Зрительный центр в мозге рыбы: Нервная система рыб. Строение и функции головного мозга Головной мозг рыб состоит из 5 отделов

Содержание

Нервная система рыб

 

 

Соответственно высокоразвитому строению органов чувств головной мозг акуловых рыб характеризуется высокой дифференцировкой составляющих его отделов.

 

Полушария переднего мозга сравнительно очень велики; не только их дно и бока, но отчасти и крыша образованы нервным веществом. Боковые отделы полушарий носят название обонятельных    и являются первичными центрами органов обоняния. Ось головного мозга в области среднего мозга образует резко выраженный изгиб, свойственный и всем вышестоящим позвоночным. От.воронки (infundibulum) промежуточного мозга отходит пара полых боковых выступов —  нижние доли (lobi inferiores) и задний непарный выступ — сосудистый мешок (saccus vasculosus), оплетенный кровеносными сосудами. С нижней стороны ко дну воронки прилегает нижняя мозговая железа — гипофиз. К крыше промежуточного мозга прикрепляется верхняя мозговая железа —эпифиз, сидящая на длинной ножке. Крыша среднего мозга, как и у всех вышестоящих позвоночных, состоит сплошь из нервного вещества и имеет типично выраженные зрительные доли (lobi cptici). Мозжечок очень велик. Этот отдел мозга служит центром, координирующим движения животного, поэтому его большие размеры следует поставить в связь с тем, что акулы — быстрые и ловкие пловцы.

 

 

Головной мозг акулы сверху, сбоку и снизу (по Маринелли):

1 — раковина мозжечка, 2 — обонятельная луковица, 3 — мозжечок, 4 — нижние доли, 5 — промежуточный мозг, 6 — эпифиз, 7 — гипофиз, 8 — зрительные доли, 9 — продолговатый мозг, 10 — спинной мозг, 11 — средний мозг, 12 — подъязычный нерв. 13 — спинной нерв, 14 — предобонятельный нерв, 15 — заднее сосудистое сплетение, 16 — язычный мешок, 17 — передний мозг. /, Il, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XII — головные нервы

 

Головных нервов одиннадцать пар: I пара — обонятельный (nervus olfactorius), II — зрительный (n. opticus), III — глазодвигательный (n. oculomotorius), IV — блоковый (n. trochlearis), V — тройничный (n. trigeminus), VI— отводящий (n. abducens), VII — лицевой (n. facialis), VIII—слуховой (n. acusticus), IX — языкоглоточный (n. glossopharyngeus), X — блуждающий (n. vagus), XI — добавочный нерв у акул, как и у всех рыб, отсутствует, но имеется XII пара —подъязычный, нерв (n. hypoglossus), который несколькими корешками пронизывает череп позади X пары (рис. 48). Все эти нервы имеют типичное для позвоночных место отхождения: обонятельный нерв отходит от обонятельных долей, зрительный — от дна промежуточного мозга и образует характерный для позвоночных перекрест (хиазму), глазодвигательный — от брюшной поверхности среднего мозга, блоковый — на границе между средним и продолговатым мозгом, а все прочие — от продолговатого мозга. Как и у всех водных позвоночных, III, IV и VI пары иннервируют мышцы глазного яблока, V — челюстную дугу, VII — подъязычную дугу и лицевую мускулатуру, VIII — орган слуха, IX — первую жаберную дугу и язык, X — остальные жаберные дуги, сердце, органы боковой линии, желудок, XII — подъязычную мускулатуру.

 

 

Головные нервы акулы (схемы). I—X и XII —пары головных нервов (по Шмальгаузену, упрощенно):

1 — 5 — жаберные щели, 6 — брызгальце, 7 — передний мозг, 8 — эпифиз, 9 — средний мозг, 10 — мозжечок, 11 — продолговатый мозг, 12 — подъязычный нерв, 13 — кишечный нерв, 14 — подъязычная ветвь лицевого нерва,15 — боковой нерв

 

Спинные и брюшные корешки спинномозговых нервов, как и у всех вышестоящих групп позвоночных, с каждой стороны попарно соединяются в общий смешанный нерв. В связи с развитием парных конечностей, как и у всех вышестоящих позвоночных, у акул имеются плечевое и пояснично-крестцовое нервные сплетения. Они представляют собой соединение нескольких нервов в общий ствол, идущий в соответствующие парные конечности.

Еще интересные статьи по теме:

особенности роста и развития у детей

От простого к сложному

Нервная система малыша развивается поэтапно, с каждым днём она становится всё более сложной. Примерно на 15-й день после зачатия образуются первые нервные клетки, которые в дальнейшем будут управлять всем организмом. Развитие головного и спинного мозга, а также всей нервной системы ребёнка начинается с формирования нервной трубки. Это полоса нервных клеток, которая неравномерно растёт. В области головы она образует пузырьки, которые затем станут головным мозгом. В остальных частях тела полоса изгибается — это будущие отделы спинного мозга.

