بيت يحلل كيف يعمل دماغنا وكيفية تحسين أدائه. كيف يعمل الدماغ البشري؟

كيف يعمل دماغنا وكيفية تحسين أدائه. كيف يعمل الدماغ البشري؟

إن تاريخ علوم الكمبيوتر ككل يتلخص في محاولة العلماء فهم كيفية عمل الأشياء. العقل البشري، وإعادة إنشاء شيء مماثل في قدراته. وكيف يدرسها العلماء بالضبط؟ لنتخيل أنه في القرن الحادي والعشرين، يصل كائنات فضائية إلى الأرض، بعد أن لم يروا أجهزة الكمبيوتر التي اعتدنا عليها من قبل، ويحاولون دراسة بنية مثل هذا الكمبيوتر. على الأرجح، سيبدأون بقياس الفولتية على الموصلات، وسيجدون أن البيانات تنتقل في شكل ثنائي: القيمة الدقيقةالجهد ليس مهما، المهم فقط وجوده أو غيابه. وربما يدركون بعد ذلك أن جميع الدوائر الإلكترونية تتكون من نفس "البوابات المنطقية" التي لها مدخل ومخرج، وأن الإشارة داخل الدائرة تنتقل دائمًا في نفس الاتجاه. إذا كان الفضائيون أذكياء بما فيه الكفاية، فسيكونون قادرين على معرفة كيفية عمل الدوائر المركبة - فهي وحدها كافية لبناء أجهزة حاسوبية معقدة نسبيًا. ربما سيكتشف الفضائيون دور إشارة الساعة وردود الفعل؛ لكن من غير المرجح أن يتمكنوا، عند دراسة معالج حديث، من التعرف على بنية فون نيومان ذات الذاكرة المشتركة، وعداد البرامج، ومجموعة السجلات، وما إلى ذلك. الحقيقة هي أنه بعد أربعين عامًا من مطاردة الأداء، ظهر في المعالجات تسلسل هرمي كامل من "الذكريات" مع بروتوكولات مزامنة ذكية بينها؛ العديد من خطوط الأنابيب المتوازية المجهزة بمتنبئات فرعية، بحيث يفقد مفهوم "عداد البرنامج" معناه فعليًا؛ كل تعليمات لها محتويات السجل الخاصة بها المرتبطة بها، وما إلى ذلك. لتنفيذ المعالج الدقيق، عدة آلاف من الترانزستورات كافية؛ ولكي تصل إنتاجيتها إلى المستوى الذي اعتدنا عليه، يلزم مئات الملايين. الهدف من هذا المثال هو الإجابة على السؤال "كيف يعمل الكمبيوتر؟" ليست هناك حاجة لفهم عمل مئات الملايين من الترانزستورات: فهي غامضة فقط فكرة بسيطة، الذي يكمن وراء بنية أجهزة الكمبيوتر لدينا.

نمذجة الخلايا العصبية

تتكون القشرة الدماغية للإنسان من حوالي مائة مليار خلية عصبية. تاريخيًا، حاول العلماء الذين يدرسون عمل الدماغ تغطية هذا الهيكل الضخم بأكمله بنظريتهم. يتم وصف بنية الدماغ بشكل هرمي: تتكون القشرة من فصوص، وتتكون الفصوص من "أعمدة زائدة"، وتتكون هذه الفصوص من "أعمدة صغيرة"... يتكون العمود الصغير من حوالي مائة خلية عصبية فردية.

وقياسًا على بنية الكمبيوتر، فإن الغالبية العظمى من هذه الخلايا العصبية ضرورية للسرعة والكفاءة، ولمقاومة الفشل، وما إلى ذلك؛ لكن المبادئ الأساسية للدماغ من المستحيل اكتشافها بالمجهر، تمامًا كما أنه من المستحيل اكتشاف عداد البرنامج عن طريق فحص المعالج الدقيق تحت المجهر. ولذلك، فإن النهج الأكثر فائدة هو محاولة فهم الدماغ على أدنى مستوى، على مستوى الخلايا العصبية الفردية وأعمدتها؛ ومن ثم، بناءً على خصائصها، حاول تخمين كيفية عمل الدماغ بأكمله. شيء من هذا القبيل، بعد أن فهم الفضائيون تشغيل البوابات المنطقية، يمكنهم في النهاية بناء معالج بسيط منها - والتأكد من أنه يعادل في قدراته المعالجات الحقيقية، على الرغم من أنها أكثر تعقيدًا وقوة.

في الصورة أعلاه مباشرة، جسمالخلايا العصبية (يسار) - بقعة حمراء صغيرة في الأسفل؛ كل ما تبقى - التشعبات، "مدخلات" الخلية العصبية، وواحد محور عصبي، "مخرج". توجد نقاط متعددة الألوان على طول التشعبات نقاط الاشتباك العصبي، والتي من خلالها ترتبط الخلية العصبية بمحاور الخلايا العصبية الأخرى. يتم وصف عمل الخلايا العصبية بكل بساطة: عندما يحدث "ارتفاع" الجهد فوق مستوى العتبة على محور عصبي (مدة الارتفاع النموذجية هي 1 مللي ثانية، والمستوى 100 مللي فولت)، فإن المشبك "يخترق" ويمر ارتفاع الجهد إلى التغصنات . في هذه الحالة، يتم "تنعيم" التدفق: أولاً، ينمو الجهد إلى حوالي 1 مللي فولت على مدى 5.20 مللي ثانية، ثم يضمحل بشكل كبير؛ وبالتالي، يتم تمديد مدة الاندفاع إلى ~ 50 مللي ثانية.

إذا تم تنشيط العديد من نقاط الاشتباك العصبي لخلية عصبية واحدة خلال فترة زمنية قصيرة، فإن "الانفجارات الملساء" التي يثيرها كل منها في الخلية العصبية تتراكم. أخيرًا، إذا كان عدد كافٍ من المشابك العصبية نشطًا في نفس الوقت، فإن الجهد الكهربائي على الخلية العصبية يرتفع فوق مستوى العتبة، ومحورها العصبي "يخترق" المشابك العصبية المتصلة به.

كلما كانت الدفقات الأولية أقوى، زادت سرعة نمو الدفقات الناعمة، وكان التأخير أقصر حتى يتم تنشيط الخلايا العصبية التالية.

وبالإضافة إلى ذلك، هناك "الخلايا العصبية المثبطة"، والتي يتم تفعيلها يخفضالجهد الكلي على الخلايا العصبية المتصلة به. تشكل هذه الخلايا العصبية المثبطة 15..25% من العدد الإجمالي.

تحتوي كل خلية عصبية على آلاف المشابك العصبية. ولكن في أي وقت من الأوقات لا يكون أكثر من عُشر المشابك العصبية نشطة. وقت رد فعل الخلايا العصبية - وحدات مللي ثانية؛ نفس ترتيب التأخير لانتشار الإشارة على طول التغصنات، أي هذه التأخيرات لها تأثير كبير على عمل الخلية العصبية. أخيرًا، عادةً ما يرتبط زوج من الخلايا العصبية المجاورة ليس بمشبك واحد، ولكن بحوالي اثنتي عشرة - لكل منها مسافة خاصة بها إلى أجسام كلا العصبونات، وبالتالي بمدة التأخير الخاصة بها. في الرسم التوضيحي الموجود على اليمين، هناك خليتان عصبيتان، موضحتان باللون الأحمر والأزرق، مرتبطتان بستة نقاط اشتباك عصبي.

كل مشبك عصبي لديه "المقاومة" الخاصة به، مما يقلل من الإشارة الواردة (في المثال أعلاه - من 100 مللي فولت إلى 1 مللي فولت). يتم ضبط هذه المقاومة ديناميكيًا: إذا تم تنشيط المشبك العصبي فقط قبلتنشيط المحور العصبي - إذن، على ما يبدو، ترتبط الإشارة الصادرة من هذا المشبك جيدًا بالإخراج العام، بحيث تنخفض المقاومة وستساهم الإشارة بشكل أكبر في الجهد الكهربائي على العصبون. إذا تم تنشيط المشبك تماما بعدتنشيط المحور العصبي - إذن، على ما يبدو، لم تكن الإشارة الصادرة من هذا المشبك مرتبطة بتنشيط المحور العصبي، وبالتالي تزداد مقاومة المشبك العصبي. إذا تم توصيل خليتين عصبيتين بواسطة عدة نقاط اشتباك عصبي بفترات تأخير مختلفة، فإن تعديل المقاومة هذا يسمح لك باختيار التأخير الأمثل، أو المجموعة المثالية من التأخيرات: تبدأ الإشارة في الوصول بالضبط عندما تكون أكثر فائدة.

وبالتالي، فإن نموذج الخلية العصبية الذي اعتمده باحثو الشبكات العصبية - مع اتصال واحد بين زوج من الخلايا العصبية ومع انتشار لحظي للإشارة من خلية عصبية إلى أخرى - بعيد جدًا عن الصورة البيولوجية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الشبكات العصبية التقليدية لا تعمل وقترشقات نارية فردية، ولهم تكرار: كلما زاد عدد مدخلات الخلايا العصبية بشكل متكرر، كلما زاد عدد المخرجات. تلك التفاصيل الخاصة ببنية الخلايا العصبية التي تم تجاهلها في النموذج التقليدي، هل هي ضرورية أم غير مهمة لوصف عمل الدماغ؟ لقد جمع علماء الأعصاب كمًا هائلًا من الملاحظات حول بنية الخلايا العصبية وسلوكها - ولكن أي من هذه الملاحظات تلقي الضوء على الصورة العامة، والتي هي مجرد "تفاصيل تنفيذ" و- مثل المتنبئ الفرعي في المعالج - لا تؤثر في أي شيء بخلاف الكفاءة التشغيلية؟ يعتقد جيمس أن الخصائص الزمنية للتفاعل بين الخلايا العصبية هي التي تسمح لنا بالاقتراب من فهم المشكلة؛ إن عدم التزامن مهم لعمل الدماغ بقدر أهمية التزامن لعمل الكمبيوتر.

