محاكي الجهاز العصبي. الجزء 2. العناصر العصبية المعدلة

في صورة العنوان ، فإن البطلينوس من جنس Aplizia ، في نظامه العصبي ، لا يوجد سوى 20000 خلية عصبية. تقريبًا كما هو الحال في جهازك العصبي ، نفس التشعبات والمحاور والوسطاء. نفس البروتينات والمواد. والطريق لفهم طبيعة الوعي والسلوك الفكري المعقد لا يمكن أن يتجاوز هذا المخلوق المتواضع.

مرحبًا ، Geektimes ، وننتقل إلى الجزء الثاني ، الذي سيتم تخصيصه للنوع الثاني من العناصر العصبية - هذا عنصر عصبي معدل.

المحتويات
1. جهاز محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 1. بسيط adder
2. جهاز محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 2. تعديل العصبية
3. محاكاة الجهاز العصبي. الجزء 3. العنصر العصبي النقابي
4. الذاكرة ، وتوطيد الذاكرة وخلايا عصبية الجدة
5. النمذجة العاطفية أو الشعور الإلكتروني للحداثة
6. المخيخ المذهل
7. بنية الدماغ وإعدادات البدء

هناك ثلاثة أنواع من النشاط الانعكاسي: الإدمان والتوعية وتشكيل ردود الفعل المشروطة. تم تحديد هذه الأنواع من الأنشطة من قبل الأكاديمي بافلوف إ. وإذا كان نموذجنا لا يحاكي ذلك ، فهذا ليس نموذجًا للجهاز العصبي ، ولكنه نموذج لشيء آخر.



الإدمان

الإدمان هو ظاهرة ترجع إلى حقيقة أنه بعد الفعل المتكرر لمنبه غير مبال ، يتوقف كل من الحيوان والخلية عن الاستجابة له. على سبيل المثال ، صوت الخلفية الذي يمكننا التعود عليه وبعد فترة توقفنا عن سماعه عمليًا ، أو إذا كنت ترتدي الحلقة لفترة طويلة ، فقد لا تشعر بضغطها على الجلد ، إلخ.

يتم تنفيذ الإدمان بالطريقة التالية. عندما يتم تنشيط عنصر عصبي ، فإنه يدخل في حالة نشاط تتوقف فيه عن الاستجابة لعوامل التنشيط ، مثل الإشارة ، من نقاط الاشتباك العصبي أو إذا تم تجاوز العتبة الإجمالية على المُلتصق. بعد مرور بعض الوقت ، ينتج العنصر العصبي إجابة لجميع نقاط الاشتباك العصبي التي يحملها. بعد إرسال الإشارة ، يمر وقت آخر ، يتم تحديده على أنه وقت الراحة أو الاسترداد. علاوة على ذلك ، يتم استبدال حالة النشاط بحالة توقع ، حيث يمكن للعصب العصبي أن يستجيب لعوامل التنشيط ويدخل مرة أخرى في حالة النشاط. بالنسبة للعصب العصبي المعدل بعد مرحلة النشاط ، هناك وقت للتقييم يتم فيه تحديد ما إذا كان سيتم إعادة تنشيط العنصر العصبي.

إذا حدثت إعادة التنشيط خلال هذه الفترة ، فهناك عدد من التكرار. أي أنه في كل مرة يحدث التنشيط أثناء التقييم ، يزداد عداد التكرار بمقدار واحد ، ولكن إذا لم يحدث التنشيط أثناء التقييم ، تتم إعادة تعيين العداد. هذه هي الطريقة التي يتم فيها حساب التنشيطات إذا تم إجراؤها في كثير من الأحيان.



وإذا كان عدد التكرارات أعلى من حد معين ، فإن عتبة مُلتصق العنصر العصبي تزداد بقيمة معينة. وبالتالي ، فإن العنصر العصبي يرفع عتبةه حتى يتوقف عن الاستجابة لمستوى التعرض الذي نشطه.

مثال على الإدمان:





التكيف

على عكس الإدمان ، ينبغي إبراز آلية التكيف. التكيف هو قدرة الخلية على العودة إلى مستواها السابق من الحساسية بمرور الوقت. حتى بعد التعود عليه ، إذا لم يكن هناك أي إزعاج تم تطوير الإدمان عليه ، فإن قوة هذا الإدمان تقل ، ويمكن أن تختفي تمامًا.

يمكن أن تختلف السرعة التي يتم بها التعافي في حالات مختلفة ، وأحيانًا يمكن أن تستمر لساعات أو حتى أيام ، وفي بعض الحالات تحدث بسرعة كبيرة.