На 22-й день после зачатия головной и спинной мозг малыша ещё ничем не защищены3. Кости, образующие череп и позвоночник, появятся позднее. Но так как ребёнок ещё находится в твоей матке и плавает в околоплодных водах, он надёжно оберегается от травм и сотрясений. К концу первого месяца в области головы малыша можно увидеть три мозговых пузыря: передний, средний и задний. На шестой и седьмой неделях передний и задний пузыри раздваиваются и из трёх пузырей получается пять.

В дальнейшем передняя пара развивается в большие полушария головного мозга и промежуточный мозг (таламус и гипоталамус). Средний мозговой пузырь превратится в средний мозг, которому природа «поручила» выполнение большого количества жизненно важных функций: он отвечает за зрение, слух, контроль движений, регуляцию циклов сна и бодрствования, ориентировочные, защитные и оборонительные рефлексы, концентрацию внимания, болевую чувствительность, репродуктивное поведение и температуру тела.

Задний мозговой пузырь станет ромбовидным мозгом, основные функции которого — контроль дыхания и кровообращения, передача информации из спинного мозга в головной, координация движений, регуляция равновесия и мышечного тонуса.

Когда формируется нервная система, внутриутробное развитие становится очень тонким процессом, на который влияют любые негативные изменения. Поэтому так важно, чтобы ты оберегала себя от заболеваний и стресса, регулярно проходила профилактические осмотры и прислушивалась к советам врачей. Посещение акушера-гинеколога и соблюдение его рекомендаций — залог того, что твой малыш будет правильно развиваться и хорошо себя чувствовать с первых дней его внутриутробной жизни4.

Чему учится твой малыш

На шестой и седьмой неделях беременности параллельно с головным и спинным мозгом формируется периферическая нервная система ребёнка: в ней уже можно различить самые крупные черепно-мозговые нервы5. Они нужны, чтобы мозг малыша оперативно собирал и обрабатывал информацию, полученную от всех частей его тела. К этому времени у него начинают развиваться и другие крупные системы органов: бьётся сердце, печень создаёт первые клеточки крови, растут почки. Также у ребёнка растут ручки и ножки, формируются глаза и уши, малыш уже становится похожим на тебя. С каждым днём он всё больше совершенствуется, постоянно учится новому.

Во втором триместре беременности развитие продолжается: малыш уже слышит твой голос и все внешние шумы, активно исследует при помощи рук своё тело и окружающую среду. Он трогает пуповину, сосёт большой палец, у него развиваются необходимые в будущем рефлексы. Он координирует движения конечностей, ежедневно тренируется. Ты уже чувствуешь его ритмичные пинки и толчки изнутри. Также во втором триместре кроха начинает открывать глаза, теперь он может испугаться яркого света и вздрогнуть.

Во втором триместре также начинается процесс миелинизации. Это «защитная изоляция» для каждого нерва, она улучшает его работу, чтобы твой малыш быстро учился новому. К моменту родов процесс миелинизации не завершается полностью, он продолжается и в течение первых лет жизни ребёнка. На пятом месяце беременности большие полушария мозга ещё гладкие, но когда твой кроха появится на свет, на них уже будут извилины и борозды.

Развитие головного мозга: полезные занятия

Учёные считают, что на формирование нервной системы ребёнка положительно влияют прослушивание классической музыки, просмотр произведений искусства, чтение книг, твой ласковый голос. Каждую свободную минутку старайся развивать нервную систему малыша. Как можно больше читай, в том числе и вслух, чтобы тебя было слышно, любуйся прекрасным, наслаждайся приятными мелодиями. Твои положительные эмоции крайне важны для развития мозга и всей нервной системы твоего ребёнка.

После 30-й недели, когда начинается декретный отпуск, можно запланировать программу культурных мероприятий: посещение выставок, музеев или выезды на природу. Однако посоветуйся с врачом и узнай, какие мероприятия стоит исключить из списка. Так, длительное стояние, подъёмы по крутым лестницам или нахождение в шумных помещениях стоит исключить.

Зрительный анализатор и развитие головного мозга рыб

Уровень развития фоторецепции оказывает большое влияние на морфологию головного мозга, в частности, на развитие среднего мозга, мозжечка и ретикулярной формации ствола, что видно при сравнении рыб, занимающих разные экологические ниши.

У активных дневных рыб — верховки и плотвы — хорошо развиты зрительные бугры среднего мозга, которые выполняют функцию конечной интеграции нервных импульсов, поступающих по зрительным нервам. У белуги, рыбы с сумеречным зрением, средний мозг развит хуже, зато хорошо развит обонятельный мозг и продолговатый, отвечающий за осязание. У рыб с острым зрением большой удельный вес в структуре головного мозга приходится и на мозжечок. Возможно, это связано с тем, что рыбы с хорошим зрением, как правило, ведут активный образ жизни, т. е. обладают более сложными локомоторными реакциями.

