющее важнейшее значение для работы мозга, состоит в том, что частота импульсов в нейроне зависит от силы и длительности стимула. Чем сильнее стимул, тем быстрее залп Спайков (пиков), проходящих по аксону. Таким образом, функция мозга человека в значительной степени сводится к расшифровке потока импульсов. Частота импульсов, проходящих по нейронам, колеблется от нескольких импульсов в секунду до максимальной частоты для большинства нервных волокон — 200 имп./с (в клетках Реншоу в спинном мозге частота импульсации может достигать 1600 импульсов в секунду). Максимум частоты импульсации определяется величиной рефрактерного периода, составляющего мс (гл. 5, разд. Б, 3). [c.327]

    До недавнего времени полагали, что единственная функция нервного импульса состоит в быстром проведении сигналов по аксонам на большие расстояния. Важная роль этой функции состоит в том, что сила раздражения кодируется в нейронах путем изменения частоты импульсации. Информация, закодированная в нервных импульсах, передается на другие нейроны через синапсы, образуемые нервными окончаниями. Ни в коей мере не умаляя важности этой функции потенциала действия, мы хотели бы подчеркнуть, что возбудимость может влиять и на другие . процессы жизнедеятельности нервных клеток. [c.172]

    Когда нервный импульс приходит к синаптическому окончанию, происходит освобождение медиатора, который частично взаимодействует с рецептором постсинаптической мембраны. Остальная его часть разрушается специальным ферментом или захватывается обратно в пресинаптическую терминаль. Следствием реакции медиатора с постсинаптическим аппаратом является изменение ионных потоков, протекающих через поверхность клетки. В результате происходит сдвиг мембранного потенциала и повышение концентрации ионов калия вне клетки и ионов кальция внутри нее. Сами по себе процессы, вызванные одним импульсом, чрезвычайно кратковременны (не более О, I с), но если импульсы поступают регулярно и с достаточно высокой частотой, возникает процесс суммации, при котором определенные сдвиги в концентрации ионов могут сохраняться достаточно долго. В частности, при прохождении залпа импульсов вьщеляющиеся ионы калия могут в значительных количествах диффундировать к окружающим нейрон клеткам глии и влиять на их деятельность, что в некоторых теориях рассматривается как один из факторов, участвующих в процессах памяти. [c.381]

    При слабых сигналах деполяризации будут достигаться не сразу импульсы, возникающие у основания аксона, будут отделены друг от друга более продолжительными интервалами, т. е. слабые раздражения возбудят импульсы низкой частоты, а сильные — импульсы высокой частоты. В организмах любые раздражения передаются по путям, состоящим из множества нейронов, что делает связь более надежной и открывает возможности регулирования работы органов при варьировании силы возбуждающих сигналов. Известны типы нейронов, которые ослабляют сигналы, проходящие от других нейронов (тормозные нейроны), и данный нейрон фактически получает и возбуждающие и тормозные сигналы. Нейрон фактиви-руется, если сумма тех и других превосходит по величине порог его возбуждения. До сих пор речь шла о вставочных нейронах, которые играют роль передатчиков нервного возбуждения. Очень интересны и нейроны, находящиеся на воспринимающих концах нервной цепи, — рецепторные и эффекторные или двигательные. Рецепторы принимают раздражения различных типов это может быть химическое раздражение, механическое, например, давление, прикосновение, температурное, электрическое и др. Все виды раздражений передаются центральной нервной системе в виде электрических импульсов — классический пример биологического кодирования, четко показывающий сходство между функциями вычислительных машин, и теми функциями, которые сами собой возникли в итоге длительной эволюции динамических систем. [c.229]

    В полипептидной цепи эта группа, как предполагалось в модели Лаки и Коулсона, отцает четыре электрона для образования общей я-орбитали. Согласно этой модели белок является полупроводником, причем л-электронные орбитали располагаются перпендикулярно оси полипептидной цепи. Позже Эванс и Герей, рассматривая пептидную группу как элементарную ячейку, пришли к выводу о наличии в молекуле белка трех энергетических зон, из которых одна свободна. Более точные расчеты показали, что ширина запрещенной зоны в белках довольно велика и равна 5 эВ. Бриллюэн предложил модель, в которой зоны проводимости белка получаются за счет перекрытия ст-связей. В этой модели ширина запрещенных зон еще больше (8—10 эВ). Проблема полупроводи-мости белковых систем пока ждет решения. Эксперимент показывает, что энергия фотовозбуждения отдельных групп, связанных с белковой цепью, может мигрировать на значительные расстояния и вызывать флуоресценцию других групп. Комплекс миоглобина с оксидом углерода (II) отщепляет СО при действии излучения, которое не поглощается гемином (т. е. группой, непосредственно связанной с СО), но поглощается триптофаном и тирозином — аминокислотами, остатки которых входят в состав белка миоглобина. Здесь энергия мигрирует от белка к геминовой группе. Эти важные свойства белков показывают, что белки в некоторых случаях способны передавать энергию возбуждения, т. е., в общем случае, сигналы . В ходе эволюции функции передачи сигналов в форме серии дискретных импульсов, частота которых зависит от силы раздражения, перешли к более совершенной системе — нейронам нервной сети. [c.348]

Рис. 18-37. Перекодирование суммарного ПСП в частоту импульсного разряда на выходе нейрона (в аксонеХ Из графиков А и Б видно, как частота импульсов в аксоне возрастает при увеличении суммарного ПСП ва графике В представлена общая зависимость. Г-способ измерения суммарного ПСП.. 4 и на верхних графиках-суммарная интенсив-иость синаптической стимуляции, воспринимаемой телом клетки на нижних графиках-соответствующие разряды импульсов, посылаемых по аксону. На верхних графиках показано, как выглядели бы ПСП, если бы импульсный разряд каким-то образом блокировался.

