Н.Л. Михайлова, Л.С. Чемпалова
ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
Ульяновск
УДК 612.82/.83(075.8)
ББК 28.991.7я73
М 69
Рецензенты:
д.б.н., профессор кафедры анатомии и физиологии человека
Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова,
заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН Л.Л. Каталымов;
д.б.н., профессор, зав. кафедрой адаптивной физической культуры
Ульяновского государственного университета М.В. Балыкин
Михайлова, Н.Л.
М 69 Физиология центральной нервной системы:учебное пособие / Н.Л. Михайлова, Л.С. Чемпалова. – Ульяновск: УлГУ, 2010. – 164 с.
Учебное пособие написано на основе многолетнего опыта чтения лекций по физиологии центральной нервной системы для студентов специальностей «Лечебное дело», «Психология» и «Биология».
Пособие состоит из двух частей: в первой части излагается материал по общей физиологии центральной нервной системы (ЦНС), во второй – по частной физиологии ЦНС. Изложение материала направлено на создание материальной основы для понимания механизмов интегративных процессов мозга и его роли в организации и регуляции функций.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, специализирующихся в различных областях медицины, физиологии, психологии, физкультуры и спорта, а также для всех интересующихся физиологией мозга. Может быть использовано для самостоятельной работы студентов.
УДК 612.82/.83(075.8)
ББК 28.991.7я73
© Михайлова Н.Л., Чемпалова Л.С., 2010
© Ульяновский государственный университет, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Центральная нервная система (ЦНС) в организме выполняет интегрирующую роль, объединяя в единое целое все ткани, органы и координируя их специфическую активность в составе целостных гомеостатических и поведенческих функциональных систем.
Выполнение интегрирующей роли ЦНС осуществляет через свои функции. Основными функциями ЦНС являются:
1. Управление деятельностью опорно-двигательного аппарата. ЦНС регулирует тонус мышц и посредством его распределения поддерживает естественную позу, а при нарушении восстанавливает ее, а также инициирует все виды двигательной активности.
2. Регуляция работы внутренних органов. Осуществляется автономной нервной системой и эндокринными железами. Основная задача этой функции – поддержание гомеостаза (постоянства внутренней среды) в состоянии покоя и при различных видах деятельности.
3. Обеспечение адаптивного поведения организмов в изменяющейся окружающей среде.
4. Обеспечение высших психических функций: восприятие, внимание, эмоции, мышление, сознание, память. Язык как средство коммуникации, базирующееся на второй сигнальной системе.
ЧАСТЬ 1
ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
1. Нейрон как структурно-функциональная единица нервной системы
Структура нервной клетки
Нейроны, или нервные клетки, являются структурно-функциональ-
ными единицами нервной системы. Несмотря на то, что эти клетки имеют те же самые гены, то же самое строение и тот же самый биохимический аппарат, что и другие клетки, они обладают и уникальными способностями, которые делают функцию мозга отличной от функции других органов. Важными особенностями нейронов является характерная форма, способность наружной мембраны генерировать нервные импульсы и наличие уникальной структуры, синапса, служащего для передачи информации от одного нейрона к другому. Нервные клетки чрезвычайно вариабельны по своему строению. В каждой из групп чувствительных, ассоциативных и двигательных нейронов имеется большое разнообразие форм, размеров тела клеток, величины и характера ветвления их отростков (рис. 1.1).
Тело нейрона.По форме тела различают пирамидные, многоугольные, круглые и овальные клетки. На основании количества отходящих от тела клетки отростков все нейроны подразделяются на униполярные, биполярные и мультиполярные. Отростки могут отходить более или менее равномерно (радиально) от всей поверхности тела клетки либо концентрированно от одного из полюсов. Мультиполярные нейроны наиболее вариабельны по форме и имеют по нескольку отростков. Общепринято считать, что один из них – аксон (нейрит), который может начинаться как от тела клетки, так и от проксимальной части одного из дендритов. От тела биполярной клетки отходят два отростка. Тот из них, который направляется на периферию, принято считать дендритом, а центральный отросток – аксоном. Тела униполярных нейронов имеют овальную форму. От тела клетки отходит один крупный отросток, который на некотором расстоянии делится на два отростка: периферический и центральный. Форма клеточного тела целиком зависит от местоположения клетки в соответствующем участке нервной системы. На форму нервных клеток могут оказывать влияние соседствующие с ними кровеносные сосуды, пучки волокон или даже отдельные миелинизированные волокна крупного диаметра. Таким образом, одинаковые в функциональном отношении нервные клетки могут быть разными по форме.