"تفصيل التنفيذ" الآخر هو عدم موثوقية الخلية العصبية: مع بعض الاحتمالات، يمكنها أن تنشط تلقائيًا، حتى لو كان مجموع الفولتية على تشعباتها لا يصل إلى مستوى العتبة. بفضل هذا، يمكن أن يبدأ "تدريب" عمود من الخلايا العصبية بأي مقاومة كبيرة بما فيه الكفاية في جميع المشابك العصبية: في البداية، لن تؤدي أي مجموعة من عمليات تنشيط المشابك العصبية إلى تنشيط محور عصبي؛ ثم تؤدي الانفجارات التلقائية إلى انخفاض في مقاومة المشابك العصبية التي تم تنشيطها قبل وقت قصير من هذه الانفجارات التلقائية. بهذه الطريقة، ستبدأ الخلية العصبية في التعرف على "أنماط" معينة من تدفقات المدخلات. والأهم من ذلك، الأنماط مشابهسيتم أيضًا التعرف على تلك التي تم تدريب الخلية العصبية عليها، ولكن الارتفاع على المحور العصبي سيكون أضعف و/أو في وقت لاحق، كلما كانت "ثقة" الخلية العصبية أقل في النتيجة. يعد تدريب عمود من الخلايا العصبية أكثر كفاءة بكثير من تدريب شبكة عصبية تقليدية: لا يحتاج عمود من الخلايا العصبية إلى استجابة تحكم للعينات التي يتم تدريبه عليها - في الواقع، لا يحتاج إلى استجابة تحكم. يتعرف، أ يصنفأنماط الإدخال بالإضافة إلى ذلك، تدريب عمود من الخلايا العصبية موضعية- إن التغير في مقاومة المشبك العصبي يعتمد على سلوك خليتين عصبيتين فقط متصلتين به دون غيرهما. ونتيجة لذلك فإن التدريب يؤدي إلى تغير في المقاومة على طول مسار الإشارة، أما عند تدريب الشبكة العصبية فإن الأوزان تتغير في الاتجاه المعاكس: من الخلايا العصبية الأقرب إلى المخرجات إلى الخلايا العصبية الأقرب إلى المدخلات.

على سبيل المثال، يوجد هنا عمود من الخلايا العصبية المدربة على التعرف على نمط الاندفاع (8،6،1،6،3،2،5) - تشير القيم إلى وقت الاندفاع عند كل من المدخلات. نتيجة للتدريب، يتم ضبط التأخيرات لتتطابق تمامًا مع النمط المعترف به، بحيث يكون الجهد على المحور العصبي الناتج عن النمط الصحيح هو الحد الأقصى الممكن (7):

سوف يستجيب نفس العمود لنمط إدخال مماثل (8،5،2،6،3،3،4) مع ارتفاع أصغر (6)، ويصل الجهد إلى مستوى العتبة بشكل ملحوظ في وقت لاحق:

وأخيرًا، يمكن استخدام الخلايا العصبية المثبطة لتوفير "التغذية الراجعة": على سبيل المثال، كما في الرسم التوضيحي الموجود على اليمين، يتم قمع الارتفاعات المتكررة في المخرجات عند الإدخال منذ وقت طويليبقى نشطا؛ أو قم بقمع الارتفاع المفاجئ في الإخراج إذا تأخر كثيرًا مقارنة بإشارات الإدخال - لجعل المصنف أكثر "فئويًا" ؛ أو، في الدائرة العصبية للتعرف على الأنماط، يمكن توصيل أعمدة مصنفات مختلفة بواسطة خلايا عصبية مثبطة بحيث يؤدي تنشيط أحد المصنفات تلقائيًا إلى قمع جميع المصنفات الأخرى.

التعرف على الصور

للتعرف على الأرقام المكتوبة بخط اليد من قاعدة بيانات MNIST (28 × 28 بكسل بتدرج رمادي)، قام جيمس بتجميع نموذج تناظري لـ "شبكة عصبية تلافيفية" مكونة من خمس طبقات من أعمدة المصنف الموضحة أعلاه. يقوم كل عمود من الأعمدة الـ 64 الموجودة في الطبقة الأولى بمعالجة جزء بحجم 5 × 5 بكسل من الصورة الأصلية؛ تتداخل هذه الأجزاء. تقوم أعمدة الطبقة الثانية بمعالجة أربعة مخرجات من الطبقة الأولى لكل منها، وهو ما يتوافق مع جزء 8 × 8 بكسل من الصورة الأصلية. تحتوي الطبقة الثالثة على أربعة أعمدة فقط - يتوافق كل منها مع جزء بحجم 16 × 16 بكسل. الطبقة الرابعة - المصنف النهائي - تقسم جميع الصور إلى 16 فئة: يتم تعيين الفئة وفقًا لأي من الخلايا العصبية يتم تنشيطها أولاً. وأخيرًا، الطبقة الخامسة عبارة عن إدراك كلاسيكي يربط بين 16 فئة و10 استجابات تحكم.

تحقق الشبكات العصبية الكلاسيكية المبنية على MNIST دقة تصل إلى 99.5% بل وأعلى من ذلك؛ ولكن وفقًا لجيمس، فإن "العمود الزائد" الخاص به يتدرب في عدد أقل بكثير من التكرارات، نظرًا لحقيقة أن التغييرات تنتشر على طول مسار الإشارة، وبالتالي تؤثر على عدد أقل من الخلايا العصبية. أما بالنسبة للشبكة العصبية الكلاسيكية، فإن مطور "العمود الزائد" يحدد فقط تكوين الاتصالات بين الخلايا العصبية، وجميع الخصائص الكمية للعمود الزائد - أي. مقاومة المشابك العصبية بتأخيرات مختلفة - يتم اكتسابها تلقائيًا أثناء عملية التعلم. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب تشغيل العمود الفائق عددًا أقل من الخلايا العصبية مقارنة بالشبكة العصبية ذات القدرات المماثلة. ومن ناحية أخرى، فإن محاكاة مثل هذه "الدوائر العصبية التناظرية" قيد التشغيل الكمبيوتر الالكترونيمعقد إلى حد ما بسبب حقيقة أنه، على عكس الدوائر الرقمية التي تعمل بإشارات منفصلة وفترات زمنية منفصلة، فإن استمرارية تغيرات الجهد وعدم تزامن الخلايا العصبية مهمان لتشغيل الدوائر العصبية. يدعي جيمس أن خطوة المحاكاة البالغة 0.1 مللي ثانية كافية لكي يعمل جهاز التعرف الخاص به بشكل صحيح؛ لكنه لم يحدد مقدار "الوقت الحقيقي" الذي يستغرقه تدريب وتشغيل الشبكة العصبية الكلاسيكية، وكم يستغرق تدريب وتشغيل جهاز المحاكاة الخاص به. لقد تقاعد هو نفسه لفترة طويلة، ويكرس وقت فراغه لتحسين دوائره العصبية التناظرية.

يتلخص تاريخ علوم الكمبيوتر ككل في حقيقة أن العلماء يحاولون فهم كيفية عمل الدماغ البشري وإعادة إنشاء شيء مماثل في قدراته. وكيف يدرسها العلماء بالضبط؟ لنتخيل أنه في القرن الحادي والعشرين، يصل كائنات فضائية إلى الأرض، بعد أن لم يروا أجهزة الكمبيوتر التي اعتدنا عليها من قبل، ويحاولون دراسة بنية مثل هذا الكمبيوتر. على الأرجح، سيبدأون بقياس الفولتية على الموصلات، وسيجدون أن البيانات تنتقل في شكل ثنائي: القيمة الدقيقة للجهد ليست مهمة، فقط وجودها أو غيابها هو المهم. وربما يدركون بعد ذلك أن جميع الدوائر الإلكترونية تتكون من نفس "البوابات المنطقية" التي لها مدخل ومخرج، وأن الإشارة داخل الدائرة تنتقل دائمًا في نفس الاتجاه. إذا كان الفضائيون أذكياء بما فيه الكفاية، فسيكونون قادرين على معرفة كيفية عمل الدوائر المركبة - فهي وحدها كافية لبناء أجهزة حاسوبية معقدة نسبيًا. ربما سيكتشف الفضائيون دور إشارة الساعة وردود الفعل؛ لكن من غير المرجح أن يتمكنوا، عند دراسة معالج حديث، من التعرف على بنية فون نيومان ذات الذاكرة المشتركة، وعداد البرامج، ومجموعة السجلات، وما إلى ذلك. الحقيقة هي أنه بعد أربعين عامًا من مطاردة الأداء، ظهر في المعالجات تسلسل هرمي كامل من "الذكريات" مع بروتوكولات مزامنة ذكية بينها؛ العديد من خطوط الأنابيب المتوازية المجهزة بمتنبئات فرعية، بحيث يفقد مفهوم "عداد البرنامج" معناه فعليًا؛ كل تعليمات لها محتويات السجل الخاصة بها المرتبطة بها، وما إلى ذلك. لتنفيذ المعالج الدقيق، عدة آلاف من الترانزستورات كافية؛ ولكي تصل إنتاجيتها إلى المستوى الذي اعتدنا عليه، يلزم مئات الملايين. الهدف من هذا المثال هو الإجابة على السؤال "كيف يعمل الكمبيوتر؟" ليست هناك حاجة لفهم عمل مئات الملايين من الترانزستورات: فهي لا تؤدي إلا إلى حجب الفكرة البسيطة الكامنة وراء بنية أجهزة الكمبيوتر لدينا.