    Однако непрерывности разряда для функции нейрона недостаточно-нужно еще, чтобы частота этого разряда отражала интенсивность стимуляции. Детальные расчеты показывают, что простая система натриевых н медленных калиевых каналов не отвечает поставленным требованиям. Если сила непрерывной стимуляции клеткн ннже определенного порогового уровня, по-теациал действия не возникнет совсем если же она превысит порог, то сразу начнется частая импульсация. Проблему решают быстрые калиевые каналы. В открытом состоянии эти каналы препятствуют действию деполяризующих стимулов и тормозят возникновение импульсов, а открывание этих каналов регулируется таким образом, что онн снижают частоту разряда прн уровнях стимуляции, которые лишь немного выше порогового уровня. Таким путем быстрые калиевые каналы способствуют более плавной зависимости между нитеисивиостью стимуляции и частотой разряда. [c.109]

    Почти в точности на тех же принципах основано преобразование сигналов в органах чувств. Это можно хорошо проиллюстрировать иа примере мышечных рецепторов растяжения, где первоначальный стимул, вызывающий изменение проницаемости мембраны, имеет механическую, а не химическую природу. Рецепторы растяжения доставляют нервной системе информацию о длине мышцы и скорости ее изменения. Эта сенсорная обратная связь (наряду с сигналами от головного мозга и некоторых частей спинного мозга) помогает регулировать импульсацию двигательных нейронов, как это объяснено в подписи к рис. 18-45. Каждая мышца содержит группы видоизмененных мышечных волокон, образующих так называемые мышечные веретена. Каждое отдельное волокно в веретене обвито окончаниями сенсорных нейронов (рис. 18-45). При растяжении волокон веретена в этих нейронах возникают импульсы (потенциалы действия), которые передаются в спинной мозг. Электрическое поведение одного сенсорного нейрона можно исследовать с помошью внутриклеточного электрода, помещенного около того места, где нейрон прилегает к волокну. Частота импульсного разряда градуально [c.119]

    Специальные преобразователи переводят сенсорные стимулы в форму нервных сигналов. Например, в рецепторе растяжения мышцы окончание сенсорного нерва деполяризуется при растяжении и величина деполяризации-рецепторный потенциал-для дальнейшей передачи перекодируется в частоту импульсного разряда. Слуховые волосковые клетки, избирательно реагирующие на звуки определенной частоты, сами не посылают импульсов, а передают сигналы о величине рецетпорного потенциала соседним нейронам через химические синапсы. Таким же образом действуют фоторецепторы глаза. В фоторецепторах свет вызывает конформационное изменение молекул родопсина, и это благодаря участию внутриклеточного второго посредника ведет к закрытию натриевых каналов в плазматической мембране, к ее гиперполяризации и в результате-к уменьшению количества высвобождаемого медиатора. Далее вставочные нейроны передают сигнал ганглиозным клеткам сетчатки, которые пересылают его в мозг в виде потенциалов действия. Проходя череъ нейронную сеть с конвергентными, дивергентными и тормозными латеральными связями, информация подвергается обработке, благодаря которой клетки высших уровней зрительной системы могут выявлять более сложные особенности пространственного распределения световых стимулов. [c.130]

    Получается, что нейрон при передаче сигналов <обед-няет информацию. Правда, оказывается, что хотя нейрон ничего не может сообш ить об источниках входных сигналов, он может сообщить об их силе. Как это делается Амплитуда входного сигнала — зто сумма (алгебраическая, конечно) всех синаптических потенциалов, создаваемых активными синапсами. Пусть во время действия сигнала амплитуда его не меняется (это значит, что постоянна разность между числом активных возбуждающих и числом тормозных синапсов). Тогда через мембрану нейрона все время будет течь примерно постоянный синаптический ток. Легко сообразить, что чем больше ток, идущий через мембрану, тем с большей частотой будет работать нейрон (рис. 55). Действительно, после каждого очередного импульса мембрана нейрона гиперполяризуется, так как открываются калиевые каналы. Чем больше ток, текущий. через мембрану нейрона тем быстрее он возвратит его [c.215]

    Из приведенных экспериментальных данных следует, что информация о частоте заключена не только в пространственной кар-типе распределения возбуждения нейронов, но также и во временной организации последовательпости импульсов у каждого нейрона. Можно ожидать, что носледпее обстоятельство используется на последующих уровнях слуховой системы для более точного [c.79]

    В нервной системе обнаруживают нейроны, реакция кс1торых на входные сигналы проявляется в градуальном изменении пара-метров выходного сигнала. Выходной сигнал может быть закодирован частотой генерации импульсов (спайков) или длиной п чки [c.43]

    Результаты анализа привели к выводу, что среди нервных клеток существует тип нейронов-детекторов, которые срабатывают только при приходе на и входы ансамбля импульсов с определенными временными интервалами друг относительно друга. Или вероятность срабатывания тем выше, чем ближе ансамбль импульсов к тому, па который настроен данный нейрон. Нейроны-детекторы выполняют такие функции, как детекция момента совпадения двух сигналов, детекция определепной задержки между двумя импульсами, детекция скорости и направления перемещения возбуждения по контролируемой нейроном совокупности нервных элементов (других нейронов, рецепторов), детекция кодовой последовательности (т. е. определенным образом расставленной во времени последовательности импульсов по одному аксону), детекция определенной частоты следования импульсов. [c.62]

    Наряду с этим известны физиологические данные о ие дискретной, а градуальной реакции нервных клеток, когда параметры импульсной последовательности в их ответе (число импульсов, частота их следования) зависят от параметров стимула. Проведенный анализ операций в дендритах также указывает на возможность ряда градуальных преобразований управляемая задержка (латентность) появления сигнала на выходе нейрона, управляемая трансформация импульсной носледовательности. Совокупность этих сведений позволяет заключить, что сущесгвует другой тип нервных клеток, ото нейроны-преобразователи, производящее аналоговые преобразования входных сигналов. Нейроны-преобразо- [c.62]