Рис. 1.1. Нейрон зрительной коры кошки (микрофотография).
На микрофотографии хорошо видны тело и дендриты нейрона
(рисунок взят из книги: Мозг / под ред. П.В. Симонова. М.: Мир, 1984)
Размеры нервных клеток колеблются в широких пределах. У разных по высоте организации животных и даже у одной и той же особи можно наблюдать примеры как очень мелких, так и очень крупных клеток. Так, диаметр клеток-зерен коры мозжечка равен приблизительно 5 мкм, а у моторных клеток головного и спинного мозга он достигает 70 мкм и более. Тела нервных клеток брюхоногих моллюсков хорошо различимы простым глазом (500-900 мкм).
В нервной клетке существует прямая связь между массой сомы, величиной поверхности дендритов, калибром аксона, количеством коллатералей аксона и толщиной его миелинизированной оболочки. Было выяснено, что чем крупнее тела мотонейронов, тем длиннее у них аксон и больше дендритная поверхность нейрона.
Форма нервных клеток определяется также комплексом их взаимосвязей с афферентными волокнами. Поэтому можно думать, что чем сложнее межнейронные связи каждого данного нейрона, тем сложнее его внешние очертания. Нейроны коры головного мозга характеризуются значительной вариабельностью форм.
Подобно всем клеткам, нервные клетки отграничены сплошной плазматической мембраной от внешней среды. Тело нейрона содержит цитоплазму, ядро, есть микротрубочки и нейрофиламенты, органеллы и включения. В цитоплазме нейрона есть вещество Ниссля. Этот компонент цитоплазмы является определенным индикатором состояния нейрона, так как при изменении функционального состояния нейрона существенно изменяется вещество Ниссля. Основным компонентом вещества Ниссля является РНК. Количество РНК варьирует в зависимости от типа клеток и их размеров. Нервные клетки содержат также аппарат Гольджи, мультивезикулярные тела, лизосомы, пигменты (меланин или липофусцин). Меланин постоянно содержится в нейронах черной субстанции и голубого пятна. Присутствие меланина описано в дорсальном ядре блуждающего нерва, в ряде ядер ствола мозга и в симпатических нейронах. В тех клетках, где имеется меланин, мало липофусцина или он совершенно отсутствует. Липофусциновые гранулы, в отличие от меланина, начинают обнаруживаться в нейронах только с увеличением возраста. В нейронах обнаруживается большое количество митохондрий. Тело нейрона определяет процессы жизнедеятельности всей клетки и способность к регенерации ее отростков (рис. 1.2, 1.3).
Рис. 1.2. Нейрон. Все части нейрона увеличены пропорционально
(рисунок взят из книги: Мозг / под ред. П.В. Симонова. М.: Мир, 1984)
Рис. 1.3. Тело и дендриты нейрона
(рисунок взят из книги: Мозг / под ред. П.В. Симонова. М.: Мир, 1984)
Дендриты. Особенности, характерные для типичных дендритов и аксонов, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Читайте также:
Содержание
Характеристика нервных клеток
Нервная ткань. Периферический нерв.
— Эволюционно наиболее молодая ткань организма человека
— Участвует в построении органов нервной системы
— Вместе с эндокринной системой обеспечивает нейрогуморальную регуляцию деятельности тканей и органов, коррелирует и интегрирует их функции в пределах организма. А также адаптирует их к изменяющимся условиям среды.
— Нерв ткань воспринимает раздражения, приходит в состояние возбуждения, формирует и проводит нервные импульсы.
— Находится в провизорном состоянии. Не достигла дефинитивного (не сформировалась окончательно) развития и как таковая не существует, так как процесс ее образования шел одновременно с формированием органов нервной системы.
Провизор
ность нервной ткани подтверждается апоптозами, т.е запрограммирована гибелью большого количества клеток. Ежегодно мы теряем до 10 млн клеток нервной ткани.
Состоит:
1) Нервные клетки (нейроциты/нейроны)
2) Вспомогательные клетки (нейроглия)
Процесс развития нервной ткани в эмбриональном периоде связан с преобразованием нервной закладки. Она выделяется в составе дорсальной эктодермы и обособляется из нее в виде нервной пластинки.
Нервная пластинка прогибается по средней линии, образуя нервный желобок. Его края смыкаются, образуя нервную трубку.
Часть клеток нервной пластинки не входят в состав нерв трубки и располагаются по бокам от нее,образуя нервный гребень.