نمذجة الخلايا العصبية

وأخيرًا، يمكن استخدام الخلايا العصبية المثبطة لتنفيذ "التغذية الراجعة": على سبيل المثال، كما في الرسم التوضيحي الموجود على اليمين، لقمع الدفقات المتكررة في المخرجات عندما يظل المدخلات نشطًا لفترة طويلة؛ أو قم بقمع الارتفاع المفاجئ في الإخراج إذا تأخر كثيرًا مقارنة بإشارات الإدخال - لجعل المصنف أكثر "فئويًا" ؛ أو، في الدائرة العصبية للتعرف على الأنماط، يمكن توصيل أعمدة مصنفات مختلفة بواسطة خلايا عصبية مثبطة بحيث يؤدي تنشيط أحد المصنفات تلقائيًا إلى قمع جميع المصنفات الأخرى.

التعرف على الصور

تحقق الشبكات العصبية الكلاسيكية المبنية على MNIST دقة تصل إلى 99.5% بل وأعلى من ذلك؛ ولكن وفقًا لجيمس، فإن "العمود الزائد" الخاص به يتدرب في عدد أقل بكثير من التكرارات، نظرًا لحقيقة أن التغييرات تنتشر على طول مسار الإشارة، وبالتالي تؤثر على عدد أقل من الخلايا العصبية. أما بالنسبة للشبكة العصبية الكلاسيكية، فإن مطور "العمود الزائد" يحدد فقط تكوين الاتصالات بين الخلايا العصبية، وجميع الخصائص الكمية للعمود الزائد - أي. مقاومة المشابك العصبية بتأخيرات مختلفة - يتم اكتسابها تلقائيًا أثناء عملية التعلم. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب تشغيل العمود الفائق عددًا أقل من الخلايا العصبية مقارنة بالشبكة العصبية ذات القدرات المماثلة. من ناحية أخرى، فإن محاكاة مثل هذه "الدوائر العصبية التناظرية" على جهاز كمبيوتر إلكتروني معقدة إلى حد ما بسبب حقيقة أنه، على عكس الدوائر الرقمية التي تعمل بإشارات منفصلة وفترات زمنية منفصلة، فإن استمرارية تغيرات الجهد وعدم تزامن الخلايا العصبية مهمان للخلايا العصبية. عمل الدوائر العصبية. يدعي جيمس أن خطوة المحاكاة البالغة 0.1 مللي ثانية كافية لكي يعمل جهاز التعرف الخاص به بشكل صحيح؛ لكنه لم يحدد مقدار "الوقت الحقيقي" الذي يستغرقه تدريب وتشغيل الشبكة العصبية الكلاسيكية، وكم يستغرق تدريب وتشغيل جهاز المحاكاة الخاص به. لقد تقاعد هو نفسه لفترة طويلة، ويكرس وقت فراغه لتحسين دوائره العصبية التناظرية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن المخيخ مسؤول أيضًا عن أنظمةالتوازن والتوازن قوة العضلات، بينما تعمل في نفس الوقت مع ذاكرة العضلات.

ومن المثير للاهتمام أيضًا قدرة المخيخ على التكيف مع أي تغييرات في إدراك المعلومات في أقصر وقت ممكن. وهذا يعني ضمنيًا أنه حتى مع ضعف البصر (تجربة المنظار العكسي)، يتكيف الشخص مع الحالة الجديدة في غضون أيام قليلة فقط ويمكنه تنسيق موضع الجسم مرة أخرى، بالاعتماد على المخيخ.

الفص الأمامي

الفص الأمامي- هذا نوع من لوحة القيادة جسم الإنسان. إنها تدعمه في الوضع الرأسي، مما يسمح لك بالتحرك بحرية.

علاوة على ذلك، على وجه التحديد بسبب الفص الأمامي يتم "حساب" فضول الشخص ومبادرته ونشاطه واستقلاله في وقت اتخاذ أي قرار.

أيضا واحدة من الوظائف الرئيسية لهذا القسم التقييم الذاتي النقدي. وبالتالي، فإن هذا يجعل الفص الجبهي بمثابة ضمير، على الأقل فيما يتعلق بالعلامات الاجتماعية للسلوك. أي أن أي انحرافات اجتماعية غير مقبولة في المجتمع لا تتجاوز سيطرة الفص الجبهي، وبالتالي لا يتم تنفيذها.

أي إصابات في هذا الجزء من الدماغ محفوفة بما يلي:

الاضطرابات السلوكية؛
تغيرات في المزاج؛
قصور عام
عدم معنى الأفعال.

وظيفة أخرى من الفص الجبهي هي قرارات تعسفية، وتخطيطهم. كما أن تطوير المهارات والقدرات المختلفة يعتمد على نشاط هذا القسم. الحصة المهيمنة من هذا القسم هي المسؤولة عن تطوير الكلام ومزيد من السيطرة عليه. بنفس القدر من الأهمية هي القدرة على التفكير المجرد.

الغدة النخامية

الغدة النخاميةغالبا ما تسمى الزائدة النخاعية. وتقتصر وظائفها على إنتاج الهرمونات المسؤولة عن ذلك بلوغوالتطوير والأداء بشكل عام.

في الأساس، الغدة النخامية هي بمثابة مختبر كيميائي حيث يتم تحديد نوع الشخص الذي ستصبح عليه مع نمو جسمك.

تنسيق

تنسيقحيث أن مهارة التنقل في الفضاء وعدم ملامسة الأشياء بأجزاء الجسم المختلفة بترتيب عشوائي، يتحكم فيها المخيخ.

بالإضافة إلى ذلك، يتحكم المخيخ في وظائف المخ مثل الوعي الحركي– بشكل عام، هذا هو أعلى مستوى من التنسيق، مما يسمح للشخص بالتنقل في الفضاء المحيط، وملاحظة المسافة إلى الأشياء وحساب إمكانيات التحرك في المناطق الحرة.

خطاب

تتم إدارة وظيفة مهمة مثل الكلام بواسطة عدة أقسام في وقت واحد:

الجزء المهيمن من الفص الجبهي(أعلاه)، وهو المسؤول عن ضبط الكلام الشفهي.
الفص الصدغيهم المسؤولون عن التعرف على الكلام.

في الأساس، يمكننا أن نقول أن الكلام هو المسؤول نصف الكرة الأيسرالدماغ، إذا كنت لا تأخذ في الاعتبار تقسيم الدماغ الانتهائي إلى فصوص وأقسام مختلفة.

العواطف

التنظيم العاطفيهي منطقة يتحكم فيها منطقة ما تحت المهاد، إلى جانب عدد من الوظائف المهمة الأخرى.

بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يتم إنشاء العواطف في منطقة ما تحت المهاد، ولكن هناك يتم إنتاج التأثير. نظام الغدد الصماء شخص. بالفعل بعد مجموعة محددةتم إنتاج الهرمونات، يشعر الشخص بشيء ما، ومع ذلك، فإن الفجوة بين أوامر منطقة ما تحت المهاد وإنتاج الهرمونات يمكن أن تكون ضئيلة تماما.

القشرة الجبهية

المهام القشرة الجبهيةتكمن في مجال النشاط العقلي والحركي للجسم، والذي يرتبط بالأهداف والخطط المستقبلية.

بالإضافة إلى ذلك، تلعب قشرة الفص الجبهي دورًا مهمًا في الخلق أنماط التفكير المعقدة,
خطط العمل والخوارزميات.

بيت خصوصيةوالحقيقة هي أن هذا الجزء من الدماغ لا "يرى" الفرق بين تنظيم العمليات الداخلية للجسم واتباع الإطار الاجتماعي للسلوك الخارجي.

عندما تجد نفسك تواجه خيارًا صعبًا تم إنشاؤه إلى حد كبير بسبب أفكارك المتضاربة، اشكره على ذلك. القشرة الجبهيةمخ. هناك يتم التمايز و/أو التكامل بين المفاهيم والأشياء المختلفة.

ومن المتوقع أيضا في هذا القسم نتيجة أفعالك، ويتم إجراء التعديل بالمقارنة مع النتيجة التي تريد الحصول عليها.

هكذا، نحن نتحدث عنحول التحكم الطوفي والتركيز على موضوع العمل والتنظيم العاطفي. وهذا هو، إذا كنت مشتتا باستمرار أثناء العمل ولا تستطيع التركيز، فسيتم التوصل إلى الاستنتاج القشرة الجبهية، كان مخيبا للآمال ولن تتمكن من تحقيقه نتيجة مرغوبةبالضبط بهذه الطريقة.

أحدث وظيفة مثبتة لقشرة الفص الجبهي هي إحدى الركائز ذاكرة قصيرة المدي.

