अद्भुत सेरिबैलम

सेरिबैलम में क्या आश्चर्य है? मस्तिष्क विभाग, जिसने हमें संगीत की सुंदरता और भव्यता, अविश्वसनीय सटीकता और नृत्य आंदोलनों की कृपा का आनंद लेने का अवसर दिया।

सामग्री
1. तंत्रिका तंत्र के सिम्युलेटर। भाग 1. सरल योजक
2. तंत्रिका तंत्र का सिम्युलेटर। भाग 2. संशोधित न्यूरोलेमेंट
3. तंत्रिका तंत्र सिम्युलेटर। भाग 3. साहचर्य तंत्रिका संबंधी
4. स्मृति, स्मृति समेकन और दादी न्यूरॉन्स
5. भावना मॉडलिंग या नवीनता की इलेक्ट्रॉनिक भावना
6. अद्भुत अनुमस्तिष्क
7. संरचना और मस्तिष्क सेटिंग्स शुरू

मस्तिष्क और तंत्रिका तंत्र पूरी तरह से एक ही असतत संकेतों, लघु दालों के साथ काम करता है, जिनमें से आयाम समान है और विभिन्न जीवों को नियंत्रित करने का तरीका है प्रति इकाई समय में दालों की संख्या को बदलना, अर्थात। संकेत आवृत्ति। इसके अलावा, रिसेप्टर पर प्रभाव की डिग्री दालों की आवृत्ति में परिवर्तन द्वारा सटीक रूप से निर्धारित की जाती है।

हमारी मोटर प्रणाली में बहुत सटीक क्रियाओं की क्षमता होती है, चिकनी चाल या हमारे अंगों के सटीक आंदोलनों के लिए। इसे प्राप्त करने के लिए, मांसपेशियों, जिन्हें नियंत्रण में उच्च लचीलेपन की आवश्यकता होती है, उन्हें मोटर इकाइयों में विभाजित किया गया था। एक मोटर इकाई एक मोटर न्यूरॉन और संबंधित मांसपेशी फाइबर है। और अधिक मोटर इकाइयां गतिविधि में शामिल हैं, मांसपेशियों के संकुचन से जितना अधिक प्रयास होता है। साथ ही, लोड और कार्रवाई के क्षेत्र को वितरित करने के लिए विभिन्न मोटर इकाइयों के मांसपेशी फाइबर को आपस में जोड़ा जाता है। इस प्रकार, मोटर इकाइयों की सक्रियता की आवृत्ति के कारण न केवल मांसपेशियों को नियंत्रित करना संभव है, बल्कि उनकी कुल संख्या गतिविधि में शामिल है।



एक सरल प्रतिवर्त की कल्पना करें जिसके लिए इसके शीर्षक की सक्रियता से मांसपेशी का पूर्ण संकुचन होता है। इस पलटा में, सभी मोटर इकाइयां लगभग एक ही समय में सक्रिय हो जाएंगी। लेकिन जीवन की प्रक्रिया में, एक आवश्यकता उत्पन्न हो सकती है, उदाहरण के लिए, सुचारू रूप से अनुबंध करने के लिए, या योजनाबद्ध रूप से मांसपेशियों को आराम करने के लिए, या मांसपेशियों के केवल सहज विश्राम की आवश्यकता होती है, लेकिन फिर इसकी तेजी से कमी होती है।



सिम्युलेटेड उदाहरण में, कई रिफ्लेक्सिस काल्पनिक मांसपेशियों की सक्रियता की एक अलग प्रकृति की ओर ले जाते हैं, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि कार्रवाई का प्रत्येक संकेतक एक मांसपेशी की एक मोटर इकाई है। उदाहरण में, एक मुख्य प्रतिवर्त है, जिसकी सक्रियता से सभी मोटर इकाइयों का एक साथ प्रक्षेपण होता है। इस रिफ्लेक्स के आधार पर, रिफ्लेक्स बनाए गए हैं, जैसा कि यह एक सुपरस्ट्रक्चर द्वारा किया गया था, जो मोटर इकाइयों के चालू या बंद होने की क्रमिक स्विचिंग सुनिश्चित करता है, जो कुछ समय का कारक जोड़ता है।