Вначале нерв трубка состоит из одного слоя цилиндрических клеток, затем становится многослойной.
Выделяют три слоя:
1) Внутренний / эпендимный — клетки имеют длинный отросток, клетки пронизывают толщу нервной трубки, на периферии образуют разграничительную мембрану
2) Мантийный слой — тоже клеточный, два вида клеток
— нейробласты (из них формируются нервные клетки)
— спонгеобласты (из них — клетки астроцитной нейроглии и алигодендроглии)
На основе этой зоны формируется серое веществоспинного и головного мозга.
Отростки клеток мантийной зоны уходят в краевую вуаль.
3) Наружный (краевая вуаль)
Не имеет клеточного строения. На ее основе формируется белое вещество спинного и головного мозга.
Клетки ганглеозной пластинки частвуют в образовпнии нервных клеток вегетативных и спинальных ганглиев мозгового вещества надпочечников и пигментных клеток.
Характеристика нервных клеток
Нервные клетки являются структурно-функциональной единицей нервной ткани. Они обеспечивают ее способность воспринимать раздражение, возбуждаться, формировать и проводить нервные импульсы. Исходя из выполняемой функции, нервные клетки имеют специфическое строение.
В нейроне различают:
1) Тело клетки (перикареон)
2) Два вида отростков: аксон и дендрит
1) В состав перикореона входит клеточная оболочка, ядро и цитоплазма с органеллами и элементами цитоскелета.
Клеточная оболочка обеспечивает клетке защитные функции. Хорошо проницаема для различных ионов, обладает высокой возбудимостью, быстро проводит волну деполяризации (нервные импульсы)
Ядро клетки — крупное, лежит эксцентрично (в центре), светлое, с обилием пылевидного хроматина. В ядре круглое ядрышко, что придает сходства ядру с совиным глазом. Ядро практически всегда одно.
В нервных клетках ганглией предстательной железы мужчин и стенки матки женщин обнаруживается до 15 ядер.
В цитоплазме присутствуют все общеклеточные органеллы, особенно хорошо развиты белоксинтезирующие органеллы.
В цитоплазме имеются локальные скопления гранулярной ЭПС с высоким содержанием рибосом и РНК. Эти участки окрашиваются в толлуидиновый синий цвет (по Нисселю) и имеют вид гранул (тигроид).
Строение нервной ткани. Ее функции и свойства
Наличие тигроидов в клетке — показатель высокой степени его зрелости или дифференцировки и показатель высокой функциональной активности.
Комплекс гольджи чаще располагается в том месте цитоплазмы, где от клетки отходит аксон. В его цитоплазме нет тигроида. Участок с к. Гольджи — аксонный холмик. Наличие к. Гольджи — актвный транспорт белков из тела клетки в аксон.
Митохондрии образуют крупные скопения в местах контакта соседних нервных клеток.
Метаболизм нервных клеток носит аэробный характер, поэтому особенно чувствительны к гипоксии.
Лизосомы обеспечивают процесс внутриклеточной регенерации, лизируют состарившиеся клеточные органеллы.
Клеточный центр лежит между ядром и дендритами. Нервные клетки не делятся. Основной механизм регенерации — внутриклеточная регенерация.
Цитоскелет представлен нейротрубочками и нейрофибриллами, образуют густую сеть перикореони и поддерживают форму клетки. В аксоне лежат продольно, направляют транспортные потоки между телом и отростками нервной клетки.
Дата добавления: 2015-05-05; просмотров: 78 | Нарушение авторских прав
Поиск на сайте:
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕРВНЫХ КЛЕТОК
Поиск Лекций
Какие специфические структуры характерны для нервной клетки?
a) лизосомы и аппарат Гольджи;
b) вещество Ниссля;
c) митохондрии;
d) фибриллярные структуры
e) рибосомы
Что находится в синаптических пузырьках?
a) гормон;
b) ацетилхолин;
c) медиатор;
d) Адреналин;
e) ни один из ответов не верен.
Какой из этих отделов головного мозга образуется из переднего мозгового пузыря?
a) варолиев мост;
b) базальные ядра;
c) крыша мозга;
d) ножки мозга.
20) В состав периферической нервной системы входят:
a) черепные нервы и ганглии, спинномозговые нервы и ганглии;
b) головной мозг, черепные нервы и их ганглии;
c) спинной мозг, спинномозговые ганглии и спинномозговые нервы;
d) ни один из ответов не верен.