    Для нейронов-преобразователей к числу основных операций следует отнести операцию накопления возбуждения или временную суммацию импульсов , широко отмечаемую в работах по физиологии нервной клетки. Как известно, такого рода приемники воспринимают информацию, закодированную в виде числа (за определенное время) или частоты следования импульсов. Выходной сигнал нейрона-нреобразователя, с пашей точки зрения, может быть двух видов. В одних случаях это люжет быть трансформируемая частота следования импульсов (результат суммирования или умножения на постоянный или управляемый коэффициент) тогда, когда информация предназначается другим нейронам-преобразователям. В других случаях выходной сигнал может быть импульсным, временное положение которого изменяется (например, есть функция числа суммируемых входных импульсов), но это указывает на то, что информация адресована нейро-нам-детектора г. [c.63]

    Относительно третьего различия известно следующее. В отсутствие стимула все нейроны спирального ганглия проявляют спонтанную активность, частота которой лежит в диапазоне от единиц до сотпи импульсов в секунду [93]. Распределение частот спонтанной активности (рис. 33) имеет два максимума — один в области 5 Гц, второй — в области 30—80 Гц. Следовательно, есть основания считать, что по величине частоты спонтанной активности нейроны спирального ганглия делятся на две группы — низкочастотную (Т сп 5 Гц) и высокочастотную (Т оп 50 Гц). [c.81]

    Электрофизиологические данные говорят о том, что нейроны упорядоченно расположены по оптимальным частотам тонотопика),что они являются физическими, содержащими в своем ответе на стимул — звуковой щелчок — 1 — 2 импульса. Вероятность появления импульса зависит от разности моментов At и относительной разности амплитуд АА/А звуковых сигналов слева и справа [183, 184]. [c.111]

    Нервные пути, регулирующие деятельность сердца, изображены на рис. 19.9. Симпатическая иннервация сердца осуществляется постганглионарными волокнами, идущими от симпатической системы. При возбуждении из окончаний этих волокон освобождается норадреналин, действующий на Ргздренорецеп-торы клеток сердца. Стимуляция этих рецепторов приводит к активации аденилатциклазы в дальнейшем развертывается цепь событий, которую мы уже рассматривали как в настоящей главе, так и при обсуждении рис. 9.9. В конечном счете увеличивается проницаемость мембраны мышечных клеток главным образом для ионов Са= + это приводит к повышению частоты и силы сердечных сокращений и к ускорению проведения импульсов. Увеличение кальциевой проницаемости сходно с тем, что было обнаружено в некоторых нейронах (см. гл. 9) при модулирующем влиянии медиаторов на возбудимые кальциевые каналы. [c.43]

    В лаборатории Циммермана проводились исследования зависимости амплитуд определенных компонент ВМП и ВЭП от интенсивности и характера звукового стимула [280]. Выявлено, что амплитуда ВМП в ответ на сигналы с одинаковым средним значением звукового давления максимальна для чистых тонов, ниже для белого (содержащего все тона) шума и минимальна для щелчков. Это согласуется с результатами внутрикорковых измерений активности нейронных колонок. Поэтому в дальнейшем, как и в рдае других лабораторий [239, 269], в качестве стимула использовались кратковременные импульсы звучания с частотой 1 кГц [283]. Изучался отклик возбуждаемого этими импульсами конкретного источника в слуховой области коры, магнитное поле которого соответствовало полю токового диполя. Поэтому сигнал принимался с помощью недиагонального (восьмеркообразного) градиометра с расстоянием между центрами петель (базой) 4 см. Этот прибор наилучшим образом приспособлен к регистрации магнитного поля токового диполя, когда одна из петель восьмерки находится над одним, а другая — над другим экстремумом поля (см. рис. 21). К недостатку такого градиометра можно отнести то, что он оптимален для приема сигнала только с определенной глубины, так как база его фиксирована. [c.159]

Описание

Значительную часть нейробиологии составляют разделы о том, как работают отдельные нейроны и как информация передается от клетки к клетке через синапсы. Должно быть очевидным, что без этих сведений мы окажемся в положении человека, желающего понять работу радиоприемника или телевизора, но ничего не знающего о резисторах, конденсаторах и транзисторах. За последние десятилетия благодаря изобретательности ряда нейрофизиологов, из которых наиболее известны Эндрю Хаксли, Алан Ходжкин, Бернард Катц, Джон Экклз и Стивен Куффлер, были хорошо изучены физико-химические механизмы проведения нервных импульсов и синаптической передачи. Однако столь же очевидно, что сведения такого рода сами по себе еще не могут привести к пониманию работы мозга, подобно тому как одни лишь сведения о резисторах, конденсаторах и транзисторах не позволят понять работу радиоприемника или телевизора, а знание химии чернил — прочитать пьесу Шекспира.

Эту статью я начинаю с суммирования части того, что нам известно о нервном проведении и синаптической передаче. Большой подмогой в верном понимании существа дела будет знание основ физической химии и электричества, но я думаю, что и без этого читатель сможет получить о предмете достаточное представление. В любом случае для того, чтобы следить за изложением в последующих главах, вам понадобится лишь элементарное понимание этих вопросов.

Задача нервной клетки состоит в том, чтобы принимать информацию от клеток, которые ее передают, суммировать, или интегрировать, эту информацию и доставлять интегрированную информацию другим клеткам. Информация обычно передается в форме кратковременных процессов, называемых нервными импульсами. Во всякой клетке каждый импульс бывает точно таким же, как и любой другой, т. е. импульс — это стереотипный процесс. В любой момент частота импульсов, посылаемых нейроном, определяется сигналами, только что полученными им от передающих клеток, и передает информацию клеткам, по отношению к которым этот нейрон является передающим. Частота импульсов варьирует от одного в каждые несколько секунд или еще ниже до максимума около тысячи в секунду.