ذاكرة

ذاكرةهو مفهوم واسع جدًا يتضمن وصفًا للوظائف العقلية العليا التي تسمح للشخص بإعادة إنتاج المعرفة والمهارات والقدرات المكتسبة مسبقًا في الوقت المناسب. تمتلكها جميع الحيوانات العليا، لكنها أكثر تطورًا بشكل طبيعي عند البشر.

يكاد يكون من المستحيل تحديد أي جزء من الدماغ المسؤول عن الذاكرة (طويلة المدى أو قصيرة المدى) بالضبط. تظهر الدراسات الفسيولوجية أن المناطق المسؤولة عن تخزين الذكريات موزعة على كامل سطح القشرة نصفي الكرة المخيةمخ.

آليةبنفس الطريقة التي تعمل بها الذاكرة، يتم تحفيز مجموعة معينة من الخلايا العصبية في الدماغ بتسلسل صارم. تسمى هذه التسلسلات والمجموعات بالشبكات العصبية. في السابق، كانت النظرية الأكثر شيوعًا هي أن الخلايا العصبية الفردية هي المسؤولة عن الذكريات.

أمراض الدماغ

الدماغ عضو كغيره من الأعضاء في جسم الإنسان، مما يعني أنه معرض أيضاً لمختلف الأمراض. قائمة هذه الأمراض واسعة جدًا.

سيكون من الأسهل التفكير في الأمر إذا قمت بتقسيمهم إلى عدة مجموعات:

العقل البشري
عضو يقوم بتنسيق وتنظيم جميع الوظائف الحيوية للجسم ويتحكم في السلوك. ترتبط جميع أفكارنا ومشاعرنا وأحاسيسنا ورغباتنا وحركاتنا بعمل الدماغ، وإذا لم يعمل، يدخل الشخص في حالة غيبوبة: حيث يتم فقدان القدرة على القيام بأي أفعال أو أحاسيس أو ردود أفعال للمؤثرات الخارجية . أخصص هذا المقال للدماغ البشري، وهو أكثر تعقيدًا وتنظيمًا من دماغ الحيوان. ومع ذلك، هناك أوجه تشابه كبيرة في بنية الدماغ لدى البشر والثدييات الأخرى، وكذلك معظم أنواع الفقاريات. يتكون الجهاز العصبي المركزي (CNS) من الدماغ و الحبل الشوكي. وهو متصل بأجزاء مختلفة من الجسم عن طريق الأعصاب الطرفية - الحركية والحسية.
أنظر أيضاالجهاز العصبي . الدماغ عبارة عن بنية متناظرة، مثل معظم أجزاء الجسم الأخرى. يبلغ وزنه عند الولادة حوالي 0.3 كجم، بينما يبلغ وزنه عند الشخص البالغ حوالي 0.3 كجم. 1.5 كجم. عند فحص الدماغ خارجياً، يتم لفت الانتباه في المقام الأول إلى نصفي الكرة المخية، اللذين يخفيان المزيد من الأشياء. تكوينات عميقة. سطح نصفي الكرة الأرضية مغطى بأخاديد وتلافيفات، مما يزيد من سطح القشرة (الطبقة الخارجية للدماغ). في الخلف يوجد المخيخ، وسطحه ذو مسافة بادئة أكثر دقة. أسفل نصفي الكرة المخية يوجد جذع الدماغ، الذي يمر إلى الحبل الشوكي. تمتد الأعصاب من الجذع والحبل الشوكي، حيث تتدفق المعلومات من المستقبلات الداخلية والخارجية إلى الدماغ، وفي الاتجاه المعاكس تذهب الإشارات إلى العضلات والغدد. ينشأ 12 زوجًا من الأعصاب القحفية من الدماغ. داخل الدماغ هناك مسالة رمادية او غير واضحة، وتتكون بشكل رئيسي من أجسام الخلايا العصبية وتشكل القشرة، والمادة البيضاء - وهي ألياف عصبية تشكل مسارات (مسالك) تربط أجزاء مختلفة من الدماغ، وتشكل أيضًا أعصابًا تمتد إلى ما هو أبعد من الجهاز العصبي المركزي وتنتقل إلى أعضاء مختلفة. الدماغ والحبل الشوكي محميان بحالات العظام - الجمجمة والعمود الفقري. بين مادة الدماغ وجدران العظام ثلاثة أغشية: الخارجي هو الأم الجافية، والداخلي هو الليّن، وبينهما الغشاء العنكبوتي الرقيق. تمتلئ المساحة بين الأغشية بالسائل النخاعي، الذي يشبه في تركيبه بلازما الدم، ويتم إنتاجه في التجاويف داخل المخ (البطينات الدماغية) ويدور في الدماغ والحبل الشوكي، ويزوده العناصر الغذائيةوغيرها من العوامل الضرورية للحياة. يتم توفير الدم إلى الدماغ في المقام الأول عن طريق الشرايين السباتية. وهي مقسمة عند قاعدة الدماغ إلى فروع كبيرة تصل إلى أجزائه المختلفة. وعلى الرغم من أن وزن الدماغ لا يتجاوز 2.5% من وزن الجسم، إلا أنه يتلقى باستمرار ليلًا ونهارًا 20% من الدم المتدفق في الجسم، وبالتالي الأكسجين. إن احتياطيات الطاقة في الدماغ نفسه صغيرة للغاية، لذا فهو يعتمد بشكل كبير على إمداد الأكسجين. هناك آليات وقائية يمكنها الحفاظ على تدفق الدم إلى المخ في حالة حدوث نزيف أو إصابة. ميزة الدورة الدموية الدماغيةهو أيضا وجود ما يسمى حاجز الدم في الدماغ. ويتكون من عدة أغشية تحد من نفاذية جدران الأوعية الدموية وتدفق العديد من المركبات من الدم إلى مادة الدماغ؛ وبالتالي، يؤدي هذا الحاجز وظائف وقائية. على سبيل المثال، العديد من المواد الطبية لا تخترق من خلالها.
خلايا الدماغ
تُسمى خلايا الجهاز العصبي المركزي بالخلايا العصبية؛ وظيفتهم هي معالجة المعلومات. هناك من 5 إلى 20 مليار خلية عصبية في الدماغ البشري. يحتوي الدماغ أيضًا على الخلايا الدبقية، هناك حوالي 10 مرات أكثر من الخلايا العصبية. تملأ الخلايا الدبقية الفراغ بين الخلايا العصبية، وتشكل إطارًا داعمًا الأنسجة العصبيةويؤدي أيضًا وظائف التمثيل الغذائي وغيرها.