У таких рыб, как щука, судак, окунь, лосось на верхней проекции головного мозга средний мозг занимает 50-55% площади. У осетровых рыб площадь проекции среднего мозга составляет только 13-23%.

Роль зрительной сигнализации в онтогенезе меняется существенно. Параллельно меняется и морфология головного мозга. Например, мальки сазана величиной 7-10 мм питаются планктоном, в поиске которого животные полагаются на зрение. Поэтому на данной стадии развития у сазана крупные глаза и хорошая острота зрения. Средний мозг на проекции головного мозга в это время занимает 45% площади. У сазана, перешедшего на питание бентосом (длина 327 мм), острота зрения падает, а проекция среднего мозга занимает 31%. А у взрослых рыб, ориентирующихся при поиске пищи в основном на химическую и тактильную сигнализацию, этот показатель еще меньше.

Похоже, что и степень развития мозжечка у рыб связана с функцией зрения. Мозжечок хорошо развит у светолюбивых видов.

Таким образом, зрительный анализатор у рыб имеет большое значение. Зрение позволяет рыбам осуществлять адекватные реакции на изменения внешней среды. В процессе филогенеза развитие функции зрения стимулировало возникновение многих прогрессивных морфофункциональных адаптаций и, прежде всего, развитие центральной нервной системы. В то же время следует подчеркнуть, что класс рыб достаточно разнообразен и в нем имеется немало представителей, пищевая, половая, оборонительная и прочие виды активности которых не зависят или слабо зависят от зрения.

Головной мозг

Головной скелет, разделяющийся на черепную и висцеральную части, первоначально является в ви е хрящевого. Таким мы встречаем его пожизненно у круглоротых, селахий и у хрящевых ганоид. Такой первичный череп бывает только у зародышей костистых рыб, а у взрослых только в виде остаточного образование, частью непосредственно окружающего головной мозг.[ …]

Головной мозг имеет относительно небольшие размеры и линейное расположение частей. Например, относительная масса мозга щуки, налима и других рыб составляет 0,07-0,14 % массы тела. Головной мозг рыб делится на следующие отделы: передний, промежуточный и средний мозг, мозжечок и продолговатый мозг (рис. 8). Степень развития каждого отдела тесно связана с образом жизни рыб. Например, у пелагических и хищных рыб лучше развиты зрительные доли среднего мозга и мозжечок. У донных рыб, наоборот, хорошо развит передний и продолговатый мозг.[ …]

Головной мозг извлекают из черепной коробки и помещают на стекло, готовят раздавленные препараты. Мозговую ткань просматривают под микроскопом частями. Для исследования спинного мозга перерезают позвоночник в задней части, в канал вводят проволоку, извлекают содержимое на стекло и исследуют компрессорно.[ …]

Головной мозг состоит из пяти отделов — переднего, промежуточного, среднего, мозжечка и продолговатого, которые у животных, принадлежащих к разным классам, характеризуются различной степенью развития. Для позвоночных характерна повышающаяся дифференциация серого и белого вещества. Основная функция спинного мозга заключается в интеграции различных сенсомоторных механизмов.[ …]

В головном мозгу обнаруживается отек некоторых участков ткани, выраженный периваскулярный отек, значительное полнокровие ткани. У животных, получавших ежедневно роданистый аммоний в дозе 0,05 мг/кг, имеют место сходные изменения в строении внутренних органов, однако они выражены значительно слабее. Так, отмечается уменьшение числа кровоизлияний, меньше отек и полнокровие во всех органах. Некробиоз, паренхиматозная дистрофия и воспалительные изменения во всех исследованных органах выражены незначительно.[ …]

Продолговатый мозг содержит проводящую систему, связывающую головной мозг со спинным. Он является местом отхождения с 5 й по 10-ю пару головных нервов. В нем помещаются дыхательный, сосудодвигательный и другие жизненно важные центры. Здесь им соответствуют мозговые ядра, состоящие из крупных мультипо-лярных нейронов.[ …]

Наименее развит головной мозг у круглоротых, у которых все отделы этого мозга располагаются один за другим.[ …]

Более высокое развитие головного мозга является одним из главных отличий человека от других животных. Особенно развита кора головного мозга и те ее части, которые отвечают за принятие решений, обобщение информации, способность к предсказанию и предвидению, творческую деятельность. У шимпанзе эта область коры занимает 17 %, у собаки — 7 %, а у человека — 29 % при несравненно большем общем объеме коры головного мозга. Это определило способность человека к творчеству, в том числе к техническому, к созданию разнообразных орудий труда, к абстрактному мышлению.[ …]

Увеличение объема головного мозга у древнейших предков человека (по Д. Нэйпиру)

Нервная система состоит из головного мозга, в котором относительно развит продолговатый мозг. От головного мозга отходят 10 пар нервов. Органы чувств очень развиты. В глазах имеются уплощенный хрусталик и выпуклая роговица. Животные хорошо различают запахи. Среднее ухо содержит слуховую косточку.[ …]