Чем отличаются сенсорные ядра от моторных?
a) формой составляющих их нейронов;
b) моторные ядра осуществляют связь с эффекторами, а сенсорные ядра воспринимают информацию от рецепторов;
c) сенсорные ядра находятся в периферической нервной системе, а моторные ядра в ЦНС;
d) моторные ядра осуществляют рефлекторную функцию, а сенсорные — нет.
Как называется зона, соединяющая гипофиз и гипоталамус?
a) свод;
b) воронка;
c) серый бугор;
d) зрительная хиазма.
Анатомия ЦНС Вариант 3
1) Аксон — это:
a) Цитоплазматический матрикс
b) Короткий протоплазматический отросток нейрона
c) Длинный протоплазматический отрезок нейрона
d) Цитосклет нейрона
e) Нейротубули
2) Воспринимающее поле нейрона представлено:
a) Длинным протоплазматическим отростком
b) Сомой нейрона
c) Дендритным деревом
d) Аксонным холмиком
e) Аксонными терминалями
3) Периферическая соматическая нервная система представлена:
a) Телами и отростками вставочных нейронов
b) Телами и отростками чувствительных нейронов
c) Телами двигательных нейронов
d) Дендритами и аксонами вставочных нейронов
e) Аксонами двигательных нейронов
4) Синоним двигательных нейронов (несколько ответов):
a) Релейный
b) Корковый
c) Мотонейрон
D) Эфферентный
e) Афферентный
5) Количество сегментов спинного мозга соответствует:
a) Количеству позвонков (33-34)
b) Больше количества позвонков (35-36)
c) Меньше количества позвонков (32-33)
D) Равно 31
e) Меньше 30
6) Какие структуры спинного мозга позволяют вычленить его сегмент:
a) Белое вещество спинного мозга
b) Серое вещество спинного мозга
c) Чувствительный корешок спинного мозга
d) Двигательный корешок спинного мозга
e) Два спиномозговых смешанных нерва
К оболочкам спинного мозга относятся (несколько ответов)
a) Сетчатка
b) Мягкая оболочка с кровеносными сосудами
c) Протоплазматическая оболочка
d) Паутинная оболочка
e) Плотная соединительная ткань
8) К сегментарным структурам мозга относятся:
a) Кора большого мозга
b) Продолговатый мозг
c) Мозжечок
d) Спинной мозг
e) Мост
9) Мозжечок относится к следующему отделу мозга:
a) Переднему
b) Промежуточному
c) Заднему
d) Среднему
e) Продолговатому мозгу
10) Структура мозга, в которой располагается красное ядро:
a) Продолговатый мозг
b) Мозжечок
c) Мост
d) Ножки мозга
e) Таламус
11) Пластинка и бугры четверохолмия располагаются в:
a) Продолговатом мозге
b) Заднем отделе мозга
c) Среднем мозге
d) Промежуточном мозге
e) Конечном мозге
12) Представительство обонятельного анализатора находится в (несколько ответов):
a) Верхней височной извилине
b) Шпорной борозде
c) Гиппокамповой извилине
d) Аммоновом рогу
e) Поясной извилине
13) Эффекторная часть рефлекторной дуги парасимпатического отдела вегетативной нервной системы включает:
a) Аксоны мотонейрона
b) Короткий пре- и длинный постганглионарный волокна
c) Аксоны чувствительного нейрона
d) Длинный пре- и короткий постганглионарный волокна
e) Симпатические ганглии
14) Структуры, входящие в лимбическую систему (несколько ответов):
a) Кора головного мозга
b) Поясная извилина
c) Мост и мозжечок
d) Гиппокампова извилина
e) Аммонов рог
Корковое представительство сомато-сенсорной чувствительности находится в
a) Верхне-лобной извилине
b) Верхне-височной извилине
c) Задне-центральной извилине
d) Передне-центральной извилине
e) Поясной извилине
Чем отличается аксон от дендрита?
a) наличием миелиновой оболочки;
b) направлением проведения нервного импульса;
c) аксон всегда длиннее дендрита;
d) у каждого нейрона аксон один, а дендритов несколько
e) аксон имеет больше ветвлений
17) Белое вещество — это:
a) волокна, расположенные в центральной нервной системе;
b) волокна, расположенные в периферической нервной системе;
c) пучки нервных волокон;
d) тела нервных клеток и их короткие отростки
e) ганглии
В какой части тела зародыша идет закладка нервной системы?
a) в дорсальной;
b) в вентральной;
c) в ростральной;
d) в каудальной.
