Otak kecil yang menakjubkan

Apa yang mengejutkan di otak kecil? Departemen otak, yang memberi kami kesempatan untuk menikmati keindahan dan kemegahan musik, ketepatan luar biasa dan keanggunan gerakan tarian.

Isi
1. Simulator sistem saraf. Bagian 1. Penambah sederhana
2. Simulator sistem saraf. Bagian 2. Modulasi neuroelement
3. Simulator sistem saraf. Bagian 3. Neuroelement asosiatif
4. Memori, konsolidasi memori, dan neuron nenek.
5. Pemodelan emosi atau rasa baru secara elektronik
6. Otak kecil yang menakjubkan
7. Struktur dan pengaturan otak mulai

Otak dan sistem saraf secara keseluruhan bekerja dengan sinyal diskrit yang sama, pulsa pendek, amplitudo yang sama dan cara untuk mengendalikan berbagai organik adalah dengan mengubah jumlah pulsa per unit waktu, mis. frekuensi sinyal. Juga, tingkat dampak pada reseptor ditentukan dengan tepat oleh perubahan frekuensi pulsa.

Sistem motor kami memiliki potensi untuk tindakan yang sangat tepat, untuk gerakan yang halus atau gerakan anggota tubuh yang tepat. Untuk mencapai ini, otot-otot, yang membutuhkan fleksibilitas tinggi dalam kontrol, dibagi menjadi unit motorik. Unit motorik adalah motor neuron dan serat otot terkait. Dan semakin banyak unit motorik yang terlibat dalam aktivitas, semakin besar upaya yang timbul dari kontraksi otot. Juga, serat otot dari berbagai unit motor saling terkait untuk mendistribusikan beban dan bidang aksi. Dengan demikian, adalah mungkin untuk mengontrol otot bukan hanya karena frekuensi aktivasi unit motorik, tetapi jumlah total mereka terlibat dalam aktivitas.



Bayangkan sebuah refleks sederhana yang aktivasi gelarnya menyebabkan kontraksi otot yang lengkap. Dalam refleks ini, semua unit motor akan diaktifkan hampir bersamaan. Tetapi dalam proses kehidupan, suatu kebutuhan mungkin timbul, misalnya, untuk berkontraksi dengan lancar, atau untuk mengendurkan otot secara lentur, atau hanya relaksasi otot yang halus yang diperlukan, tetapi kemudian dikurangi dengan cepat.



Dalam contoh yang disimulasikan, beberapa refleks mengarah ke sifat yang berbeda dari aktivasi otot hipotetis, dengan mempertimbangkan fakta bahwa setiap indikator tindakan adalah unit motor dari satu otot. Dalam contoh, ada refleks utama, aktivasi yang mengarah pada peluncuran simultan semua unit motor. Atas dasar refleks ini, refleks telah dibuat, seolah-olah, oleh superstruktur, yang memastikan pergantian berurutan hidup atau mati unit motor, yang menambahkan beberapa faktor waktu.

Dalam proses perkembangannya, hewan itu belajar mengendalikan tubuhnya, dan pelatihan berlangsung tidak hanya dalam bentuk menciptakan asosiasi, menghubungkan beberapa peristiwa, tetapi juga rasio peristiwa-peristiwa ini dalam waktu, dan cukup akurat. Tentu saja, penyebaran eksitasi di sepanjang busur refleks memberikan faktor waktu, tetapi mekanisme pembentukan refleks tidak memungkinkan membuat faktor ini cukup akurat. Sistem saraf harus memiliki mekanisme untuk mengingat interval waktu antara tindakan, apalagi cukup fleksibel untuk kemungkinan pelatihan ulang.

Ketika mengembangkan teori otak dan mempelajari sistem saraf, saya sangat terkejut dengan otak kecil, fitur-fiturnya sangat berbeda dari struktur otak lainnya. Pertama, ini adalah rasio ukuran otak kecil dan fungsional yang ditentukan untuknya. Otak kecil menempati sekitar 14% dari seluruh otak (untuk hewan rasio akan naik) dan, seperti yang Anda tahu, berfungsi untuk mengoordinasikan tubuh kita, dan juga melakukan beberapa fungsi otonom. Dalam hal ini, kerusakan pada otak kecil menyebabkan pelanggaran koordinasi dalam bentuk kesulitan menjaga keseimbangan, ketepatan gerakan, tulisan tangan yang tidak rata, ucapan lambat, dll. Untuk keberhasilan hewan, fungsi-fungsi ini sangat penting, tetapi ukuran otak kecil lebih besar, misalnya, daripada daerah Wernicke dan Broca bersama-sama, meskipun daerah ini bertanggung jawab untuk berbicara dengan manusia, yaitu, mereka melakukan fungsi yang lebih kompleks dengan ukuran yang lebih kecil.

Kedua, di otak kecil ada bentuk neuron yang tidak biasa - sel Purkinje. Dendrit sel-sel ini bercabang kuat di satu sisi inti sel, dan bercabang di bidang yang sama. Bentuk sel ini pasti karena sesuatu, biasanya dendrit neuron tumbuh tanpa orientasi yang ketat pada bidang.



Ketiga, struktur korteks serebelar berbeda secara signifikan dari struktur korteks neokorteks. Di korteks serebelar, hanya tiga lapisan dibedakan: molekul, lapisan sel Purkinje dan lapisan granular. Jika dalam proses evolusi neokorteks meningkatkan jumlah lapisannya, maka ini tidak terjadi pada otak kecil. Biasanya, evolusi tidak menyentuh apa yang berfungsi dengan baik dan cukup memenuhi fungsinya. Mempertimbangkan bahwa otak kecil muncul secara evolusioner lebih awal, dapat dikatakan bahwa struktur korteksnya diasah dengan sempurna oleh evolusi di bawah fungsinya.