У млекопитающих увеличение полушарий головного мозга сопровождалось развитием коры, образованием в ней извилин и борозд, завершением развития вторичного мозгового свода (неопаллиума), прогрессивным развитием мозжечка (рис. 198). Основной структурой и функциональной единицей нервной системы является нейрон, развитие которого у человека достигает наивысшего уровня. Происходит дифференциация нейронов на сенсорные, моторные и соединительные. Нейроны синтезируют большое количество нейропептидов, ответственных за коммуникацию клеток и другие важные функции.[ …]

Появление описанных выше изменений в биопотенциалах мозга наступало при нормальном поведении животных и сохранении всех безусловных рефлексов. Рассмотренные данные лишний раз подчеркивают, что кора больших полушарий головного мозга является особо чувствительной к разного рода токсическим агентам, тем более, если объектом их воздействия является нервная система.[ …]

Слабое облучение эмбриона в период 5-15 недели беременности может нарушить нормальное развитие головного мозга и повлиять на развитие умственных способностей (обзор см.: Ярмоненко, 1988). Комитет по изучению биологического эффекта ионизирующей радиации Национальной академии наук США ( BEIR) считает, что последствия для умственного развития ребенка могут наступить начиная с облучения в матке дозой 100 мЗв . Чернобыльские данные показали, что уровень облучения, при котором наступают поражения мозга в ходе эмбрионального развития человека, многократно ниже. Около 50 % новорожденных на российских, украинских и белорусских территориях с радиоактивным загрязнением выше 5 кюри /км2 (эквивалентно дозе около 7 мЗв/год) обнаруживают замедление умственного развития (обзор см. Яблоков, 1997, гл. 4). Было обнаружено также, что еще меньшие дозы при внутриутробном облучении приводят к снижению успеваемости по математике и языкам (Oftedal, 1989 , цит. по: Ушаков, Карпов, 1997). Это именно замедление умственного развития с пока неясными последствиям, а не поражение нервной системы, при котором ребенок не узнает окружающих, не может сам есть и т.п., и которое относится по принятой медицине кой классификации к «врожденным уродствам».[ …]

Биологические свойства. Является антихолинестеразой, на 50% подавляющей активность холинестеразы головного мозга крыс в дозе 9,09X10 5 М. Острая пероральная LDr>0 для крыс составляет 110, для мышей—200 мг/кг.[ …]

Предполагают, что высокая скорость эволюции млекопитающих по сравнению с другими организмами объясняется наличием у них мозга и крупных полушарий. Особенно быстро шло развитие головного мозга у гоминид в плейстоцене, в течение которого объем мозга возрос у них в три раза. Это является примером наиболее быстрых макроэволюционных явлений. Появление нервных клеток означало качественно новый этап эволюции, позволивший высшим животным и человеку регулировать условия среды обитания, а с этим и выживание.[ …]

ТОРМОЖЕНИЕ — нервный процесс, выражающийся в задержке возбуждения в ответ на раздражение или в снижении интенсивности уже возникшего в коре головного мозга возбуждения. Т. вместе с возбуждением обеспечивает нормальную деятельность всех органов, тканей и организма в целом. Т. защищает ткани и органы (напр., центральную нервную систему) от перевозбуждения, дает им «отдых».[ …]

Среди веществ, влияющих на центральную нервную систему, наиболее типичен сероводород (HiS). Действие сероводорода проявляется во внезапном поражении дыхательного центра головного мозга и остановке дыхания. В то время как низкие концентрации h3S дурно пахнут, высокие концентрации не так заметны и летальный исход при их воздействии проявляется очень быстро. Во многих случаях для выздоровления пораженного человека необходима длительная искусственная вентиляция легких.[ …]

Помимо общих принципов при постановке диагноза отравлений рыб ФОС используют специальные методы. Одним из них является определение активности АХЭ в крови или головном мозге отравленных рыб, позволяющий осуществлять групповой диагноз интоксикаций ФОС. Однако следует помнить, что угнетение АХЭ вызывают и некоторые другие пестициды, например карбаматы.[ …]

Таким образом, скоропостижная смерть наблвдается чаще у мужчин, чем у сенда (примерно 2:1).[ …]

Шмайнг-Энгбердинг замечает, что такое уплощение не получается для наркотизированных рыб. По нашему предложению А. Б. Лозинов. в 1946 г. поставил опыты с линями, у которых он или удалял часть головного мозга, или же наркотизировал их. У разных особей получались разные результаты, хотя у большинства рьгб с удаленным мозгом и: наркотизированных не наблюдалось уплощения на кривой. Это явление мы понимали как выражение зависимости приспособительного процесса к изменению температуры от нервной системы, эта зависимость очень сложна и требует тщательной расшифровки. Однако эти факты не дают оснований к отрицанию или к умалению физиологического значения температурной зоны адаптации и постоянства обмена в этой зоне. К сожалению, это положение, не подкрепленное экспериментальными данными, остается догадкой и не может противостоять имеющимся опытным данным.[ …]