الخلية العصبية، مثل جميع الخلايا الأخرى، محاطة بغشاء نصف نافذ (بلازما). يمتد نوعان من العمليات من جسم الخلية - التشعبات والمحاور. تحتوي معظم الخلايا العصبية على العديد من التشعبات المتفرعة ولكن محورًا عصبيًا واحدًا فقط. عادةً ما تكون التشعبات قصيرة جدًا، بينما يتراوح طول المحور العصبي من بضعة سنتيمترات إلى عدة أمتار. يحتوي جسم الخلية العصبية على نواة وعضيات أخرى، مماثلة لتلك الموجودة في خلايا الجسم الأخرى (انظر أيضًا الخلية).
نبضات عصبية.يتم نقل المعلومات في الدماغ، وكذلك في الجهاز العصبي ككل، من خلال النبضات العصبية. وهي تنتشر في الاتجاه من جسم الخلية إلى القسم الطرفي من المحور العصبي، والذي يمكن أن يتفرع، ويشكل العديد من النهايات التي تتصل بالخلايا العصبية الأخرى من خلال فجوة ضيقة - المشبك العصبي؛ يتم نقل النبضات عبر المشبك عن طريق المواد الكيميائية - الناقلات العصبية. تنشأ النبضات العصبية عادة في التشعبات - وهي عمليات متفرعة رقيقة للخلية العصبية متخصصة في تلقي المعلومات من الخلايا العصبية الأخرى ونقلها إلى جسم الخلية العصبية. هناك الآلاف من نقاط الاشتباك العصبي على التشعبات، وبدرجة أقل، على جسم الخلية؛ من خلال المشابك العصبية، ينقل المحور العصبي، الذي يحمل المعلومات من جسم العصبون، إلى التشعبات في الخلايا العصبية الأخرى. يحتوي الطرف المحوري، الذي يشكل الجزء قبل المشبكي من المشبك، على حويصلات صغيرة تحتوي على الناقل العصبي. عندما يصل الدافع إلى الغشاء قبل المشبكي، يتم إطلاق الناقل العصبي من الحويصلة إلى الشق التشابكي. يحتوي الطرف المحوري على نوع واحد فقط من الناقلات العصبية، وغالبًا ما يكون بالاشتراك مع نوع واحد أو أكثر من المعدلات العصبية (انظر الكيمياء العصبية للدماغ أدناه). يرتبط الناقل العصبي المنطلق من الغشاء قبل المشبكي للمحور العصبي بالمستقبلات الموجودة على التشعبات في العصبون بعد المشبكي. يستخدم الدماغ مجموعة متنوعة من الناقلات العصبية، يرتبط كل منها بمستقبل خاص به. ترتبط بالمستقبلات الموجودة على التشعبات قنوات في الغشاء بعد المشبكي شبه المنفذ، والتي تتحكم في حركة الأيونات عبر الغشاء. في حالة الراحة، يكون للخلية العصبية جهد كهربائي قدره 70 ميلي فولت (جهد الراحة)، بينما الجانب الداخلييتم شحن الغشاء بشكل سلبي بالنسبة للغلاف الخارجي. على الرغم من وجود العديد من الناقلات، إلا أن جميعها لها تأثير مثير أو مثبط على الخلايا العصبية بعد المشبكي. ويتحقق التأثير المثير من خلال زيادة تدفق بعض الأيونات، وخاصة الصوديوم والبوتاسيوم، عبر الغشاء. ونتيجة لذلك، تهمة سلبية السطح الداخلييتناقص - يحدث الاستقطاب. يتم تنفيذ التأثير المثبط بشكل رئيسي من خلال التغيير في تدفق البوتاسيوم والكلوريدات، ونتيجة لذلك تصبح الشحنة السلبية للسطح الداخلي أكبر مما هي عليه في حالة الراحة، ويحدث فرط الاستقطاب. تتمثل وظيفة الخلية العصبية في دمج جميع التأثيرات التي يتم إدراكها من خلال المشابك العصبية الموجودة على جسمها والتشعبات. وبما أن هذه التأثيرات يمكن أن تكون مثيرة أو مثبطة ولا تتزامن في الوقت المناسب، فيجب على الخلية العصبية أن تقوم بالحساب التأثير الكليالنشاط التشابكي كدالة للزمن. إذا ساد التأثير المثير على التأثير المثبط وتجاوز استقطاب الغشاء قيمة العتبة، يحدث تنشيط جزء معين من غشاء العصبون - في منطقة قاعدة محور عصبي (حديبة محور عصبي). هنا، نتيجة لفتح قنوات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم، يحدث جهد الفعل (النبض العصبي). تنتشر هذه الإمكانية على طول المحور العصبي حتى نهايته بسرعة تتراوح من 0.1 م/ث إلى 100 م/ث (كلما زاد سمك المحور العصبي، زادت سرعة التوصيل). عندما يصل جهد الفعل إلى نهاية المحور العصبي، يتم تنشيط نوع آخر من القنوات الأيونية التي تعتمد على فرق الجهد: قنوات الكالسيوم. ومن خلالها يدخل الكالسيوم إلى المحور العصبي، مما يؤدي إلى تعبئة الحويصلات مع الناقل العصبي، الذي يقترب من الغشاء قبل المشبكي، ويندمج معه ويطلق الناقل العصبي في المشبك.
المايلين والخلايا الدبقية.يتم تغطية العديد من المحاور بغمد المايلين، الذي يتكون من الغشاء الملتوي المتكرر للخلايا الدبقية. يتكون المايلين بشكل أساسي من الدهون، التي تعطي المادة البيضاء في الدماغ والحبل الشوكي مظهرها المميز. بفضل غمد المايلين، تزداد سرعة إمكانات العمل على طول محور عصبي، حيث يمكن للأيونات أن تتحرك عبر غشاء محور عصبي فقط في الأماكن غير المغطاة بالمايلين - ما يسمى. اعتراضات رانفييه. بين الاعتراضات، يتم إجراء النبضات على طول غمد المايلين كما لو كان من خلال كابل كهربائي. بما أن فتح القناة ومرور الأيونات عبرها يستغرق بعض الوقت، فإن القضاء على الفتح المستمر للقنوات وقصر نطاقها على مناطق صغيرة من الغشاء غير المغطاة بالمايلين يسرع من توصيل النبضات على طول المحور العصبي عن طريق حوالي 10 مرات. يشارك جزء فقط من الخلايا الدبقية في تكوين الغلاف المايليني للأعصاب (خلايا شوان) أو المسالك العصبية (الخلايا الدبقية قليلة التغصن). يؤدي عدد أكبر بكثير من الخلايا الدبقية (الخلايا النجمية، الخلايا الدبقية الصغيرة) وظائف أخرى: فهي تشكل الإطار الداعم للأنسجة العصبية، وتوفر احتياجاتها الأيضية والتعافي بعد الإصابات والالتهابات.
كيف يعمل الدماغ
دعونا نلقي نظرة على مثال بسيط. ماذا يحدث عندما نلتقط قلم رصاص ملقى على الطاولة؟ فالضوء المنعكس من قلم الرصاص يتركز في العين عن طريق العدسة ويوجه إلى شبكية العين، حيث تظهر صورة قلم الرصاص؛ يتم إدراكه من خلال الخلايا المقابلة، والتي تنتقل منها الإشارة إلى نوى الإرسال الحساسة الرئيسية للدماغ، الموجودة في المهاد (المهاد البصري)، وخاصة في ذلك الجزء منه الذي يسمى الجسم الركبي الجانبي. هناك يتم تنشيط العديد من الخلايا العصبية التي تستجيب لتوزيع الضوء والظلام. تذهب محاور الخلايا العصبية للجسم الركبي الجانبي إلى القشرة البصرية الأولية الموجودة في الفص القذالي لنصفي الكرة المخية. تتحول النبضات القادمة من المهاد إلى هذا الجزء من القشرة إلى سلسلة معقدة من تفريغ الخلايا العصبية القشرية، بعضها يتفاعل مع الحدود بين قلم الرصاص والطاولة، والبعض الآخر يتفاعل مع الزوايا في صورة قلم الرصاص، وما إلى ذلك. من القشرة البصرية الأولية، تنتقل المعلومات عبر المحاور إلى القشرة البصرية الترابطية، حيث يتم التعرف على الصور، في هذه الحالة قلم الرصاص. يعتمد التعرف في هذا الجزء من القشرة على المعرفة المتراكمة مسبقًا حول الخطوط العريضة الخارجية للأشياء. من المحتمل أن التخطيط للحركة (أي التقاط قلم رصاص) يحدث في القشرة الأمامية لنصفي الكرة المخية. وفي نفس المنطقة من القشرة توجد خلايا عصبية حركية تعطي الأوامر لعضلات اليد والأصابع. يتم التحكم في اقتراب اليد من قلم الرصاص البصريةوالمستقبلات الداخلية التي تدرك موضع العضلات والمفاصل، والتي تدخل المعلومات منها إلى الجهاز العصبي المركزي. عندما نأخذ قلم رصاص في أيدينا، فإن مستقبلات الضغط في أطراف أصابعنا تخبرنا ما إذا كانت أصابعنا تمسك بقلم الرصاص بشكل جيد ومقدار القوة التي يجب بذلها للإمساك به. إذا أردنا كتابة اسمنا بالقلم الرصاص، فسوف نحتاج إلى تنشيط المعلومات الأخرى المخزنة في الدماغ لتمكين هذه الحركة الأكثر تعقيدًا، وسيساعد التحكم البصري في تحسين دقتها. يوضح المثال أعلاه أن القيام بعمل بسيط إلى حد ما يشمل مناطق كبيرة من الدماغ، تمتد من القشرة إلى المناطق تحت القشرية. وفي السلوكيات الأكثر تعقيدًا التي تتضمن الكلام أو التفكير، يتم تنشيط دوائر عصبية أخرى، تغطي مناطق أكبر من الدماغ.
الأجزاء الرئيسية من الدماغ
يمكن تقسيم الدماغ تقريبًا إلى ثلاثة أجزاء رئيسية: الدماغ الأمامي، وجذع الدماغ، والمخيخ. يحتوي الدماغ الأمامي على نصفي الكرة المخية والمهاد وتحت المهاد والغدة النخامية (واحدة من أهم الغدد الصم العصبية). يتكون جذع الدماغ من النخاع المستطيل والجسر (pons) والدماغ المتوسط. نصفي الكرة المخية هما الجزء الأكبر من الدماغ، ويمثلان حوالي 70٪ من وزنه عند البالغين. عادة، نصفي الكرة الأرضية متناظرة. وهي متصلة ببعضها البعض عن طريق حزمة ضخمة من المحاور (الجسم الثفني)، مما يضمن تبادل المعلومات.

ويتكون كل نصف الكرة الأرضية من أربعة فصوص: الجبهي، الجداري، الصدغي والقذالي. تحتوي قشرة الفص الجبهي على مراكز تقوم بالتنظيم النشاط الحركيوربما أيضًا مراكز التخطيط والاستشراف. في قشرة الفصوص الجدارية، الواقعة خلف الفص الجبهي، توجد مناطق للأحاسيس الجسدية، بما في ذلك الإحساس اللمسي والعضلي المفصلي. بجوار الفص الجداري يوجد الفص الصدغي، حيث توجد القشرة السمعية الأولية، وكذلك مراكز الكلام والوظائف العليا الأخرى. الأقسام الخلفيةيشغل الدماغ الفص القذالي الموجود فوق المخيخ. تحتوي قشرتها على مناطق الإحساس البصري.