Что происходит, когда информация передается от одной клетки к другой через синапс? В первой — пресинаптической — клетке около основания аксона возникает электрический сигнал, или импульс. Импульс перемещается по аксону к его окончаниям. Из каждого окончания в результате этого импульса в узкий (0,02 мкм) заполненный жидкостью промежуток, отделяющий одну клетку от другой, — синаптическую щель — высвобождается химическое вещество, которое диффундирует ко второй — постсинаптической — клетке. Оно влияет на мембрану этой второй клетки таким образом, что вероятность возникновения в ней импульсов либо уменьшается, либо возрастает. После этого краткого описания вернемся назад и рассмотрим весь процесс подробно.

Рис. 8. Схема расположения нервных клеток на поперечом срезе сетчатки, нарисованная Сантьяго Рамон-и-Кахалом, величайшим нейроанатомом всех времен. От верхнего слоя, где показаны более тонкие палочки и более толстые колбочки, до нижнего, где направо выходят волокна зрительного нерва, толщина сетчатки составляет четверть миллиметра.

Нервная клетка омывается солевым раствором и содержит его внутри. В число солей входит не только хлористый натрий, но также хлористый калий, хлористый кальций и ряд других, менее обычных солей. Поскольку большинство молекул соли диссоциировано, жидкости как внутри, так и снаружи клетки содержат ионы хлора, калия, натрия и кальция (Cl-, К+, Na+ и Са2+).

В состоянии покоя электрические потенциалы внутри и снаружи клетки различаются примерно на одну десятую долю вольта, причем плюс находится снаружи. Точное значение ближе к величине 0,07 вольта, или 70 милливольт. Передаваемые нервами сигналы представляют собой быстрые изменения потенциала, перемещающиеся по волокну от тела клетки к окончаниям аксона. Я начну с описания того, как на клеточной мембране возникает разность потенциалов.

Рис. 9. На этой электронной микрофотографии (срез коры мозжечка крысы) синапс выглядит как узкая темная полоска в нижней части рисунка посередине. Слева от синапса можно видеть поперечное сечение аксона, заполненного мельчайшими круглыми синаптическими пузырьками, в которых хранится нейромедиатор. Справа от синапса виден выступ дендрита (называемый шипиком); он отходит от крупной дендритной ветви, расположенной горизонтально в верхней части рисунка (два темных колбасовидных образования в этом дендрите — митохондрии). В синапсе сближены две мембраны — мембраны аксона и дендрита; здесь они утолщены и выглядят более плотными. Их разделяет щель шириной 20 нанометров.

Мембрана нервной клетки, покрывающая весь нейрон, — структура чрезвычайно сложная. Она не сплошная, как надувной шарик или шланг, а содержит миллионы «пор», через которые вещества могут переходить с одной стороны на другую. Некоторые из них — это действительно поры различной величины; как сейчас выяснилось, они представляют собой белки в форме трубок, насквозь пронизывающих жировое вещество мембраны. В других случаях это не просто поры, а миниатюрные белковые механизмы, называемые насосами; они способны улавливать ионы одного типа и выбрасывать их из клетки, одновременно захватывая другие ионы внутрь из наружного пространства. Такая перекачка требует затраты энергии, которую клетка в конечном счете получает в процессе окисления глюкозы. Существуют также поры, называемые каналами, — это «клапаны», которые могут открываться и закрываться. Какие воздействия приводят к их открытию или закрытию, зависит от типа пор. На некоторые из них влияет мембранный потенциал, другие открываются или закрываются при наличии определенных веществ во внутренней и наружной жидкости.

Разность потенциалов на мембране в любой момент определяется концентрацией ионов внутри и снаружи, а также тем, открыты или закрыты различные поры. (Выше я говорил, что потенциал влияет на поры, а теперь утверждаю, что поры влияют на потенциал. Давайте пока просто скажем, что эти две вещи могут быть взаимозависимы. Несколько позже будет дано более детальное объяснение.) Так как имеется несколько видов пор и несколько видов ионов, легко понять, что вся система довольно сложна. Когда Ходжкин и Хаксли в 1952 году сумели разобраться в ней, это было огромным достижением.
[banner_centerrs]
{banner_centerrs}
[/banner_centerrs]

Зададимся прежде всего вопросом: как создается разность потенциалов? Предположим, что вначале никакой разности нет и концентрации ионов внутри и снаружи одинаковы. Пусть далее включается насос, который выводит из клетки ионы одного вида, например натрия, и вместо каждого выведенного иона переносит внутрь ион другого вида, например калия. Сам по себе насос не создает какого-либо потенциала, так как сколько положительно заряженных ионов накачивается внутрь, столько же и откачивается (ионы натрия и калия несут одинаковые положительные заряды). Но представим теперь, что по какой-то причине открылось большое число пор одного типа, например калиевых. Ионы калия начнут перетекать по ним, причем скорость потока через каждую открытую пору будет зависеть от концентрации калия: чем больше ионов возле отверстия поры, тем больше будет их утечка через мембрану; а так как внутри ионов калия больше, чем снаружи, то выходить их будет больше, чем входить внутрь. Но если выходит больше зарядов, чем входит, наружное пространство быстро станет электроположительным по отношению к внутреннему. Это накопление положительного заряда снаружи вскоре начнет противодействовать дальнейшему выходу ионов калия из клетки, так как одноименные заряды отталкивают друг друга.

Очень быстро — прежде чем выход ионов К4 приведет к заметному изменению их концентрации — положительный заряд снаружи достигнет величины, при которой он в точности скомпенсирует тенденцию ионов К+ выходить из клетки (с внутренней стороны поры ионов калия больше, но они отталкиваются наружным зарядом). Начиная с этого момента перемещение заряда прекращается, и мы говорим, что система приходит в равновесие. Таким образом, открытие калиевых пор приводит к возникновению на мембране разности потенциалов с положительным полюсом снаружи.

Но предположим, что вместо этого открылись натриевые поры. Повторяя все рассуждения с заменой слов «внутренний» на «наружный», вы можете легко убедиться, что результат будет прямо противоположным: снаружи возникнет отрицательный заряд. При одновременном открытии пор того и другого типа езультат был бы «компромиссным». Для оценки величины мембранного потенциала мы должны знать относительные концентрации двух ионов и отношение числа открытых и закрытых пор для каждого иона, а затем произвести соответствующие расчеты.