विकास की प्रक्रिया में, जानवर अपने शरीर को नियंत्रित करना सीखता है, और प्रशिक्षण न केवल संघों के निर्माण के रूप में होता है, कुछ घटनाओं को जोड़ता है, बल्कि समय में इन घटनाओं के अनुपात, और काफी सटीक रूप से भी होता है। बेशक, रिफ्लेक्स आर्क के साथ उत्तेजना का प्रसार एक समय कारक देता है, लेकिन रिफ्लेक्स के गठन के तंत्र इस कारक को पर्याप्त रूप से सटीक बनाने की अनुमति नहीं देते हैं। तंत्रिका तंत्र में क्रियाओं के बीच समय अंतराल को याद रखने के लिए एक तंत्र होना चाहिए, और अधिक लचीला होना चाहिए ताकि फिर से शिक्षित करने की संभावना हो।

मस्तिष्क के सिद्धांत को विकसित करने और तंत्रिका तंत्र का अध्ययन करते समय, मैं सेरिबैलम से बहुत आश्चर्यचकित था, इसकी विशेषताएं मस्तिष्क की संरचनाओं से बहुत अलग हैं। सबसे पहले, यह सेरिबैलम के आकार और इसके लिए निर्धारित कार्यात्मक का अनुपात है। सेरिबैलम पूरे मस्तिष्क के लगभग 14% हिस्से पर रहता है (जानवरों के लिए अनुपात ऊपर होगा) और, जैसा कि आप जानते हैं, हमारे शरीर को समन्वयित करने का कार्य करता है, और कुछ स्वायत्त कार्यों को भी करता है। इस मामले में, सेरिबैलम को नुकसान संतुलन बनाए रखने में कठिनाई, आंदोलनों की सटीकता, असमान लिखावट, धीमी गति से भाषण, आदि के रूप में समन्वय का उल्लंघन का कारण बनता है। जानवर की सफलता के लिए, ये कार्य बहुत महत्वपूर्ण हैं, लेकिन सेरिबैलम का आकार बड़ा है, उदाहरण के लिए, वर्निक और ब्रोका क्षेत्रों में एक साथ, हालांकि ये क्षेत्र मानव भाषण के लिए जिम्मेदार हैं, अर्थात, वे छोटे आकारों के साथ अधिक जटिल कार्यक्षमता का प्रदर्शन करते हैं।

दूसरे, सेरिबैलम में न्यूरॉन्स के असामान्य रूप हैं - पर्किनजे कोशिकाएं। इन कोशिकाओं की डेंड्राइट कोशिका नाभिक के एक तरफ दृढ़ता से और एक ही विमान में शाखा होती है। सेल का यह आकार कुछ के कारण होना चाहिए, आमतौर पर विमानों में सख्त अभिविन्यास के बिना न्यूरॉन्स के डेंड्राइट बढ़ते हैं।



तीसरा, सेरेबेलर कॉर्टेक्स की संरचना नियोकोर्टेक्स कॉर्टेक्स की संरचना से काफी अलग है। अनुमस्तिष्क प्रांतस्था में, केवल तीन परतों को प्रतिष्ठित किया जाता है: आणविक, पुर्किंज कोशिका परत और दानेदार परत। यदि विकास की प्रक्रिया में नियोकार्टेक्स ने अपनी परतों की संख्या में वृद्धि की, तो सेरिबैलम में ऐसा नहीं हुआ। आमतौर पर, विकासवाद स्पर्श नहीं करता है जो अच्छी तरह से काम करता है और पर्याप्त रूप से इसकी कार्यक्षमता को पूरा करता है। यह देखते हुए कि सेरिबैलम विकास के बजाय जल्दी प्रकट होता है, यह कहा जा सकता है कि इसके प्रांतस्था की संरचना को इसके कार्यों के तहत विकास द्वारा पूरी तरह से सम्मानित किया गया है।