В широком смысле это интегральное образование с многочисленными связями различных областей мозга, структурно и функционально напоминающее во многом дыхательный центр. Здесь уместно вспомнить слова И.П. Павлова (1949), сказанные им при обсуждении вопроса о дыхательном центре: «Если с самого начала думали, что это — точка с булавочную головку в продолговатом мозгу…», то «теперь он чрезвычайно расползся, поднялся в головной мозг и спустился в спинной, и сейчас его границы никто не укажет».[ …]

Нервная система, регулируя функции, действует по принципу рефлекса: сигнал с периферии, переработка и отражение его нервной системой на периферию с соответствующим «приказом». В своем труде «Рефлексы головного мозга», вышедшем в 1863 г., отец отечественной физиологии И. М. Сеченов подчеркивал, что все акты сознательной и бессознательной жизни являются рефлексами. Рефлексы делят на безусловные и условные, открытые И. П. Павловым. Безусловные рефлексы свойственны всем организмам, имеющим нервную систему, хотя бы самую примитивную. Они являются врожденной реакцией, сохраняющейся в течение всей жизни. Сигнал от рецептора доходит до связанной с ним чувствительной нервной клетки и возбуждает ее. Возбуждение передается другим нервным клеткам в различных отделах нервной системы до коры головного мозга включительно. Но они могут осуществляться и на уровне спинного мозга, без участия высших отделов нервной системы. Следовательно, безусловные рефлексы могут быть осознанными или неосознанными.[ …]

Напротив, у крыс второй группы наряду со снижением абсолютной силы обоих нервных процессов нарушение внутреннего торможения является относительно более резким. В результате при дополнительной нагрузке на кору головного мозга (предъявление положительного сигнала без подкрепления) возбудительный процесс как бы доминирует.[ …]

Физиологические признаки ртутного отравления детально освещены в работе, проведенной по заказу правительства Швеции [69, 70]. Метилртуть особенно опасна для животных, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга [71]. Клинические симптомы такого поражения— оцепенение, потеря ориентировки в пространстве, частичная потеря зрения [53, 72]. Следует учесть, что симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Так как головной мозг содержит избыток клеток, выполняющих какую-либо определенную функцию, то клинические симптомы обычно не проявляются до тех пор, пока эта избыточность не исчезнет. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникание ртути в плаценту и накапливание ее в плоде [73] причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений.[ …]

Влияние на обмен веществ. ЭМП оказывают также влияние на обмен веществ и, в частности, на обмен нуклеиновых кислот, которые играют важную роль в жизнедеятельности организма. ЭМП вызывает выраженные изменения в количественном содержании РНК и ДНК, уменьшение их в головном мозге (количество ДНК снижалось более резко) и повышение в селезенке и печени, что, по-видимому, связано со стремлением организма к восстановлению нормальной функции органов. На это указывают признаки морфологической регенерации этих органов — увеличение размера и массы, гиперпластические изменения фолликулов селезенки (Ю. Д. Думанский и др., 1975).[ …]

Со стороны крови, печени и почек — никаких патологических сдвигов. Метиловый спирт в крови не определен ни разу; содержание муравьиной кислоты в моче обычное. На вскрытии — полнокровие, отек и кровоизлияния в легких, кровь в плевральной полости; расширение сосудов головного мозга и мелкие кровоизлияния в нем; полнокровие и кровоизлияние во внутренних органах; дегенеративные изменения и мелкие кровоизлияния в почках; умеренное жировое перерождение печени и почек.[ …]

Для всех производных фенола общими патоморфологическими изменениями являются выраженное окоченение трупа, полнокровие почти всех внутренних органов, белковая или жировая дистрофия печени, перерождение почек (особенно извитых канальцев), отек головного мозга и гиперемия его сосудов, отек и мутное набухание мышечных волокон, венозная гиперемия сосудов легких, кровоизлияния в легкое.[ …]

Хроническое действие. На животных. У белых крыс при действии 0,6—0,7 мг/л по 2 час в день в течение 30 дней или 0,2—0,3 мг/л по 4 час в день в течение 93 дней отмечались нарушение условно- а иногда и безусловнорефлекторной деятельности и некоторое повышение содержания аскорбиновой кислоты в головном мозгу и надпочечниках. В головном мозгу — изменения нервных клеток. Все нарушения восстанавливались спустя 2 месяца (Уланова; Толгская и др.). Однако по Геппелюидр., при отравлении белых крыс, морских свинок, кроликов и собак в течение 6 месяцев по 7 час в сутки (5 раз в неделю) концентрацией 17 мг/л никаких признаков токсического действия не наблюдалось. Кролики приносили нормальное потомство. Погибли только 3 морские свинки из 14; на вскрытии их обнаружены пневмонии и умеренная жировая дистрофия клеток центральных долек печени. Концентрация 34 мг/л в течение 8 недель (4 час ежедневно) также не вызывала признаков токсического действия у белых крыс, морских свинок, кроликов, собак и обезьян. К концу 4-го часа отравления у обезьян — только легкая вялость. Незначительное падение веса у всех животных в период отравления. У части животных легкое или умеренное жировое перерождение печени; иногда воспаление легких.[ …]