©2015-2018 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
Биологический нейрон состоит из тела диаметром от 3 до 100 мкм, содержащего ядро и отростки. Выделяют два вида отростков. Аксон обычно — длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения от тела нейрона. Дендриты — как правило, короткие и сильно разветвлённые отростки, служащие главным местом образования влияющих на нейрон возбуждающих и тормозных синапсов (разные нейроны имеют различное соотношение длины аксона и дендритов).
Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи с 20-ю тысячами других нейронов. Кора головного мозга человека содержит десятки миллиардов нейронов.
Биологический нейрон является важнейшим элементом клеток нервной системы и строительным материалом мозга. Нейроны существуют в нескольких форма, в зависимости от их назначения и дислокации, но в целом они схожи по структуре.
Рис. 12.4 Схема нейрона
Каждый нейрон является устройством обработки информации, которое получает сигналы от других нейронов через специальную структуру ввода, состоящую из дендритов. Если совокупный входной сигнал превышает пороговый уровень, то клетка передает сигнал далее в аксон, а затем в структуру вывода сигнала, от которой он передается в другие нейроны. Сигналы передается с помощью электрических волн. (В течение жизни у человека число нейронов не увеличивается, но растет число связей между ними, как результат обучения).
Органы чувств человека состоят из большого числа нейронов, соединенных между собой множеством связей. Орган чувств включает в себя рецепторы и проводящие пути. В рецепторах формируются электрохимические сигналы, распространяющиеся со скоростью от 5 до 125 метров в секунду. Рецепторы кодируют различные виды сигналов в единый универсальный частотно-импульсный код.
Число нервных импульсов в единицу времени пропорционально интенсивности воздействия. Органы чувств имеют нижние и верхние пределы чувствительности. Реакция (Е) органов чувств человека на интенсивность (Р) раздражения можно приближенно представить законом Вебера — Фехнера:
. (12.3)
Очевидно, если учесть при этом влияние шума, то можно прийти к формуле Шеннона, позволяющей оценить информационную способность такого органа чувств. Путем обучения и тренировки можно повысить разрешающую способность органов чувств. Кроме этого человек может различать сочетание частот и амплитуд, в такой степени, которая недоступна современным техническим устройствам. Но органы чувств функционируют в ограниченном диапазоне по частоте и амплитуде.
При переходе в возбужденное состояние в выходном отростке (аксоне) генерируется импульс возбуждения, распространяющийся по нему со скоростью от 1 до 100 м/с; в основе процесса распространения лежит изменение локальной проводимости мембраны аксона по отношению к ионам натрия и калия. Между нейронами нет прямых электрических связей. Перенос сигнала с аксона на входной отросток (дендрит) другого нейрона осуществляется химическим путем в специальной области – синапсе, где окончания двух нервных клеток подходят близко друг к другу. Некоторые из синапсов являются особыми, вырабатывающие сигналы обратной полярности для гашения сигналов возбуждения.
В настоящее время интенсивно изучаются и глобальные аспекты деятельности мозга – специализация его больших областей, функциональные связи между ними и т.п. В то же время мало известно, как же осуществляется обработка информации на промежуточном уровне, в участках нейронной сети, содержащей всего десятки тысяч нервных клеток.
Иногда мозг уподобляют колоссальной вычислительной машине, отличающейся от привычных компьютеров лишь существенно большим числом составляющих элементов. Считается, что каждый импульс возбуждения переносит единицу информации, а нейроны играют роль логических переключателей по аналогии с ЭВМ. Такая точка зрения ошибочна. Работа мозга основывается на совершенно иных принципах. В нем нет жесткой структуры связей между нейронами, которая была бы подобна электрической схеме ЭВМ. Надежность его отдельных элементов (нейронов) гораздо ниже, чем элементов, используемых для создания современных компьютеров. Разрушение даже таких участков, которые содержат довольно большое число нейронов, зачастую почти не влияет на эффективность обработки информации в этой области мозга. Часть нейронов отмирает при старении организма. Никакая вычислительная машина, построенная на традиционных принципах, не сможет работать при таких обширных повреждениях.
Современные ЭВМ выполняют операции последовательно, по одной операции на такт. Число извлекается из памяти, помещается в процессор, где над ним производится некоторое действие в соответствии с диктуемой программой инструкцией, и результат вновь заносится в память. Вообще говоря, при выполнении отдельной операции электрический сигнал должен пробежать по соединительным проводам определенное расстояние, что может ограничить быстродействие ЭВМ.