Salah satu fitur struktur korteks serebelar adalah adanya serat paralel - ini adalah akson sel biji-bijian (sel granular) yang merambat paralel satu sama lain dan tegak lurus dengan bidang pertumbuhan dendrit sel Purkinje. Mungkin bentuk sel Purkinje disebabkan oleh fakta bahwa itu meningkatkan kemungkinan kontak antara serat paralel dan dendrit sel Purkinje selama pertumbuhan dan perkembangan korteks. Sel Purkinje adalah "sel jebakan" untuk menumbuhkan serat paralel.

Diketahui bahwa potensial aksi berupa impuls pendek dan menyebar di sepanjang jaringan saraf dengan kecepatan terbatas, sekitar 1 m / s. Hal ini menunjukkan gagasan bahwa kompleks serat paralel dan sel Purkinje adalah jenis timer yang dipicu oleh aktivasi sel granular, dan interval waktu dihitung oleh aktivasi berurutan sel Purkinje oleh potensi aksi yang diperbanyak sepanjang serat paralel.



Berdasarkan asumsi ini, model dikembangkan yang mewakili penyederhanaan yang kuat dari struktur otak kecil. Biasanya sel Purkinje memiliki efek penghambatan dalam inti serebelar, di korteks itu sendiri ada banyak sel penghambat, serta serat lianoid, tetapi kami tidak akan mempertimbangkan semuanya untuk tujuan penyederhanaan. Tujuan dari model ini adalah untuk membentuk pemahaman tentang prinsip-prinsip operasi otak kecil.

Bayangkan sebuah refleks sederhana, suatu tindakan akan terjadi pada satu stimulus. Dan kita perlu melatih jaringan saraf agar tidak ada respons tunggal terhadap stimulus yang diberikan, tetapi serangkaian jawaban dengan ritme tertentu. Menggunakan metode asosiatif biasa, ini hampir mustahil untuk dicapai. Anda memerlukan semacam alat yang menghitung waktu antar peristiwa. Alat semacam itu adalah tambahan waktu, itu adalah analog dari otak kecil.



Add-in timing didasarkan pada serangkaian elemen saraf yang terhubung secara seri. Sinyal yang memicu rantai ini melewati sirkuit pengereman kolateral, sirkuit ini hanya melewati satu sinyal, ini diperlukan agar tidak ada interaksi dan persaingan antara unsur-unsur rantai. Semua perubahan yang mengarah pada pembelajaran terjadi dalam sinapsis neuron plastik, setiap neuron plastik memiliki elemennya sendiri dalam rangkaian, yang merupakan analog dari kompleks sel Purkinje dan serat paralel.

Ketika aktivitas neuron plastis bertepatan dengan neuroelement yang mewakili bagian dari busur refleks, terjadi peningkatan kekuatan dan penguatan sinapsis yang menghubungkannya. Dengan tidak adanya kebetulan, penurunan kekuatan akan terjadi. Tingkat perubahan ini tergantung pada ukuran neuroplastisitas neuron plastis. Awalnya, kekuatan sinapsis neuroelements plastik tidak cukup untuk mengaktifkan perwakilan, hanya setelah beberapa kebetulan berturut-turut, aksi sinaps akan cukup untuk mengaktifkan. Setelah beberapa kali pengulangan, situasi ini akan diperkuat. Tentu saja, kita dapat mengontrol kecepatan belajar dengan mengubah ukuran plastisitas dalam neuroelements plastik.

Sekarang, jika kita mengulangi refleks, mengaktifkan stimulus dengan ritme yang diperlukan, maka setelah beberapa saat dengan satu aktivasi stimulus kita akan mendapatkan jawabannya dalam ritme yang dipelajari.



Pada contoh di atas, ritme dihafalkan. Tentu saja, ritme apa pun dapat diatur. Skema contoh didasarkan pada elemen saraf yang dijelaskan dalam rilis sebelumnya.

Kita dapat menyimpulkan bahwa fungsi otak kecil adalah mempertahankan interval waktu singkat dalam memori dalam berbagai aksi motorik.

Seperti dapat dilihat dari contoh-contoh pekerjaan add-on timing, ia hanya dapat bekerja dengan satu unit motor, setiap unit motor membutuhkan kompleknya sendiri. Memiliki untuk setiap unit motor rantai sel Purkinje sendiri, dimungkinkan untuk belajar tidak hanya untuk "mengalahkan" ritme, tetapi juga karakter gerakan (kehalusan, ketajaman) karena koordinasi setiap unit motor dalam waktu.



Ada peningkatan volume serebelar pada orang-orang yang aktivitasnya terkait dengan tugas-tugas di mana diperlukan untuk menyimpan interval waktu yang tepat (timing) dalam aksi motorik dalam memori. Pertama-tama, ini adalah musisi, penari, dan atlet.

Anda dapat memperhatikan fakta bahwa sejumlah besar sel diperlukan untuk merekam interval waktu dalam memori, ini menyebabkan ukuran relatif besar otak kecil. Tetapi skema yang dipilih oleh evolusi bertujuan, pertama-tama, pada keandalan dan fleksibilitas.

Saat membuat model fundamental otak, tidak perlu memperhitungkan semua skema yang dipilih oleh evolusi dan dimungkinkan untuk menggunakan elemen saraf yang bekerja seperti seluruh kompleks sel Purkinje dan serat paralel.

Source: https://habr.com/ru/post/id397707/