تسمى مناطق القشرة التي لا ترتبط مباشرة بتنظيم الحركات أو تحليل المعلومات الحسية بالقشرة الترابطية. في هذه المناطق المتخصصة، يتم تشكيل الروابط الترابطية بين مناطق وأجزاء مختلفة من الدماغ ويتم دمج المعلومات الواردة منها. تدعم القشرة المرتبطة الوظائف المعقدة مثل التعلم والذاكرة واللغة والتفكير.
الهياكل تحت القشرية.يوجد أسفل القشرة عدد من هياكل الدماغ المهمة، أو النوى، وهي عبارة عن مجموعات من الخلايا العصبية. وتشمل هذه المهاد والعقد القاعدية وتحت المهاد. المهاد هو النواة الناقلة الحسية الرئيسية. فهو يتلقى المعلومات من الحواس ويرسلها بدوره إلى الأجزاء المناسبة من القشرة الحسية. كما أنه يحتوي أيضًا على مناطق غير محددة ترتبط بالقشرة بأكملها تقريبًا وربما توفر عمليات تنشيطها والحفاظ على اليقظة والانتباه. العقد القاعدية هي عبارة عن مجموعة من النوى (ما يسمى البطامة، الكرة الشاحبة والنواة المذنبة) التي تشارك في تنظيم الحركات المنسقة (بدءها وإيقافها). منطقة ما تحت المهاد هي منطقة صغيرة في قاعدة الدماغ تقع تحت المهاد. يعتبر منطقة ما تحت المهاد، الغنية بالدم، مركزًا مهمًا يتحكم في وظائف الجسم الاستتبابية. وينتج مواد تنظم تخليق وإفراز هرمونات الغدة النخامية (انظر أيضًا الغدة النخامية). يحتوي منطقة ما تحت المهاد على العديد من النوى التي تؤدي وظائف محددة، مثل تنظيم استقلاب الماء، وتوزيع الدهون المخزنة، ودرجة حرارة الجسم، والسلوك الجنسي، والنوم واليقظة. يقع جذع الدماغ في قاعدة الجمجمة. وهو يربط الحبل الشوكي بالدماغ الأمامي ويتكون من النخاع المستطيل والجسر والدماغ المتوسط والدماغ البيني. من خلال الدماغ المتوسط والدماغ البيني، وكذلك من خلال الجذع بأكمله، هناك مسارات حركية تذهب إلى الحبل الشوكي، بالإضافة إلى بعض المسارات الحسية من الحبل الشوكي إلى الأجزاء العلوية من الدماغ. يوجد أسفل الدماغ المتوسط جسر متصل بواسطة ألياف عصبية بالمخيخ. أكثر الجزء السفليالجذع - النخاع المستطيل - يمر مباشرة إلى الحبل الشوكي. يوجد في النخاع المستطيل مراكز تقوم بتنظيم نشاط القلب والتنفس حسب الظروف الخارجية، بالإضافة إلى التحكم ضغط الدم، تمعج المعدة والأمعاء. على مستوى جذع الدماغ، تتقاطع المسارات التي تربط كل نصفي الكرة المخية بالمخيخ. ولذلك فإن كل نصف كرة يتحكم في الجانب المقابل من الجسم ويتصل بالنصف المقابل من المخيخ. يقع المخيخ تحت الفصوص القذالية لنصفي الكرة المخية. ومن خلال مسارات الجسر، يتم توصيله بالأجزاء العلوية من الدماغ. ينظم المخيخ الحركات التلقائية الدقيقة، وينسق أنشطة مختلف الكائنات مجموعات العضلاتعند القيام بأفعال سلوكية نمطية؛ كما أنه يتحكم باستمرار في وضعية الرأس والجذع والأطراف، أي. يشارك في الحفاظ على التوازن. وفقا للبيانات الحديثة، يلعب المخيخ دورا مهما للغاية في تكوين المهارات الحركية، مما يساعد على تذكر تسلسل الحركات.
أنظمة أخرى.الجهاز الحوفي عبارة عن شبكة واسعة من المناطق المترابطة في الدماغ التي تنظم الحالات العاطفية وتدعم التعلم والذاكرة. تشمل النوى التي تشكل الجهاز الحوفي اللوزة الدماغيةوالحصين (جزء من الفص الصدغي)، وكذلك منطقة ما تحت المهاد وما يسمى بالنوى. الحاجز الشفاف (الموجود في المناطق تحت القشرية من الدماغ). التكوين الشبكي عبارة عن شبكة من الخلايا العصبية تمتد عبر الجذع بأكمله إلى المهاد وترتبط أيضًا بمساحات كبيرة من القشرة. يشارك في تنظيم النوم واليقظة، ويحافظ على الحالة النشطة للقشرة ويعزز تركيز الانتباه على أشياء معينة.
النشاط الكهربائي للدماغ
باستخدام الأقطاب الكهربائية الموضوعة على سطح الرأس أو التي يتم إدخالها إلى الدماغ، يمكن تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ الناتج عن تفريغ خلاياه. يُطلق على تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ باستخدام أقطاب كهربائية على سطح الرأس اسم مخطط كهربية الدماغ (EEG). لا يسمح بتسجيل تفريغ الخلايا العصبية الفردية. فقط نتيجة للنشاط المتزامن لآلاف أو ملايين الخلايا العصبية تظهر تذبذبات (موجات) ملحوظة في المنحنى المسجل.