Например, если сигнал проходит расстояние в 30 см, то частота следования сигналов при этом не должна превышать 1 ГГц. Если операции выполняются последовательно, то предел быстродействия такой ЭВМ не превысит миллиарда операций в секунду. В действительности быстродействие, кроме того, ограничивается скоростью срабатывания отдельных элементов компьютера. Поэтому быстродействие современных ЭВМ уже довольно близко подошло к своему теоретическому пределу. Но этого быстродействия совершенно недостаточно, чтобы организовать управление сложными системами, решение задач «искусственного интеллекта» и др.
Если распространить приведенные рассуждения на человеческий мозг, то результаты будут абсурдными. Ведь скорость распространения сигналов по нервным волокнам в десятки и сотни миллионов раз меньше чем в ЭВМ. Если бы мозг работал, используя принцип современных ЭВМ, то теоретический предел его быстродействия составлял всего тысячи операций в секунду. Но этого явно недостаточно для объяснения существенно более высокой эффективности работы мозга.
Очевидно, деятельность мозга связана с параллельной обработкой информации. К настоящему времени организация параллельных вычислений уже используется в ЭВМ, например, с матричными процессорами, представляющими собой сеть из более простых процессоров, имеющих собственную память. Техника параллельного вычисления заключается в том, что элементарный процессор «знает» лишь о состоянии своего малого элемента среды. Основываясь на этой информации, каждый процессор вычисляет состояние своего элемента в следующий момент времени. При этом отсутствует ограничение быстродействия, связанное со скоростью распространения сигналов. Работа матричного процессора устойчива по отношению к локальным повреждениям.
Следующим этапом в развитие идеи параллельных вычислений явилось создание вычислительных сетей. Такое своеобразное «сообщество» компьютеров напоминает многоклеточный организм, который «живет своей жизнью». При этом функционирование вычислительной сети как сообщества компьютеров не зависит от того, как именно устроен каждый отдельный компьютер, какими процессами внутри него обеспечена обработка информации. Можно представить себе сеть, состоящую из очень большого числа примитивных компьютеров, способных выполнять всего несколько операций и хранить в своей памяти мгновенные значения нескольких величин.
С математической точки зрения подобные сети, состоящие из элементов с простым репертуаром реакций, принято рассматривать как клеточные автоматы.
9. Лимбическая система
Мозг гораздо ближе по принципу работы и структуре к матричному процессору, чем к традиционной ЭВМ с последовательным выполнением операций. Однако существует фундаментальное различие между мозгом человека и любым параллельным компьютером. Дело в том, что нейронные сети мозга вообще не заняты никакими вычислениями. Абстрактное мышление (обращение с числами и математическими символами) вторично по отношению к фундаментальным механизмам работы мозга. Трудно себе представить, что когда, например, кошка настигает в прыжке птичку, ее мозг решает в считанные доли секунды системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих траекторию прыжка и другие действия.
На эту тему можно привести следующее высказывание А. Эйнштейна: «Слова и язык, по-видимому, не играют никакой роли в моем механизме мышления. Физические сущности, которые в действительности, видимо, элементами мышления, — это определенные знаки и более или менее ясные образы, которые могут произвольно воспроизводиться и комбинироваться… Обычные слова приходиться подбирать лишь на второй стадии…».
Мозг работает как колоссальная «аналоговая» машина, где окружающий мир находит отражение в пространственно-временных структурах активности нейронов. Подобный механизм работы мозга мог естественно возникнуть в ходе биологической эволюции.
Для простейшего животного основная функция нервной системы состоит в том, чтобы преобразовать ощущения, вызываемые внешним миром, в определенную двигательную активность. На ранних стадиях эволюции связь между образом-ощущением и образом-движением является прямой, однозначной и наследственно закрепленной в исходной структуре соединений между нейронами. На более поздних стадиях эта связь усложняется, появляется способность к обучению. Образ-ощущение уже не связан жестко с планом действий. Вначале осуществляется его промежуточная обработка и сравнение с хранящимися в памяти картинами. Промежуточная обработка образов становится все более сложной по мере движения вверх по эволюционной лестнице. В конечном счете, после длительного развития, формируется процесс, называемый нами мышлением.
Для распознавания образов может быть использован принцип «клеточного автомата». Система обладает ассоциативной памятью, если при подаче на ее вход некоторой картинки она автоматически отбирает и подает на выход наиболее близкую к ней хранящуюся в памяти картину.