مثال مع التكيف:





يمكن تمثيل آلية التعود كآلية دفاع ، مع التنشيط المتكرر للغاية للأنسجة العصبية ، هناك احتمال كبير لنضوبها وموتها وتلفها. لذلك ، من أجل حماية حساسية العصبون ينخفض ​​، وفي كثير من الأحيان يبدأ في الاستجابة للإثارة.

من ناحية أخرى ، إذا لم ينشط العصبون ، فلن يقوم بمهامه ، وبالتالي سيكون استهلاك الطاقة عديم الفائدة. لذلك ، هناك آلية تكيف تزيد الحساسية للمنبهات الخارجية ، مما يزيد من احتمال تنشيط الخلايا العصبية.

تحل خصائص إدمان العناصر العصبية والتكيف مشكلة التكرار ، في كثير من الأحيان في الخلايا العصبية للأنسجة العصبية مجتمعة بحيث تشكل حلقة من انتقال الإثارة العصبية ، يبدو أن هذه التروس الحلقي الصغيرة تشير إلى قوس منعكس على طول مسار انتشار الإثارة. ولكن مع التروس الحلقية للإثارة ، لا توجد حلقات غير منتهية ؛ بمرور الوقت ، تتوقف هذه التروس أيضًا ، بسبب التعود السريع عليها.



التحسس

النوع الثاني من النشاط الانعكاسي هو التحسس. التحسس هو زيادة في الحساسية لآثار المنبهات ، حتى غير مبال ، إذا سبق ذلك حدث مهم للجسم.
على سبيل المثال ، بالنسبة للكلب ، فإن صوتًا معينًا هو محفز غير مبال لم يتفاعل معه من قبل. ثم ، إذا وصل مهيج مزعج ، على سبيل المثال ، صدمة كهربائية ، فإن الكلب سيشعر بالقلق لفترة ، وحتى صوت غير مبال سوف يتسبب في سلوك مميز ، رد فعل وقائي.
من أجل محاكاة التوعية ، ننتقل إلى عمل إريك كاندل ، الحائز على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء. وصف بالتفصيل تأثير تعديل المشابك على مثال الجهاز العصبي للرخويات Aplisia.



الرخويات لديها رد فعل وقائي استجابة لجميع أنواع اللمس ، وسحب الخياشيم. في تجاربه ، كان إريك كاندل مدمنًا على Aplizia للمس سيفونها بخفة حتى لا يعمل المنعكس الوقائي. يتم الحفاظ على المنعكس الوقائي للتأثيرات القوية على السيفون ، ولكنها كانت غائبة مع تأثير ضعيف. ولكن إذا سبقت اللمسة الخفيفة من السيفون تأثيرًا على ذيل الرخويات ، فإن المنعكس الوقائي يعمل بنفس القوة ويتم الحفاظ على الخياشيم.


[رسوم من كتاب إريك كاندل "بحثا عن الذاكرة"]

يتكون الجهاز العصبي اللاتنسجي من عدد صغير نسبيًا من الخلايا التي يمكن تحديدها ، وبالتالي من الممكن إنشاء أنماط منعكسة. من الممكن التمييز تمامًا بين القوس الانعكاسي المسؤول عن رد الفعل الوقائي في حالة تهيج السيفون - هذه هي السلسلة الرئيسية. وسلسلة الخلايا العصبية المسؤولة عن التعديل هي سلسلة تعديل ، يتم تنشيطها عندما يتم الكشف عن ذيل الرخويات.

وصف إريك كاندل بالتفصيل كيف يحدث التعديل في هذه الحالة ، وما هي المواد الكيميائية المشاركة في هذه العملية ، والتسلسل داخل الخلايا للتفاعلات. دعونا نقل هذه المعرفة إلى نموذجنا.

وهكذا في نظامنا هناك نوع معين من المشابك - التعديل. هذا النوع من المشابك ليس له تأثير تنشيط أو تثبيط مباشر ، فهو يؤثر على مستوى عتبة التنشيط. يتكون مستوى تنشيط عنصر عصبي من جزأين رئيسيين ومعدلين. الجزء الرئيسي من عتبة التنشيط هو ما سيتغير مع التعود والتكيف. يشبه الجزء المعدّل المُعلِق ؛ تُضاف إليه جميع التأثيرات الناتجة عن تعديل المشابك. ينخفض ​​المجموع الناتج تدريجياً في القيمة المطلقة ويميل إلى الصفر. معدل الانخفاض في تأثير التعديل أبطأ بكثير من المعدل الذي ينخفض ​​فيه التأثير الكلي للمشابك المباشرة.