Большой эмоциональной силой обладают эмбриологические данные о развитии плода, приводимые противниками абортов. Сердцебиение возникает у плода на 18-й день после зачатия, на 21-й день у него имеется замкнутая система кровообращения, на 40-й день можно обнаружить электрические импульсы головного мозга, на 6 — 7-й неделе плод начинает самостоятельно двигаться, в 8 недель он начинает сосать палец, в 11-12 недель он активно дышит в околоплодных водах и т.д. Следует подчеркнуть особую значимость трех из названных фактов: начала сердцебиения, самостоятельного дыхания (в медицине считается, что с утратой именно этих функций человек умирает) и появления электрической активности мозга (согласно действующему в нашей стране законодательству, смерть мозга человека является достаточным критерием для констатации смерти человека).[ …]

Очень информативны методы медицинской диагностики, позволяющие измерять температуру внутренних органов дистанционно, без воздействия на живую ткань. Дело в том, что различные органы и происходящие в них процессы характеризуются своей температурой. Например, мышцы предплечья имеют температуру 36,6 °С, а головной мозг — 38 °С. Установлено, что злокачественные опухоли повышают температуру тканей на 1—3 °С, но за счет ■ кровеобмена это повышение температуры рассеивается и внешне может не проявляться. Однако, измерив спектр собственного ЭМИ для разных длин волн (частот), можно получить информацию о температуре с разной глубины биообъекта. В данном случае наиболее перспективным является тепловое радиоизлучение сантиметрового и дециметрового диапазонов; интенсивность этих излучений связана с температурой излучающих участков. Глубина источника ЭМИ определяется электрическими параметрами среды (е; ст) и может достигать 10—12 см.[ …]

В. П. Безуглый с соавторами, 1973, и др.) отмечают нарушение менструального цикла у женщин, перенесших острое отравление полихлорпиненом. По данным П. И. Комаровой (1970), у женщин-носительниц ДДТ имеется наклонность к патологическому течению беременности. Сообщается об обнаружении ДДТ в жировой ткани, печени, почках, надпочечниках и головном мозге у недоношенных детей (R. Engest с соавт., 1969). Наибольшие концентрации ДДТ, ДДЕ и ГХЦГ наблюдали в жировой ткани у больных со злокачественными новообразованиями.[ …]

Кости черепа погружены очень глубоко под поверхность кожи, лобные кости нередко сливаются. Верхняя затылочная кость хорошо развита, с высоким гребешком, разделяет темянные кости. Межглазничная перегородка перепончатая, G a d i-formes являются единственными, исключая Cypriniformes, среди живущих теперь Teleostei, у которых головной мозг так выдвинут вперед, что обонятельные луковицы находятся в непосредственной близости от носовых полостей. Обонятельные нервы, таким образом, не проходят через глазничную орбиту, как у высших Teleostei. Особое положение межглазной перегородки указывает на происхождение тресковых от очень отдаленных предков, и, быть может, гораздо более древних, чем те, к которым их теперь относит Гудрич (Goodrich).[ …]

Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Легкие поражения характеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией, ушибами и вывихами конечностей. Тяжелые поражения характеризуются сильной контузией всего организма; при этом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости, сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей.[ …]

Акустические колебания, выходящие за пределы диапазона нормального звуковосприятия человека (20…20 ООО Гц), могут также приводить к повреждению слуха. Так, ультразвуки (свыше 20 ООО Гц), достаточно широко распространенные в промышленности, являются причиной повреждения слуха, хотя человеческое ухо на них не реагирует. Мощный ультразвук воздействует На нервные клетки головного мозга и спинной мозг, вызывает жжение в наружном слуховом проходе и ощущение тошноты.[ …]

Отравление средней тяжести сопровождается воспалением слизистой оболочки десен, ротовой полости, толстых кишок, повышением температуры, болями в области сердца, сердцебиением, понижением кровяного давления, обменными нарушениями в сердечной мышце. Одновременно отмечается ряд симптомов нарушения деятельности центральной нервной системы: поражение мозжечка, столовой части головного мозга и ядер черепномозговых нервов, невриты слухового и зрительного нервов, изменение умственной деятельности.[ …]

Размеры хрящевых рыб составляют от нескольких миллиметров до нескольких метров в длину. Характерными особенностями их являются хрящевой скелет, кожа, покрытая плакоидными (зубовидными) чешуями, парные конечности — плавники, зубы, покрытые эмалью, 5-7 пар наружных жаберных щелей (у пластиножаберных), отсутствие кожных костей и плавательного пузыря. Для большинства хрящевых рыб характерны также поперечный рот и головной мозг прогрессивного строения.[ …]

