Нервная регуляция животных: от сетей и узлов до рефлекса позвоночных
Нервная система передаёт и обрабатывает сигналы, но устроена у животных по-разному. Проследим нейронные сети и ганглии, отделы мозга позвоночных и путь конкретного рефлекса без идеи, что все виды выстроены в одну лестницу совершенства.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Строение и функции организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Нервная система животных
- Разнообразие строения нервных систем
- Центральная и периферическая нервная система
- Отделы головного мозга позвоночных
- Рефлекс и рефлекторная дуга
- Безусловные и условные рефлексы
- Роль И. П. Павлова
Как это устроено
У разных животных нервные системы организованы неодинаково. У книдарий есть распределённые сети; у многих билатеральных животных нервные клетки собраны в узлы и продольные проводящие структуры; у позвоночных головной и спинной мозг образуют центральную нервную систему. Эти варианты нельзя объявлять последовательными стадиями развития одной современной особи: это сравнение разных эволюционных линий с разными задачами и средой. Некоторые беспозвоночные, например осьминоги, имеют сложную обработку сигналов, поэтому слова «беспозвоночный = примитивный мозг» неверны.
У позвоночных сравнивают отделы головного мозга и их относительное развитие, но функции распределены по сетям. Передний мозг, средний мозг, мозжечок и стволовые отделы взаимодействуют; один отдел не отвечает единолично за всё «мышление» или все движения. Размер отдельного участка без учёта размера тела, поведения и связей не служит прямой шкалой интеллекта видов.
Для разбора простого защитного рефлекса удобно провести стрелки: рецептор кожи → чувствительный нейрон → центральные связи спинного мозга → двигательный нейрон → мышца. В реальном организме ответ может включать несколько мышц, торможение антагонистов и восходящие сигналы к мозгу. Осознание боли и защитное движение — не обязательно одна и та же по времени стадия. Рефлекторная дуга — схема причинного маршрута, а не утверждение, что мозг совсем не получает информацию.
И. П. Павлов исследовал приобретённые связи, в том числе слюноотделение на сигналы, ранее связанные с пищей. Условный ответ зависит от истории подкрепления и контекста, может угасать и изменяться. Безусловный ответ не равен «неизменный при любых обстоятельствах». Пример с обучением не следует превращать в опыт на людях с испугом, болью или пищевым ограничением; достаточно готовых безопасных данных и схем.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Нейрон
Возбудимая клетка нервной ткани, получающая, преобразующая и передающая сигналы другим клеткам через специализированные контакты.
Пример: Чувствительный нейрон передаёт информацию от рецепторной области к центральным структурам.
- Синапс
Специализированный контакт, через который одна клетка передаёт сигнал другой; передача может быть химической или электрической.
Пример: В химическом синапсе медиатор влияет на следующую клетку через её рецепторы.
- Нервная система
Совокупность нейронов, вспомогательных клеток и их связей, обеспечивающих приём, обработку сигналов и согласование ответов животного.
Пример: Система помогает связать раздражение кожи с движением мышцы.
- Диффузная нервная сеть
Организация нервных клеток в виде распределённой сети без единого крупного центрального мозга.
Пример: У гидры нервные клетки образуют сеть, управляющую сокращениями тела.
- Ганглий
Скопление тел нейронов в нервной системе, организующее обработку сигналов в определённой части тела.
Пример: У ряда беспозвоночных нервные узлы согласуют работу сегментов.
- Центральная нервная система позвоночных
Головной и спинной мозг позвоночного, где интегрируются многие сигналы и формируются ответы.
Пример: Спинной мозг участвует в рефлекторном ответе на прикосновение к горячему предмету.
- Периферическая нервная система
Нервные структуры вне головного и спинного мозга позвоночного, связывающие центр с рецепторами и исполнительными органами.
Пример: Чувствительные и двигательные волокна нерва связывают руку со спинным мозгом.
- Отделы головного мозга позвоночного
Различающиеся по развитию и функциям взаимосвязанные области мозга, включая передний, средний и задний мозг; школьные схемы детализируют их по-разному.
Пример: Мозжечок связан с координацией движений, но он не работает изолированно от остальных отделов.
- Рецептор
Клетка или чувствительная структура, преобразующая определённое воздействие в сигнал для нервной системы.
Пример: Кожные терморецепторные окончания участвуют в обнаружении изменения температуры.
- Рефлекс
Закономерный ответ организма на воздействие при участии нервной системы; конкретный ответ зависит от состояния сети и условий.
Пример: После прикосновения к очень горячей поверхности рука может быстро отдёрнуться.
- Рефлекторная дуга
Учебная схема пути сигнала от рецептора через нервные связи к исполнительному органу, объясняющая определённый рефлекс.
Пример: При защитном движении сигналы идут от кожи к спинному мозгу и затем к мышце.
- Безусловный рефлекс
Рефлекторный ответ, который может осуществляться без обучения именно этой связи в индивидуальном опыте, хотя на его проявление влияют условия.
Пример: Отдёргивание руки при болевом раздражении не нужно специально заучивать.
- Условный рефлекс
Приобретённый в опыте ответ на сигнал, ранее не вызывавший именно этот ответ, при определённых условиях подкрепления и сохранения связи.
Пример: В опытах Павлова у собаки нейтральный сигнал после повторных сочетаний с пищей начинал вызывать слюноотделение.
Пример по шагам
На рисунке после прикосновения к горячему предмету рука отдёрнулась ещё до подробного осознания боли. Укажите путь сигнала и ошибку фразы «головной мозг вообще не участвует».
- Сигнал возник в рецепторных окончаниях и пришёл по чувствительному пути в спинной мозг.
- Через центральные связи активировались двигательные нейроны и мышцы.
- Восходящие сигналы также могут достичь головного мозга, где происходит дальнейшая обработка; быстрая спинальная часть не отменяет её.
Вывод: Школьная дуга объясняет быстрый ответ, но не всю обработку сигнала организмом.
Практическая работа
Сравнительная карта нервных систем
- По готовым научным схемам сравните гидру, дождевого червя, осьминога и позвоночное: отметьте сеть, узлы, нервные тяжи и центральные отделы там, где они действительно есть.
- Отдельно нанесите рефлекторную дугу человека на схему, не перенося её буквально на гидру.
- Для каждого рисунка запишите, какие структуры не показаны и почему схема не доказывает уровень «совершенства».
Что можно заключить: Сходная задача регуляции решается разными нервными организациями; схема рефлекса зависит от конкретного животного.
Безопасность: Не вызывайте болевые, пугающие или иные неприятные реакции у людей и животных ради наблюдения.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.