يمكن أن تكون قوة المشابك المعدلة مختلفة في الإشارة ، أي أنه يمكن أن يزيد العتبة ، وبالتالي يقلل من حساسية عنصر الخلايا العصبية ، أو يخفض العتبة ، مما يزيد من حساسيته.

مستوى العتبة الذي يتم من خلاله تقدير ما إذا كان سيتم تنشيط العنصر العصبي هو مجموع الأجزاء الرئيسية والمعدلة ، لا يمكن أن يكون هذا المستوى مساويًا للصفر أو أقل من الصفر.

نحن محاكاة تجارب إريك كاندل مع Apliz.



المستقبلات "Q" و "W" و "E" و "R" هي مستقبلات لسيفون الرخويات ، وكل منها مرتبط بعصب عصبي للمستقبل. يرتبط كل عنصر عصبي للمستقبل بمشابك ذات مفعول مباشر مع عنصر عصبي معدل. وهذا بدوره يرتبط بعصب عصبي حركي ، يرسل إشارة إلى المؤشر "1". سيكون المؤشر "1" مناظرا لعمل تخفيض الخياشيم في أبليزيا.

في البداية ، يتم تكوين الشبكة بحيث يؤدي نشاط كل من مستقبلات السيفون إلى إجراء "1". ولكن مع "دغدغة" طويلة ، تنشيط متسلسل على مهل لمستقبلات السيفون ، بعد مرور بعض الوقت يصبح العنصر العصبي الإدماني إدمانيًا ولا يحدث رد فعل. ولكن ، إذا عملنا على مستقبلات السيفون بقوة أكبر ، فعّلنا عدة مستقبلات في وقت واحد ، أو فعلناها بسرعة أكبر ، فسوف نرى أن رد الفعل "1" سيظل يعمل. في هذه الحالة ، ستكون آلية التكيف طويلة جدًا ، ويمكننا تجاهلها.

يوجد أيضًا في مخططنا مستقبل "F" ، وهو مستقبل ذيل الرخويات ، والذي يرتبط بعنصر عصبي يحتوي على مشابك من عمل التعديل على عنصر عصبي مدرج. هذا المشبك يقلل من مستوى عتبة عنصر عصبي في وقت معين ، مما يجعل العنصر العصبي أكثر حساسية وخلال هذه الفترة ، يؤدي تنشيط مستقبلات سيفون واحدة إلى رد فعل "1".

آلية التوعية في Aplizia هي نموذج أولي للحالة العاطفية للقلق والخوف في الحيوانات ذات الجهاز العصبي الأكثر تطورًا. في مثل هذه الحيوانات ، لا ينطوي التحسس على سلاسل منفصلة من الخلايا العصبية ، بل مناطق كاملة في الجهاز العصبي. المنطقة المسؤولة عن الخوف والقلق هي اللوزة ، اللوزتين ، وعندما يتم تنشيطها ، حدد وسطاء التعديل (الأدرينالين والنورادرينالين). يمكن أن يكون لهذه الوسطاء تأثير على القشرة الحركية ، مما يزيد من حساسية الخلايا العصبية ، مما يزيد من النشاط في السيارة. هذا يعني أن الدافع الداخلي الأقل مطلوب لاتخاذ بعض الإجراءات ، مما يسمح لك بالهروب بسرعة من الخطر أو الهجوم وإظهار العدوان بشكل أكثر نشاطًا.

التبديل

تسمح لنا العناصر العصبية المعدلة أيضًا بتخيل كيفية تبديل سلوك الحيوان اعتمادًا على الظروف الخارجية والداخلية. على سبيل المثال ، يظهر Aplizia سلوكًا معقدًا للغاية خلال فترة التزاوج ، ويتغير سلوكه خلال هذه الفترة ، وردود الفعل المحتملة على نفس المنبهات. أي أنه يمكن للمرء أن يقول عن وجود "مفتاح" معين في الجهاز العصبي للرخويات.





يتم تكوين الشبكة بحيث يتم تنشيط الاستجابة "1" عند تنشيط المستقبل "R". ولكن إذا قمنا بنمذجة هذه الشبكة من العناصر العصبية من خلال تنشيط المستقبل F ، فستحدث الاستجابة الانعكاسية "2" على نفس المستقبل "R". قد يكون عامل التحوير للجهاز العصبي هو وجود هرمون معين في الجسم ، وهو ما يفسر كيف يتغير سلوك الحيوان ، على سبيل المثال ، خلال فترة الخصوبة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397375/