مع التسجيل المستمر لتخطيط كهربية الدماغ (EEG)، يتم الكشف عن التغيرات الدورية، مما يعكس مستوى عامالنشاط الفردي. في حالة اليقظة النشطة، يسجل مخطط كهربية الدماغ موجات بيتا منخفضة السعة وغير إيقاعية. في حالة من اليقظة المريحة مع عيون مغلقةتسود موجات ألفا بتردد 7-12 دورة في الثانية. تتم الإشارة إلى بداية النوم من خلال ظهور موجات بطيئة عالية السعة (موجات دلتا). خلال فترات النوم الحالم، تظهر موجات بيتا مرة أخرى على مخطط كهربية الدماغ، وقد يعطي مخطط كهربية الدماغ انطباعًا خاطئًا بأن الشخص مستيقظ (ومن هنا مصطلح "النوم المتناقض"). غالبًا ما تكون الأحلام مصحوبة بحركات العين السريعة (مع إغلاق الجفون). لذلك، يسمى نوم الأحلام أيضًا نوم حركة العين السريعة (انظر أيضًا النوم). يتيح لك مخطط كهربية الدماغ (EEG) تشخيص بعض أمراض الدماغ، وخاصة مرض الصرع
(انظر الصرع). إذا قمت بتسجيل النشاط الكهربائي للدماغ أثناء عمل حافز معين (بصري أو سمعي أو عن طريق اللمس)، فيمكنك تحديد ما يسمى. الإمكانات المستثارة هي تفريغات متزامنة لمجموعة معينة من الخلايا العصبية التي تحدث استجابة لمحفز خارجي محدد. أتاحت دراسة الإمكانات المثارة توضيح التوطين وظائف الدماغ، على وجه الخصوص، لربط وظيفة الكلام مع مناطق معينة من الفص الصدغي والجبهي. تساعد هذه الدراسة أيضًا في تقييم الحالة الأنظمة الحسيةفي المرضى الذين يعانون من ضعف حسي.
الكيمياء العصبية للدماغ
ومن أهم الناقلات العصبية في الدماغ الأسيتيل كولين، والنورإبينفرين، والسيروتونين، والدوبامين، والغلوتامات، حمض الغاما غاما(GABA)، الإندورفين والإنكيفالين. بالإضافة إلى هذه المواد المعروفة، من المحتمل أن يعمل الدماغ عدد كبير منوالبعض الآخر لم يدرس بعد. بعض الناقلات العصبية تعمل فقط في مناطق معينة من الدماغ. وبالتالي، يتم العثور على الإندورفين والإنكيفالين فقط في المسارات التي تنقل نبضات الألم. يتم توزيع الناقلات العصبية الأخرى، مثل الغلوتامات أو GABA، على نطاق أوسع.
عمل الناقلات العصبية.كما سبق ذكره، فإن الناقلات العصبية، التي تعمل على الغشاء بعد المشبكي، تغير موصليتها للأيونات. يحدث هذا غالبًا من خلال تنشيط نظام الرسول الثاني في الخلايا العصبية بعد المشبكي، مثل أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي (cAMP). يمكن تعديل عمل الناقلات العصبية بواسطة فئة أخرى من المواد الكيميائية العصبية - المعدلات العصبية الببتيدية. يتم إطلاقها بواسطة الغشاء قبل المشبكي في وقت واحد مع جهاز الإرسال، ولديها القدرة على تعزيز أو تغيير تأثير المرسلات على الغشاء بعد المشبكي. مهميحتوي على نظام إندورفين-إنكيفالين الذي تم اكتشافه مؤخرًا. الإنكيفالين والإندورفين عبارة عن ببتيدات صغيرة تمنع توصيل نبضات الألم عن طريق الارتباط بمستقبلات في الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك مناطق أعلىنباح. هذه العائلة من الناقلات العصبية تمنع الإدراك الذاتي للألم. الأدوية ذات التأثير النفساني- المواد التي يمكن أن ترتبط على وجه التحديد بمستقبلات معينة في الدماغ وتسبب تغيرات في السلوك. وقد تم تحديد عدة آليات لعملهم. يؤثر بعضها على تخليق الناقلات العصبية، والبعض الآخر يؤثر على تراكمها وإطلاقها من الحويصلات المشبكية (على سبيل المثال، الأمفيتامين يسبب الإطلاق السريع للنورإبينفرين). الآلية الثالثة هي الارتباط بالمستقبلات وتقليد عمل الناقل العصبي الطبيعي، على سبيل المثال، يعزى تأثير LSD (ثنائي إيثيلاميد حمض الليسرجيك) إلى قدرته على الارتباط بمستقبلات السيروتونين. النوع الرابع من تأثير الدواء هو حصار المستقبلات، أي. العداء مع الناقلات العصبية. مضادات الذهان شائعة الاستخدام مثل الفينوثيازين (على سبيل المثال، الكلوربرومازين أو الأمينازين) تمنع مستقبلات الدوبامين وبالتالي تقلل من تأثير الدوبامين على الخلايا العصبية بعد المشبكي. أخيرًا، آخر آلية عمل شائعة هي تثبيط تعطيل الناقلات العصبية (العديد من المبيدات الحشرية تتداخل مع تعطيل نشاط الأسيتيل كولين). من المعروف منذ زمن طويل أن المورفين (منتج منقى من خشخاش الأفيون) ليس له تأثير مسكن واضح فحسب، بل له أيضًا خاصية التسبب في النشوة. ولهذا السبب يتم استخدامه كدواء. يرتبط تأثير المورفين بقدرته على الارتباط بمستقبلات نظام الإندورفين-إنكيفالين البشري (انظر أيضًا الدواء). هذا مجرد مثال واحد من العديد من الأمثلة على أن مادة كيميائية ذات أصل بيولوجي مختلف (في هذه الحالة، النبات) يمكن أن تؤثر على عمل دماغ الحيوانات والبشر من خلال التفاعل مع أنظمة ناقلة عصبية محددة. مثال آخر معروف هو الكورار، المشتق من نبات استوائي ويمكنه منع مستقبلات الأسيتيل كولين. الهنود أمريكا الجنوبيةقاموا بتشحيم رؤوس الأسهم بمادة الكورار، وذلك باستخدام تأثيره المشلول المرتبط بحصار النقل العصبي العضلي.
أبحاث الدماغ
أبحاث الدماغ صعبة لسببين رئيسيين. أولاً، الوصول المباشر إلى الدماغ، المحمي بشكل جيد بواسطة الجمجمة، غير ممكن. ثانيا، الخلايا العصبية في الدماغ لا تتجدد، وبالتالي فإن أي تدخل يمكن أن يؤدي إلى ضرر لا رجعة فيه. على الرغم من هذه الصعوبات، فإن الأبحاث المتعلقة بالدماغ وبعض أشكال علاجه (جراحة الأعصاب في المقام الأول) معروفة منذ العصور القديمة. تظهر الاكتشافات الأثرية أنه في العصور القديمة قام الإنسان بإجراء بضع القحف للوصول إلى الدماغ. تم إجراء أبحاث مكثفة بشكل خاص على الدماغ خلال فترات الحرب، عندما يمكن ملاحظة مجموعة متنوعة من إصابات الدماغ المؤلمة. إن تلف الدماغ نتيجة لجرح في المقدمة أو إصابة في وقت السلم هو نوع من التناظرية للتجربة التي يتم فيها تدمير مناطق معينة من الدماغ. لأنه الشيء الوحيد شكل ممكن"تجربة" على الدماغ البشري وغيرها طريقة مهمةبدأ البحث بالتجارب على حيوانات المختبر. من خلال ملاحظة العواقب السلوكية أو الفسيولوجية للأضرار التي لحقت ببنية معينة في الدماغ، يمكن للمرء أن يحكم على وظيفتها. يتم تسجيل النشاط الكهربائي للدماغ في حيوانات التجارب باستخدام أقطاب كهربائية توضع على سطح الرأس أو الدماغ أو يتم إدخالها في مادة الدماغ. وبهذه الطريقة، من الممكن تحديد نشاط مجموعات صغيرة من الخلايا العصبية أو الخلايا العصبية الفردية، وكذلك اكتشاف التغيرات في تدفق الأيونات عبر الغشاء. باستخدام جهاز المجسم، الذي يسمح لك بإدخال قطب كهربائي في نقطة معينة من الدماغ، يتم فحص الأجزاء العميقة التي يتعذر الوصول إليها. هناك طريقة أخرى تتمثل في إزالة أجزاء صغيرة من أنسجة المخ الحية، ثم الحفاظ عليها على شكل شريحة توضع في وسط غذائي، أو يتم عزل الخلايا ودراستها في مزارع الخلايا. في الحالة الأولى، من الممكن دراسة تفاعل الخلايا العصبية، في الثانية - النشاط الحيوي للخلايا الفردية. عند دراسة النشاط الكهربائي للخلايا العصبية الفردية أو مجموعاتها في مناطق مختلفة من الدماغ، عادة ما يتم تسجيل النشاط الأولي أولا، ثم يتم تحديد تأثير تأثير معين على وظيفة الخلية. هناك طريقة أخرى تستخدم نبضًا كهربائيًا عبر قطب كهربائي مزروع لتنشيط الخلايا العصبية القريبة بشكل مصطنع. بهذه الطريقة يمكنك دراسة تأثير مناطق معينة من الدماغ على مناطق أخرى من الدماغ. أثبتت طريقة التحفيز الكهربائي هذه فائدتها في دراسة أنظمة تنشيط جذع الدماغ التي تمر عبر الدماغ المتوسط؛ يتم استخدامه أيضًا عند محاولة فهم كيفية حدوث عمليات التعلم والذاكرة على المستوى التشابكي. منذ مائة عام بالفعل، أصبح من الواضح أن وظائف نصفي الكرة الأيمن والأيسر مختلفة. اكتشف الجراح الفرنسي ب. بروكا، وهو يراقب المرضى الذين يعانون من حادث وعائي دماغي (السكتة الدماغية)، أن المرضى الذين يعانون من تلف في نصف الكرة الأيسر فقط هم الذين يعانون من اضطرابات النطق. وفي وقت لاحق، استمرت دراسات التخصص في نصف الكرة الغربي باستخدام طرق أخرى، مثل تسجيل مخطط كهربية الدماغ (EEG) والإمكانات المستحثة. في السنوات الاخيرةتُستخدم التقنيات المعقدة للحصول على صور (تصور) للدماغ. وهكذا، أحدث التصوير المقطعي المحوسب (CT) ثورة في علم الأعصاب السريري، مما جعل من الممكن الحصول على صور مفصلة (طبقة تلو طبقة) لهياكل الدماغ أثناء الحياة. تقنية تصوير أخرى، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، توفر صورة للنشاط الأيضي للدماغ. في هذه الحالة، يتم حقن الشخص بنظائر مشعة قصيرة العمر، والتي تتراكم في أجزاء مختلفة من الدماغ، وكلما زاد نشاطه الأيضي. وباستخدام التصوير المقطعي المحوسب (PET)، تبين أيضًا أن وظائف الكلام لدى غالبية الذين تم فحصهم كانت مرتبطة بالنصف الأيسر من الكرة الأرضية. نظرًا لأن الدماغ يعمل باستخدام عدد كبير من الهياكل المتوازية، فإن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني يوفر معلومات حول وظيفة الدماغ لا يمكن الحصول عليها باستخدام أقطاب كهربائية واحدة. كقاعدة عامة، يتم إجراء دراسات الدماغ باستخدام مجموعة من الأساليب. على سبيل المثال، أجرى عالم الأحياء العصبية الأمريكي ر. سبيري وزملاؤه عملية القطع كإجراء علاجي الجسم الثفني(حزمة من المحاور التي تربط بين نصفي الكرة الأرضية) في بعض المرضى الذين يعانون من الصرع. وفي وقت لاحق، تمت دراسة تخصص نصفي الكرة الأرضية لدى هؤلاء المرضى المصابين بانقسام الدماغ. لقد وجد أن نصف الكرة الأرضية المهيمن (الأيسر عادة) هو المسؤول الأول عن الكلام والوظائف المنطقية والتحليلية الأخرى، في حين يقوم نصف الكرة الأرضية غير المهيمن بتحليل المعلمات الزمانية المكانية. بيئة خارجية. لذلك، يتم تنشيطه عندما نستمع إلى الموسيقى. يشير النمط الفسيفسائي لنشاط الدماغ إلى وجود العديد من المناطق المتخصصة داخل القشرة والهياكل تحت القشرية؛ النشاط المتزامن لهذه المناطق يدعم مفهوم الدماغ كجهاز حوسبة معالجة متوازي. مع ظهور طرق بحث جديدة، من المرجح أن تتغير الأفكار حول وظائف المخ. إن استخدام الأجهزة التي تتيح الحصول على "خريطة" للنشاط الأيضي لأجزاء مختلفة من الدماغ، وكذلك استخدام الأساليب الجينية الجزيئية، ينبغي أن يعمق معرفتنا بالعمليات التي تحدث في الدماغ.
أنظر أيضاعلم النفس العصبي.
علم التشريح المقارن
ش أنواع مختلفةبنية الدماغ لدى الفقاريات متشابهة بشكل ملحوظ. عند مقارنتها على مستوى الخلايا العصبية، هناك أوجه تشابه واضحة في الخصائص مثل الناقلات العصبية المستخدمة، والتقلبات في تركيزات الأيونات، وأنواع الخلايا والوظائف الفسيولوجية. يتم الكشف عن الاختلافات الأساسية فقط عند مقارنتها باللافقاريات. الخلايا العصبية اللافقارية أكبر بكثير. غالبًا ما تكون متصلة ببعضها البعض ليس عن طريق المواد الكيميائية، ولكن عن طريق المشابك الكهربائية، والتي نادرًا ما توجد في الدماغ البشري. في الجهاز العصبي لللافقاريات، يتم اكتشاف بعض الناقلات العصبية التي ليست من سمات الفقاريات. بين الفقاريات، تتعلق الاختلافات في بنية الدماغ بشكل أساسي بالعلاقة بين بنياته الفردية. ومن خلال تقييم أوجه التشابه والاختلاف في أدمغة الأسماك والبرمائيات والزواحف والطيور والثدييات (بما في ذلك البشر)، يمكن استخلاص عدة أنماط عامة. أولاً، في جميع هذه الحيوانات، تكون بنية ووظائف الخلايا العصبية هي نفسها. ثانيا، هيكل ووظائف الحبل الشوكي وجذع الدماغ متشابهة جدا. ثالثا، يرافق تطور الثدييات زيادة واضحة في الهياكل القشرية، والتي تصل إلى أقصى تطور لها في الرئيسيات. في البرمائيات، اللحاء فقط جزء صغيرالدماغ، بينما في البشر هو الهيكل السائد. ومع ذلك، يُعتقد أن مبادئ عمل الدماغ لدى جميع الفقاريات هي نفسها تقريبًا. يتم تحديد الاختلافات من خلال عدد الاتصالات والتفاعلات بين الخلايا العصبية، وهو عدد أكبر كلما كان تنظيم الدماغ أكثر تعقيدًا. أنظر أيضا