Когда нерв находится в покое, большинство калиевых каналов открыто, а большинство натриевых закрыто; поэтому снаружи будет положительный заряд. Во время импульса на коротком отрезке нервного волокна внезапно открывается большое число натриевых каналов, что приводит к кратковременному преобладанию потока ионов натрия, и этот участок быстро становится электроотрицательным снаружи по отношению к внутреннему пространству. Затем натриевые поры вновь закрываются, в то время как калиевые остаются открытыми, причем даже в большем количестве, чем в состоянии покоя. Оба процесса — закрытие натриевых пор и дополнительное открытие калиевых пор — приводят к быстрому восстановлению потенциала покоя с положительным полюсом снаружи. Вся последовательность событий занимает примерно тысячную долю секунды.

Рис. 10. Вверху: участок аксона в состоянии покоя. Натриевый насос перекачал наружу излишние ионы натрия, а внутрь — недостающие ионы калия. Натриевые каналы в основном закрыты. Поскольку открыто много калиевых каналов, клетку покинуло достаточное количество ионов калия, чтобы мембранный потенциал достиг равновесного в таких условиях уровня — около 70 милливольт с плюсом снаружи.
Внизу: слева направо перемещается нервный импульс. На крайнем правом конце аксон еще пребывает в состоянии покоя. В среднем участке развертываются события, связанные с импульсом: натриевые каналы открыты, ионы натрия переходят внутрь (хотя и не в таком количестве, чтобы их концентрация после одного импульса заметно изменилась); мембранный потенциал 40 милливольт с плюсом внутри На крайнем левом конце мембрана возвращается в исходное состояние, так как открылись (а затем закрылись) добавочные калиевые каналы, а натриевые каналы автоматически закрылись. Поскольку натриевые каналы не способны сразу же повторно открыться, второй импульс не может возникнуть раньше чем спустя примерно миллисекунду. Это позволяет понять, почему импульс не может повернуть назад к телу клетки.

Все происходящее зависит от обстоятельств, влияющих на открытие и закрытие пор. Как натриевые, так и калиевые каналы чувствительны к мембранному потенциалу. Уменьшение наружного положительного заряда — деполяризация мембраны относительно состояния покоя — приводит к открытию пор. Это влияние неодинаково для пор двух типов: натриевые поры, открывшись, снова закрываются сами по себе, даже если мембрана остается деполяризованной, и неспособны вновь открыться на протяжении нескольких тысячных долей секунды; калиевые поры остаются открытыми, пока поддерживается деполяризация. При определенном уровне деполяризации число ионов натрия, входящих внутрь, вначале превышает число выходящих ионов калия и наружная поверхность мембраны становится электроотрицательной по отношению к внутренней; позднее начинает преобладать поток калия и восстанавливается потенциал покоя.

В этой последовательности событий, составляющих импульс (открываются поры, ионы проходят через мембрану и мембранный потенциал дважды претерпевает изменения), число ионов, фактически проходящих через мембрану — Na+ внутрь, а К4 наружу, — ничтожно, и его недостаточно для измеримого изменения ионных концентраций внутри или снаружи клетки. За несколько минут, однако, нейрон способен разрядиться тысячу раз, и в результате концентрации ионов могли бы заметно измениться, если бы не насос, который все время выводит натрий и накачивает внутрь калий, поддерживая таким образом их концентрации на надлежащих уровнях покоя.

Почему во время импульса столь малый перенос заряда ведет к таким большим колебаниям потенциала? Это следствие одного из простых законов электричества: емкость мембраны мала, а потенциал равен перенесенному заряду, деленному на емкость.

Деполяризация мембраны — уменьшение электроотрицательности внутри относительно состояния покоя — вот что обеспечивает первоначальный запуск импульса. Если быстро ввести в покоящееся волокно некоторое количество ионов натрия, вызвав небольшую начальную деполяризацию, то в результате откроется небольшое число натриевых пор; но, поскольку много калиевых пор уже открыто, изнутри может выйти достаточно калия, чтобы скомпенсировать этот эффект и быстро вернуть мембрану в исходное состояние покоя. Предположим, однако, что начальный перенос заряда столь велик и открылось так много натриевых пор, что натрий приносит внутрь больше заряда, чем может быть выведено с калием; тогда мембрана деполяризуется еще сильнее. Это приведет к открытию еще большего числа натриевых пор, к еще большей деполяризации и так далее — возникнет самоусиливающийся взрывоподобный процесс. Когда откроются все натриевые поры, которые могут открыться, мембранный потенциал изменит свой знак на обратный по отношению к потенциалу покоя: вместо 70 милливольт с положительным полюсом снаружи он составит 40 милливольт с отрицательным полюсом снаружи.

Уменьшение потенциала на мембране с последующим изменением его знака (реверсией) не происходит сразу по всей длине волокна, так как перенос заряда требует времени. Активный участок возникает в одном месте и перемещается по волокну со скоростью от 0,1 до примерно 10 метров в секунду. В любой момент времени существует один активный участок с реверсированным потенциалом, и эта область реверсии передвигается, удаляясь от тела нейрона; впереди нее находится участок с еще не открытыми каналами, а позади — участок, где каналы снова закрылись и временно неспособны к повторному открытию.

Это и есть процесс распространения импульса. Вы видите, что он вовсе не похож на прохождение тока по медной проволоке. По всей длине нерва не перемещаются электрические заряды, ионы или вообще нечто материальное, точно так же как при смыкании лезвий ножниц ничто не перемещается от соединительного винта до их кончиков. (Ионы образуют лишь местные токи, переходя внутрь и наружу, подобно тому как лезвия ножниц движутся вверх и вниз.) Перемещается некоторое событие или процесс — перекрещивание лезвий ножниц или импульс в нерве.