अनुमस्तिष्क प्रांतस्था की संरचना की विशेषताओं में से एक समानांतर फाइबर की उपस्थिति है - ये अनाज कोशिकाओं (दानेदार कोशिकाओं) के अक्षतंतु हैं जो एक दूसरे के समानांतर फैलते हैं और पर्किनजे कोशिकाओं के डेन्ड्राइट्स के विकास विमान के लंबवत होते हैं। शायद पर्किनजे कोशिकाओं का आकार इस तथ्य के कारण है कि यह प्रांतस्था के विकास और विकास के दौरान पर्किनजे कोशिकाओं के समानांतर फाइबर और डेंड्राइट के बीच संपर्क की संभावना को बढ़ाता है। पर्किनजे सेल समानांतर तंतुओं के बढ़ने के लिए एक "ट्रैप सेल" है।

यह ज्ञात है कि कार्रवाई क्षमता एक छोटे आवेग का रूप लेती है और एक सीमित गति से तंत्रिका ऊतक के साथ फैलती है, लगभग 1 मीटर / सेकंड। इससे यह पता चलता है कि समानांतर तंतुओं और पुर्किंज कोशिकाओं का परिसर एक प्रकार का टाइमर है, जो दानेदार कोशिका के सक्रियण से शुरू होता है, और समय के अंतराल की गणना समानांतर तंतुओं की प्रस्तावित क्रिया क्षमता द्वारा पुरकिनजे कोशिकाओं की अनुक्रमिक सक्रियता द्वारा की जाती है।



इस धारणा के आधार पर, एक मॉडल विकसित किया गया था जो सेरिबैलम की संरचना के एक मजबूत सरलीकरण का प्रतिनिधित्व करता है। आमतौर पर पर्किनजे कोशिकाओं में अनुमस्तिष्क नाभिक में एक निरोधात्मक प्रभाव होता है, कॉर्टेक्स में ही कई निरोधात्मक कोशिकाएं होती हैं, साथ ही साथ लियनॉइड फाइबर भी होते हैं, लेकिन हम सरलीकरण के उद्देश्य से सब कुछ ध्यान में नहीं लेंगे। मॉडल का उद्देश्य सेरिबैलम ऑपरेशन के सिद्धांतों की समझ बनाना है।

एक साधारण पलटा की कल्पना करें, एक उत्तेजना पर एक कार्रवाई होगी। और हमें तंत्रिका नेटवर्क को प्रशिक्षित करने की आवश्यकता है ताकि किसी दिए गए उत्तेजना के लिए एक भी प्रतिक्रिया न हो, लेकिन एक निश्चित लय के साथ उत्तर की एक श्रृंखला। सामान्य साहचर्य विधि का उपयोग करना, इसे प्राप्त करना लगभग असंभव है। आपको किसी प्रकार के टूल की आवश्यकता है जो घटनाओं के बीच के समय को गिनाए। इस तरह का एक उपकरण एक समय जोड़ने वाला है, यह जैविक सेरिबैलम का एक एनालॉग है।



समय ऐड-इन श्रृंखला में जुड़े तंत्रिका तत्वों की एक श्रृंखला पर आधारित है। इस श्रृंखला को शुरू करने वाला संकेत संपार्श्विक ब्रेकिंग सर्किट से गुजरता है, यह सर्किट केवल एक ही संकेत से गुजरता है, यह आवश्यक है ताकि श्रृंखला के तत्वों के बीच कोई बातचीत और प्रतिस्पर्धा न हो। सीखने के लिए अग्रणी सभी परिवर्तन प्लास्टिक न्यूरॉन्स के पर्यायवाची होते हैं, प्रत्येक प्लास्टिक न्यूरॉन का सर्किट में अपना तत्व होता है, जो कि पर्किनजे कोशिकाओं और समानांतर फाइबर के परिसर का एक एनालॉग है।