Не менее опасными являются инфразвуковые воздействия акустических колебаний (менее 20 Гц). При достаточной интенсивности инфразвуки могут воздействовать на вестибулярный аппарат, снижая слуховую восприимчивость и повышая усталость и раздражительность, и приводят к нарушению координации. Особую роль играют инфрачастотные колебания с частотой 7 Гц. В результате их совпадения с собственной частотой альфа-ритма головного мозга не только наблюдаются перечисленные выше нарушения слуха, но и могут возникать внутренние кровотечения. Инфразвуки (6…8 Гц) могут привести к нарушению сердечной деятельности и кровообращения.[ …]

Значительные возможности ускорения исследования таятся в применении расчетных методов ориентировочного определения максимальных разовых и среднесуточных концентраций атмосферных загрязнений. Основой для этих расчетов являются результаты некоторых физиологических и биологических проб, например определения порогов обонятельного ощущения, изменения световой чувствительности глаза, биоэлектрической активности коры головного мозга при действии загрязнителя или концентраций, среднесмертельных для лабораторных животных, и др.[ …]

Картина острого отравления и токсические концентрации. Концентрация А. (содержащего 4—6% гексахлорциклопентадиена) 0,04 мг/л вызвала гибель белых крыс в течение 1—5 суток. Половина погибла при 0,013 мг/л. Белые мыши еще чувствительнее. Наблюдались двигательное возбуждение, мышечные подергивания, клонико-тонические судороги. На вскрытии животных разных видов, независимо от пути введения А., отмечались резко выраженное полнокровие внутренних органов и головного мозга; мелкоочаговые и диффузные кровоизлияния в легких. Кожу не раздражает.[ …]

Ведь все энергозависимые процессы в живых клетках осуществляются информационными макромолекулами. Возникновение единичного информационного импульса в нейроне коры головного мозга человека и в нейроне ганглия дождевого червя имеет совершенно одинаковый молекулярноэнергетический механизм. В биологическом отношении ценность информации, которую человек извлекает из известного сайта в Интернете, ничуть не выше ценности информации, передаваемой единичными молекулами полового феромона, благодаря которым самец бабочки находит самку.[ …]

Токсическое действие. Максимальная переносимая доза для белых мышей при введении внутрь 0,05 г/кг, абсолютная смертельная 0,5 г/кг. Симптомы отравления: угнетение, вялость, поверхностное учащенное дыхание; через 30—40 мин — розовое окрашивание хвоста, ушей, лапок, почесывание, чихание. Смерть наступает при клонических судорогах всего тела. При вдыхании пыли в концентрации 110 мг/м3 (дисперсность 10 мк) у белых крыс возникают бронхиты, перибронхиты, катарально-десквама-тивные бронхопневмонии, пневмосклероз, гломерулонефрит, энтероколит, некроз слизистой оболочки тонкой кишки.[ …]

Цефализация (от греч. — голова …) — филогенетический процесс обособления головы у билатерально-симметричных животных и включение в ее состав органов, расположенных у предков в других частях тела. Она обусловлена тем, что передний конец тела, несущий ротовое отверстие и органы захватывания пищи (челюсти и пр.), первым вступает в контакт с новыми объектами внешней среды. Поэтому в нем концентрируются органы чувств, отделы центральной нервной системы, составляющие головной мозг. Для защиты указанных органов и головного мозга у позвоночных животных развился череп, функции которого у беспозвоночных выполняют твердые наружные покровы. Иногда под це-фализацией понимают также увеличение отношения массы головного мозга к массе тела животного. Степень цефализации (относительная масса мозга) у позвоночных животных наиболее высока у птиц, из млекопитающих — у приматов, особенно у человека.[ …]

Так же, как и у глубоководных рыб, у пещерных форм наиболее сильные изменения в организаций связаны с характером освещения. Среди пещерных рыб можно найти всю цепь переходов от рыб с хорошо развитыми глазами до совершенно слепых. Так, у Chologaster cornutus Agass. (семейства Amblyop-sidae) глаза развиты нормально и функционируют как орган зрения. У близкого вида — Chologaster papilliferus For., хотя все элементы глаза имеются налицо, но ретина уже дегенерирует. У Typhlichthys зрачок еще не закрыт, и нервная связь глаза с головным мозгом сохранена, но колбочки и палочки отсутствуют. У Amblyopsis уже и зрачок закрыт, и, наконец, у Troglicht-hys глаза редуцированы очень сильно (рис. 24). Интересно, что у молодых Trog licht hys глаза развиты лучше, чем у взрослых.[ …]