Поскольку подготовка натриевых каналов к следующему открытию и закрытию требует некоторого времени, наибольшая частота, с которой клетка или аксон способны генерировать импульсы, составляет около 800 в секунду. Однако столь высокая частота необычна; даже для сильно активированных нервных волокон характерны частоты 100—200 импульсов в секунду.

Рис. 11. Мембрана глиальной клетки многократно обернута вокруг аксона, как это видно на электронной микрофотографии поперечного среза нервного волокна. Такая мембрана состоит из миелина, который ускоряет проведение нервных импульсов, повышая сопротивление и уменьшая емкость между внутренностью аксона и окружающим пространством. В аксоне видны (в поперечном сечении) органеллы, называемые микротрубочками.

Важной особенностью нервного импульса является то, что он возникает по принципу всё или ничего. При достаточной начальной деполяризации — если она превышает некоторую пороговую величину — процесс становится само-усиливающимся и реверсия происходит всегда до 0,02 вольт (минус снаружи). Величина потенциала, распространяющегося по нерву (т. е. импульса), определяется самим нервом, а не степенью начальной деполяризации, которая привела к его возникновению. Здесь уместна аналогия с любым взрывообразным процессом. Скорость полета пули никак не связана с тем, насколько резко вы нажали на спусковой крючок.

Для многих функций мозга скорость проведения импульса представляется весьма важной, и нервная система выработала особый механизм ее повышения. Плазматическая мембрана глиальных клеток многократно обертывается вокруг аксона, образуя слоистую оболочку, значительно повышающую эффективную толщину нервной мембраны. Это утолщение снижает емкость мембраны, а тем самым и величину заряда, необходимую для ее деполяризации. Слоистое вещество, богатое жировым материалом, называется миелином. Через каждые несколько миллиметров оболочка прерывается в так называемых перехватах Ранвъе, что позволяет токам, связанным с импульсом, входить в аксон или выходить из него. В результате нервный импульс фактически перескакивает от одного перехвата к следующему, а не передвигается непрерывно вдоль аксона, что намного ускоряет передачу нервных сигналов. Большинство крупных волокнистых пучков в мозгу миелинизировано, что придает им блестящий белый цвет на свежеприготовленных срезах. Белое вещество головного и спинного мозга состоит из миелинизированных аксонов, и в нем отсутствуют тела нервных клеток, дендриты и синапсы. Серое вещество состоит в основном из клеточных тел, дендритов, аксонных окончаний и синапсов, но может содержать и миелинизированные аксоны.

Основные пробелы в нашем понимании природы импульса, равно как и основные направления современных исследований в этой области, связаны со структурой и функцией белковых каналов.

Как первоначально возникают импульсы, и что происходит на дальнем конце аксона, когда импульс прибывает туда?

Участок клеточной мембраны у окончания аксона, образующий первую половинку синапса (пресинаптическую мембрану), обладает удивительной специализированной структурой. Прежде всего, он содержит особые каналы, которые при деполяризации открываются и пропускают положительно заряженные ионы кальция. Поскольку концентрация кальция (как и натрия) снаружи выше, чем внутри клетки, открытие этих каналов позволяет кальцию переходить внутрь. Каким-то пока не известным образом это поступление кальция внутрь клетки приводит к выбрасыванию через мембрану наружу небольших порций особых веществ, называемых нейромедиаторами. Уже идентифицировано около двадцати химических медиаторов, и, судя по темпу новых открытий, их общее число может превышать пол сотни. Молекулы медиаторов намного меньше белковых молекул, но обычно крупнее ионов натрия или кальция. Примерами нейромедиаторов могут служить ацетилхолин и норадреналин. Когда эти вещества высвобождаются из пресинаптической мембраны, они быстро диффундируют через синаптическую щель шириной 0,02 мкм к постсинаптической мембране.

Постсинаптическая мембрана тоже специализирована: в ней имеются белковые рецепторы, которые реагируют на нейромедиатор открытием соответствующих каналов, позволяя ионам одного или нескольких типов проходить через них. От того, какие именно ионы (натрий, калий, хлор) смогут проходить, зависит, будет ли сама постсинаптическая клетка деполяризована или же ее мембранный потенциал будет стабилизирован, т. е. ее деполяризация затруднена.

Подытожим сказанное. Нервный импульс приходит к окончанию аксона и вызывает здесь высвобождение специальных нейромедиаторных молекул. Эти нейромедиаторы воздействуют на постсинаптическую мембрану так, что либо понижают ее мембранный потенциал, либо предотвращают его понижение. При понижении мембранного потенциала частота импульсации возрастает; мы назовем такой синапс возбуждающим. Если же мембранный потенциал вместо этого стабилизируется на подпороговом уровне, импульсы не возникают или возникают с меньшей частотой, и тогда синапс называют тормозным.

Будет ли данный синапс возбуждающим или тормозным, зависит от того, какой в нем высвобождается медиатор и каковы здесь рецепторные молекулы. Ацетилхолин, самый известный медиатор, в некоторых синапсах оказывает возбуждающее действие, а в других — тормозное, он возбуждает мышцы конечностей и туловища, но тормозит сокращения сердца. Норадреналин обычно служит возбуждающим медиатором, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) — тормозящим. Насколько нам известно, характер действия каждого данного синапса остается постоянным на протяжении всей жизни животного.