जब एक प्लास्टिक न्यूरॉन की गतिविधि रिफ्लेक्स चाप के एक हिस्से का प्रतिनिधित्व करने वाले एक न्यूरोलेमेंट के साथ मेल खाती है, तो उन्हें जोड़ने वाले सिंटैप्स की शक्ति और मजबूती में वृद्धि होती है। संयोग के अभाव में, शक्ति में कमी होगी। इन परिवर्तनों की दर प्लास्टिक न्यूरॉन्स के न्यूरोप्लास्टिकिटी के माप पर निर्भर करती है। प्रारंभ में, प्लास्टिक न्यूरॉलेमेंट्स के सिनैप्स की ताकत प्रतिनिधि को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त नहीं है, केवल कुछ लगातार संयोगों के बाद, सिंक की कार्रवाई सक्रिय करने के लिए पर्याप्त होगी। कुछ और पुनरावृत्तियों के बाद, इस स्थिति को मजबूत किया जाएगा। बेशक, हम प्लास्टिक न्यूरोलेमेंट्स में प्लास्टिसिटी के माप को बदलकर सीखने की गति को नियंत्रित कर सकते हैं।

अब, यदि हम रिफ्लेक्स को दोहराते हैं, तो उत्तेजना को आवश्यक लय के साथ सक्रिय करते हैं, तो थोड़ी देर बाद उत्तेजना के एक सक्रिय होने के साथ हमें एक सीखी हुई लय में जवाब मिलेगा।



उपरोक्त उदाहरण में, लय को कंठस्थ किया गया है। बेशक, कोई भी लय सेट की जा सकती है। उदाहरण योजना उन तंत्रिका तत्वों पर आधारित है जिन्हें पहले रिलीज में वर्णित किया गया था।

हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि सेरिबैलम का कार्य विभिन्न मोटर क्रियाओं में स्मृति में कम समय के अंतराल का संरक्षण है।

जैसा कि टाइमिंग-ऑन के काम के उदाहरणों से देखा जा सकता है, यह केवल एक मोटर इकाई के साथ काम कर सकता है, प्रत्येक मोटर इकाई को अपने स्वयं के परिसर की आवश्यकता होती है। प्रत्येक मोटर इकाई के लिए अपनी स्वयं की श्रृंखला पर्किनजे कोशिकाओं का होना, समय में प्रत्येक मोटर इकाई के समन्वय के कारण न केवल ताल को "हरा" करना सीखता है, बल्कि आंदोलनों (चिकनाई, तेज) के चरित्र के लिए भी संभव है।



ऐसे लोगों में सेरिबैलर वॉल्यूम में वृद्धि देखी जाती है जिनकी गतिविधियाँ उन कार्यों से जुड़ी होती हैं जहाँ स्मृति में मोटर क्रियाओं में सटीक समय अंतराल (टाइमिंग) को स्टोर करना आवश्यक होता है। ये हैं, सबसे पहले, संगीतकार, नर्तक और एथलीट।

यह ध्यान दिया जा सकता है कि मेमोरी में समय अंतराल रिकॉर्ड करने के लिए महत्वपूर्ण संख्या में कोशिकाओं की आवश्यकता होती है, इससे सेरिबैलम के बड़े सापेक्ष आकार होते हैं। लेकिन विकास द्वारा चुनी गई योजना का उद्देश्य, सबसे पहले, विश्वसनीयता और लचीलापन है।

मस्तिष्क के मौलिक मॉडल बनाते समय, विकास द्वारा चुनी गई सभी योजनाओं को ध्यान में रखने की कोई आवश्यकता नहीं है और यह एक तंत्रिका तत्व का उपयोग करना संभव है जो कि पर्किनजे कोशिकाओं और समानांतर फाइबर के पूरे परिसर की तरह काम करता है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi397707/