لقد كتبنا كثيرًا عن أنواع التفكير الموجودة، وكيف تؤثر طريقة تفكيرنا على حياتنا، لكن هل فكرت في مدى تحديد عمل دماغنا؟ هل تؤثر درجة الحرارة المحيطة على إنتاجيتها؟ في أي وقت من اليوم تكون أكثر نشاطًا عقليًا؟ هل التحدث مع نفسك يساعدك على التفكير بشكل أفضل؟

أدمغتنا معقدة بلا حدود. وعندما نتعلم شيئًا جديدًا عنه، فإننا نضيف المزيد من الأسئلة إلى المجهول. قبل أن تجلس خلف عجلة قيادة السيارة، تتعرف على آليات عملها، لذا المركز الرئيسيولا ينبغي أن تكون معالجة المعلومات استثناءً. سنخبرك بشيء ربما لم تكن تعرفه.

ما مقدار الطاقة التي يستخدمها الدماغ؟

الحقيقة المدهشة هي أنه أثناء عملية التفكير النشطة، فإنك تستخدم طاقة أكثر بقليل مما تستخدمه عندما يكون الدماغ في حالة هدوء. الطاقة المستهلكة هي نفسها تقريبًا عند الاسترخاء أو مشاهدة العرض. وبعبارة أخرى، في تلك اللحظات عندما نشاط المخالأصغر. توصل علماء من ولاية بنسلفانيا إلى هذا الاستنتاج عندما أجروا تجربتهم، والتي تضمنت مقارنة استهلاك الأكسجين لدى الأشخاص الذين كانوا عاطلين عن العمل وأولئك الذين قاموا بحل المسائل الرياضية الصعبة. وكان الفارق ضئيلا. يمكننا القول أن الطاقة التي يستهلكها الدماغ ضرورية فقط للحفاظ على وظائفه الحيوية.

ما هي مرحلة حل أي مشاكل هي الأكثر كثافة في العمل بالنسبة للدماغ؟

سوف تتفاجأ، لكنك تنفق المزيد من الطاقة في الاستعداد لحل مشكلة ما، أي في اللحظة التي تفكر فيها. في لحظة الحل، مطلوب استهلاك طاقة أقل بكثير. وهذا يثبت مرة أخرى أنه إذا كان لديك بعض المشاكل التي تحتاج إلى حل، فمن الأفضل عدم التفكير فيها، ولكن البدء في العمل على الفور. سوف توفر كل من الأعصاب والطاقة.

هل يتوتر الجسم أثناء عمل الدماغ؟

أجريت تجربة تم فيها توصيل جهاز لقياس نشاط العضلات وجهاز لقياس نشاط الدماغ بجسم الشخص المعني. لقد تم اكتشاف أنه بينما يقوم الإنسان بجهود عقلية قوية، فإن التوتر ينتشر عبر الجسم مثل الأمواج. أي أنه في اللحظة التي تسترخي فيها إحدى العضلات، تبدأ الأخرى في التوتر، وهكذا في جميع أنحاء الجسم.

ما هو الوقت الأفضل من اليوم للعمل العقلي؟

يمكن أن تكون فردية للجميع. الوقت المثالي لتكون نشطة نشاط المخهو منتصف وقت الاستيقاظ، ولكن وظيفة أفضلابدأ بعد ساعتين من الاستيقاظ. الحقيقة المهمة هي أن النشاط والإنتاج يكون من 3 إلى 5 ساعات كحد أقصى.

هل نفكر أسرع مما نتكلم؟

أسرع بكثير. وقد أظهرت الأبحاث في قسم علم النفس ذلك شخص عادييتحدث بسرعة من 125 إلى 169 كلمة في الدقيقة، ويفكر أسرع 4 مرات.

هل من الجيد التحدث مع نفسك؟

مما لا شك فيه. ويشير الدكتور ألبرت جوس، أستاذ علم النفس بجامعة كاليفورنيا، إلى أن قياس الذكاء البشري قد يعتمد على مدى قدرتنا على التواصل مع أنفسنا. حتى أن شخصًا ما يتمكن من إجراء مثل هذا الحوار بصوت عالٍ، على الرغم من عدم وجود الكثير من هؤلاء الأشخاص.

في كثير من الأحيان ننطق الإجراءات التي يجب القيام بها، على سبيل المثال، لتذكر الطريق، سنذكر كل منعطف، وهذا يساعد على تذكر الطريق. عند الذهاب إلى المتجر، غالبًا ما تقابل أشخاصًا يتمتمون لأنفسهم: الخبز والحليب والنقانق والشوكولاتة... نحن نفعل ذلك لاستيعاب المعلومات بشكل أفضل واستخدامها في الوقت المناسب.

ما مقدار الذاكرة التي يمتلكها الدماغ؟

ذاكرتنا شيء عالمي، لأن بعض الذكريات يمكن أن يمحوها الدماغ عمدا، لأنها تسبب صدمة للصحة العقلية. يختلف حجم دماغ كل شخص قليلاً، لكن كمية الذاكرة التي يمكنه تخزينها هائلة. إذا تم قياسه بالكتب، فإن الدماغ قادر على تخزين حوالي تسعة ملايين مجلد من المعلومات. بمعنى آخر، من غير المرجح أن تفرط في تحميله بالمعلومات.

أي جزء من الدماغ نحتاجه حقًا؟

على ما يبدو، يمكننا أن نعمل بشكل طبيعي بنصف دماغنا. والدليل على ذلك حالات عديدة تؤكد هذه الحقيقة. العديد من الأشخاص الذين خضعوا لعملية جراحية لإزالة جزء من دماغهم بسبب الأورام واصلوا حياتهم بنجاح. نشاط العملومنهم العديد من الأطباء والمحامين والمهندسين وغيرهم من المهن. وأجريت دراسة مماثلة بين قدامى المحاربين الذين أصيبوا بجروح نافذة في الرأس أثناء القتال. بعد التعافي، اجتازوا نفس الاختبار الذي تم إجراؤه عند التجنيد. ولم تكن النتائج أسوأ. عندما تتضرر منطقة واحدة من الدماغ بشدة، فإن منطقة أخرى تكون قادرة على تولي وظائفها، بحيث لا تتأثر القدرات الفكرية للشخص عمليا.

الذكاء والبراعة اليدوية متساويان

ومن الغريب أن نعم، كلما كان الشخص أكثر براعة، كلما زاد الذكاء الذي يتمتع به. هذا لا يعني أن الأشخاص الذين لديهم "أيدي مثقوبة" هم أغبياء عالميًا، لكن أولئك الذين يستطيعون تنسيق عمل أيديهم ورؤوسهم في نفس الوقت هم أكثر عرضة للتمتع بذكاء عالٍ.

هل يمكن الدراسة أثناء النوم؟

من المحتمل أنك سمعت الكثير من القصص عن أشخاص ينامون مع سماعات الرأس أثناء الاستماع إلى المحاضرات أو المعلومات التي تتطلب الهضم. وبما أن لدينا عدة مراحل من النوم، فإن نشاط الدماغ يتغير مع انتقالنا من مرحلة إلى أخرى. تم إجراء تجربة ذهب فيها الشخص إلى الفراش مرتديًا سماعات الرأس واستمع إلى محاضرة عن التاريخ. راقبت أجهزة الاستشعار حالته، وعندما نام، سجل العلماء في أي نقطة حدث هذا في المحاضرة. وفي صباح اليوم التالي، تذكر الشخص كل ما استمع إليه، حتى عندما كان في حالة نعاس، لكنه لم يستطع تذكر كلمة واحدة مما بدا في سماعاته بعد أن نام.

تختلف القدرات العقلية للنساء والرجال

لا، فقد أثبتت الدراسات أن القدرات العقلية للنساء والرجال واحدة، ولكنها مختلفة. لذلك، في ظل ظروف متساوية، يتعامل الرجال بشكل أفضل بنسبة 50٪ حالات طارئةمقارنة بالنساء، إلا أن مفهوم الذكاء يتشكل من عوامل عديدة. رجال أفضل من النساءففي التاريخ، هن أكثر توجهاً في التضاريس والمكان، بينما تتفوق النساء على الرجال في تعلم اللغات والتهجئة والحساب.

هل هناك علاقة بين العبقرية والجنون؟