С дендритами и телом нейрона могут контактировать десятки, сотни или тысячи аксонных окончаний; поэтому в любой момент одни входные синапсы стремятся деполяризовать клетку, а другие противодействуют этому. Импульс, приходящий к возбуждающему синапсу, будет деполяризовать постсинаптическую клетку; если одновременно придет также импульс к тормозному синапсу, эффекты обоих импульсов будут стремиться погасить друг друга. В любой момент уровень мембранного потенциала является результатом сложения вместе возбуждающих и тормозных влияний. Одиночный импульс, приходящий к одному синапсу, обычно лишь очень слабо воздействует на постсинаптическую клетку, и его эффект через несколько миллисекунд исчезает. При поступлении импульсов от нескольких других нейронов клетка суммирует, или интегрирует, их влияния. При достаточном понижении мембранного потенциала — если возбуждающие сигналы приходят к достаточному числу синапсов и с достаточно высокой частотой — суммарная деполяризация сможет привести к возникновению импульсов, обычно в виде целой их серии. Импульсы обычно возникают в том месте, где от тела клетки отходит аксон: деполяризация данной величины здесь с наибольшей вероятностью может вызвать импульс — по-видимому, благодаря особенно высокой плотности расположения натриевых каналов в мембране. Чем сильнее в этом месте деполяризована мембрана, тем больше импульсов возникает каждую секунду.

Почти все клетки нервной системы имеют входные синапсы от нескольких других клеток. Это называют конвергенцией. В то же время аксоны почти всех клеток многократно ветвятся и обслуживают большое число других нейронов — возможно, сотни или тысячи. Мы называем это дивергенцией. Легко видеть, что без конвергенции и дивергенции нервная система немногого бы стоила: возбуждающий синапс просто передавал бы каждый импульс следующей клетке, не выполняя никакой полезной функции, а тормозному синапсу, который был бы единственным входом данной клетки, нечего было бы тормозить, если только постсинаптическая клетка не обладала бы каким-то специальным механизмом, заставляющим ее разряжаться спонтанно.

Мне хотелось бы сделать заключительное замечание о сигналах, передаваемых нервными волокнами. Хотя аксоны почти всегда проводят импульсы по принципу «всё или ничего», имеются некоторые исключения. Если локальная деполяризация оказывается подпороговой, т. е. недостаточной для запуска взрывоподобного импульса типа «все или ничего», она тем не менее имеет некоторую тенденцию распространяться вдоль волокна, уменьшаясь со временем и с расстоянием от начального пункта. (При обычном проведении нервного импульса именно такое локальное распространение и доводит потенциал соседнего, покоящегося участка нервной мембраны до пороговой деполяризации, при которой начинается самоусиливающийся процесс.) Некоторые аксоны столь коротки, что не возникает нужды в распространяющихся импульсах: деполяризация клеточного тела или дендритов путем пассивного распространения способна создавать в окончании аксона деполяризацию, достаточную для высвобождения медиатора. У млекопитающих известные случаи передачи информации без импульсов немногочисленны, но важны. В наших сетчатках нервные клетки двух или трех из пяти типов функционируют без импульсов.

Важное отличие этих пассивно передаваемых сигналов от импульсов (помимо их малой и прогрессивно убывающей амплитуды) состоит в том, что их величина меняется в зависимости от силы стимула. Поэтому их часто называют градуальными сигналами. Чем больше сигнал, тем сильнее деполяризация окончания и тем больше высвобождается медиатора. Следует напомнить, что импульсы, напротив, не увеличиваются по амплитуде с ростом стимула — вместо этого возрастает частота их повторения. И чем чаще возникают импульсы, тем больше медиатора выделяется в окончаниях. Таким образом, конечный результат не слишком различен. Нередко говорят, что градуальные потенциалы представляют собой пример аналоговых сигналов, а импульсы, будучи событиями типа «все или ничего», носят характер цифровой сигнализации. Я нахожу эту аналогию неверной, поскольку точное положение каждого импульса в серии в большинстве случаев не имеет никакого значения. Что важно, так это среднее число их в данном временном интервале, а не тонкие детали. Таким образом, оба вида сигналов существенно аналоговые.

Теперь, когда мы кое-что знаем об импульсах, синапсах, возбуждении и торможении, можно задаться вопросом, как из нейронов строятся более крупные образования. Мы можем представить центральную нервную систему — головной и спинной мозг — как некоторый ящик со входом и выходом. Входные сигналы оказывают воздействие на особые нервные клетки, называемые рецепторами; эти клетки реагируют не на синаптические входы от других клеток, а на то, что мы можем обозначить нестрогим термином «внешняя информация». Эта информация может принимать форму света, проникающего в наши глаза; механической деформации нашей кожи, барабанной перепонки или полукружных каналов; химических веществ, как в наших органах обоняния или вкуса. Во всех этих случаях под влиянием стимула в рецепторах возникает электрический сигнал и в результате изменяется скорость высвобождения медиатора в окончаниях их аксонов.

(Вас не должно смущать двойное значение термина рецептор; вначале он означал клетку со специализированной реакцией на сенсорные стимулы, но впоследствии был применен также к белковым молекулам со специализированной реакцией на нейромедиаторы.)

На другом конце нервной системы мы имеем выход — двигательные нейроны, отличающиеся от всех остальных тем, что их аксоны оканчиваются не на других нейронах, а на мышечных клетках. Все выходные сигналы нашей нервной системы вызывают мышечные сокращения, за редким исключением сигналов, адресуемых клеткам желез. Это, по-существу, единственный способ, которым мы можем оказывать влияние на окружающую нас среду. Отключите у какого-либо животного мышцы, и вы полностью отрежете его от остального мира; отключите вместо этого входные сигналы — и прекратятся все внешние влияния, что опять-таки превратит животное фактически в растение. Согласно одному из возможных определений, животное — это организм, реагирующий на внешние события и своими действиями оказывающий влияние на внешний мир.

Рис. 12. Нервно-мышечное соединение у лягушки. Более тонкое нервное волокно извивается рядом с двумя мышечными волокнами, образуя синапс в нижней левой части снимка.

Центральная нервная система, лежащая между входными и выходными нейронами, является тем аппаратом, который позволяет нам воспринимать, реагировать и помнить; он же в конечном счете должен быть ответствен за наше сознание, совесть и душу. Одна из главных целей нейробиологии состоит в выяснении того, что происходит на этом пути — как информация, приходящая к некоторой группе нейронов, преобразуется и затем передается дальше, а также какой смысл имеют эти преобразования для успешной адаптации животного к среде.

Хотя схемы связей для многих отделов центральной нервной системы значительно варьируют в деталях, в большинстве случаев в основе их лежит сравнительно простой общий план, показанный на рис. 13.

Приведенная здесь схема — это скорее карикатура, которую не следует понимать буквально и которая требует уточнений, обсуждаемых ниже. Слева на рисунке показаны рецепторы — ряд преобразующих информацию нейронов, каждый из которых обслуживает один из видов ощущений, например осязание, вибрационное чувство или зрительное восприятие. Мы можем считать эти рецепторы первым уровнем какого-то сенсорного пути. Волокна от рецепторов образуют синаптические контакты со вторым рядом нервных клеток — вторым уровнем нашей схемы; эти клетки в свою очередь образуют контакты с третьим уровнем и так далее. «Уровень» не является техническим или широко применяемым нейро-анатомическим термином, но мы еще увидим его полезность.

Иногда три или четыре таких уровня объединяются вместе в более крупный элемент, который я за недостатком лучшего или общепринятого термина назову структурой. Структуры — это скопления клеток, обычно в виде пластин или сферических ядер, упоминавшихся в главе 1. В случае пластинчатой структуры каждый из образующих ее уровней может быть дискретным слоем клеток. Хорошим примером служит сетчатка, в которой три таких слоя и, грубо говоря, три уровня. Если несколько уровней группируются, образуя более крупную структуру, то нервные волокна, приходящие к ней от предыдущей структуры и идущие от нее к следующей, обычно группируются в пучки, называемые трактами.

На схеме (рис. 13) можно видеть, насколько распространены процессы дивергенции и конвергенции сигналов: аксон почти каждой клетки данного уровня ветвится при подходе к следующему уровню и оканчивается на нескольких или многих клетках; и наоборот, клетка любого уровня, кроме первого, имеет синаптические входы от нескольких или многих клеток предыдущего уровня.

Очевидно, что мы должны усовершенствовать и конкретизировать эту упрощенную схему, и у нас для этого есть некоторая отправная модель. Прежде всего на входном конце мы имеем не одну, а много сенсорных систем — зрение, осязание, вкус, обоняние и слух, и каждая система имеет свой собственный набор уровней в мозгу. Когда и где в мозгу различные наборы уровней сводятся вместе, если они действительно сводятся, все еще неясно.

Прослеживая одну систему, например зрительную или слуховую, от рецепторов до мозга, мы можем обнаружить, что она разделяется на отдельные подсистемы. В случае зрения эти подсистемы имеют отношение специально к движениям глаз, сокращению зрачка, восприятию формы, движения, глубины или цвета объектов. Таким образом, вся система дивергирует на отдельные каналы (пути); таких каналов может быть много и они могут сильно разниться по своей длине. Уже сразу видно, что некоторые пути содержат много структур на своем протяжении, а другие — мало. При более детальном анализе оказывается, что какой-то аксон одного уровня может идти дальше, не заходя на один или два последующих уровня сенсорной системы, и даже прямо направиться к двигательному нейрону. (Такой пропуск уровней в нейроанатомии аналогичен тому, что часто случается в генеалогии. Современный английский монарх не связан с Вильгельмом Завоевателем однозначным числом поколений: число приставок «пра» к слову «дед» неопределенно из-за родственных браков между племянниками и тетками и других еще более сомнительных обстоятельств.)

Если путь от входа к выходу очень короток, мы называем это рефлексом. В зрительной системе сужение зрачка при ярком свете служит примером рефлекса, в котором число синапсов, вероятно, около шести. В наиболее простом случае аксон от рецептора оканчивается прямо на двигательном нейроне, так что мы имеем от входа к выходу всего три клетки (рецептор, двигательный нейрон и мышечное волокно) и только два синапса; такую ситуацию мы называем моносинаптической рефлекторной дугой. (Возможно, человек, сочинивший этот термин, не рассматривал нервно-мышечное соединение как настоящий синапс или не умел считать до двух.) Этот короткий путь активируется, когда врач стучит молоточком по вашему колену и нога подпрыгивает. Джон Николлс обычно говорил своей аудитории в Гарвардской медицинской школе, что есть только два резона проверять этот рефлекс: убить время и проверить, нет ли у больного сифилиса.

На выходном конце мы находим не только различные группы мышц, расположенные на туловище, в конечностях, глазах и языке, которыми мы можем управлять произвольно, но также мускулатуру, обслуживающую менее произвольные или непроизвольные, «хозяйственные» функции, такие как взбалтывание содержимого желудка, мочеиспускание или дефекация, а в промежутках между этими актами — закрытие выводных протоков с помощью сфинктеров.

Мы должны также дополнить нашу модель путями обратной передачи информации. На нашей схеме (рис. 13), разумеется, доминирует направление слева направо, от входа к выходу. Но почти во всех случаях, когда сигналы передаются от одного уровня к следующему, возвратные связи направляют их также назад, со второго уровня на первый. (Иногда мы можем догадываться, для чего такая обратная связь могла бы служить, но почти во всех случаях у нас нет на этот счет ясного понимания.) Наконец, даже в пределах какого-то одного уровня мы часто обнаруживаем богатую сеть соединений между соседними клетками. Таким образом, утверждение, что та или иная структура содержит определенное число уровней, почти всегда будет чрезмерным упрощением.

Когда я начинал работать в области неврологии в начале 50-х годов, этот основной план нервной системы был хорошо известен. Но в те дни никто не имел четкого представления о том, как понимать организацию этой информационной эстафеты по цепи уровней. Сейчас мы значительно больше знаем о способах преобразования информации в некоторых частях мозга; о других частях нам еще почти ничего не известно. Оставшиеся главы этой книги посвящены зрительной системе, которую мы сегодня понимаем лучше всего. Ниже я попытаюсь дать обзор некоторых фактов, известных нам об этой системе….

—

Статья из книги: Глаз, мозг, зрение | Хьюбел Д.