В связи с ключевой ролью холинэстераз (ХЭ) нервной ткани в передаче нервного импульса, исследование свойств и модуляция ее активности под действием различных соединений издавна является предметом изучения биохимиков, фармакологов, токсикологов. Сведения о холинэстераз-ной активности нервной ткани морских гидробионтов касаются в основном представителей класса головоногих моллюсков. В доступной нам литературе сведения о наличии и свойствах ХЭ имеются только о ферменте в электрическом органе угря Electrophorus electricus, ската Torpedo marmorata и головном мозге миноги Lamperta fluviatilis. ХЭ ската характеризуется несколько иным соотношением скоростей гидролиза субстратов: Vax Vnx= 100 : 21.[ …]

ЦНИЛИ опубликовала и подготовила к печати несколько томов исследований, в которых принимали участие свыше 50 ученых. Указанные работы получили широкую известность за пределами нашей страны. Ряд институтов, клиник и больниц включился в эту работу. Было изучено изменение различных функций организма при воздействии на него аэроионов той или иной полярности: газообмен, обмен веществ и тканевое дыхание, окислительно-восстановительные процессы, физико-химические свойства крови, функциональное состояние нервной системы и ее высшего отдела — коры головного мозга и т.д. Было доказано, что аэроионы воздействуют на организм через дыхательные пути. Проникая в кровь через органы дыхания, они влияют на ее физико-химические свойства и таким образом на все ткани и органы, в том числе и на корковые нейроны и нервные центры, которые изменяют в благоприятную сторону свое функциональное состояние и благотворно влияют на рабочие органы всего организма. Существует и нервно-рефлекторный механизм действия аэроионов. Наличие различных путей воздействия на организм аэроионов говорит о том, что последние играют весьма ответственную роль в механизме “тончайшего уравновешивания” организма с внешней средой.[ …]

Картина хронического отравления и вызывающие его концентрации. Для животных. При ежедневном 4-часовом воздействии паров Д. в концентрации 0,0027 мг/л белые крысы погибали в среднем на 31-е сутки. Очень велики индивидуальные различия в чувствительности (Спыну).[ …]

Это небольшое, но чрезвычайно интересное семейство, очевидно, очень древнее и не имеющее близких родственных групп. Оно объединяет лишайники, слоевище которых образует листоватые пластинки, иногда довольно большие (диаметром до 20 см), прикрепляющиеся к субстрату при помощи центрального гомфа. Пластинки покрыты с обеих сторон коровым слоем разной окраски, от серовато-белой до черноватой, но никогда не желтой и не зеленой. Нижняя сторона слоевища голая или снабжена ризинами, которые, однако, не служат для прикрепления слоевища к субстрату. Апотеции построены своеобразно, они лецидеевого типа, но именуются гирофороидными, так как снабжены особыми орнаментальными выростами разной формы, напоминающими извилины головного мозга — гирусы. Парафизы простые, несколько утолщенные. Споры одноклеточные, реже муральные, бесцветные или буроватые.[ …]

Микроорганизмы, «поедая» углеводороды, содержащиеся в нефти, накапливают значительное количество клеточной массы. Более половины этой массы составляет белок. Таким образом, выращивая парафинокисляющие микроорганизмы на нефтяных фракциях, можно получать белок из непищевого сырья. Для получения белка из углеводородов используют дрожжевые организмы, так как белок парафинокисляющих лучистых грибков, в частности микобактерий-, менее ценный. Однако лучистые грибки, окисляющие углеводороды, способны синтезировать ряд ценных соединений. Это их свойство может быть использовано в народном хозяйстве. Например, как уже упоминалось, МусоЬас1. сегоНогтапэ превращает гексадекан в цетилпальмитат, который широко применяется в парфюмерной промышленности. Добывают это вещество из головного мозга кашалотов. Парафинокисляющие микобактерии синтезируют разнообразные витамины. Одни штаммы образуют витамины группы В, в частности рибофлавин. Другие накапливают каро-тиноиды — вещества, близкие к витамину А. Найдены и такие микобактерии, которые, окисляя углеводороды, выделяют в среду зндчц-тельные количества аминокислот.[ …]

Жизнедеятельность организма регулируется прежде всего на субклеточном и молекулярном уровнях. Это химическая авторегуляция реакций обмена веществ. Она решает местные задачи и является основой всех видов регуляции. Осуществляется она путем изменения концентраций метаболитов, повышения или снижения активности н количественного содержания ферментов, т. е. усиления или угнетения их синтеза, структурных изменений их и других функциональных белков. Но регуляция происходит и на более высоких уровнях: клетки в целом, ткани, органа, функциональной системы, организма. Чем на более высокий уровень передаются управляющие выходные сигналы, тем более обобщенный характер они носят. У человека и животных высшим центром, управляющим вегетативными функциями (кровообращением, дыханием, движением, выделением гормонов и т. п.), является гипоталамус, расположенный в нижней части промежуточного мозга, имеющий связи с системой желез внутренней секреции, другими частями мозга и центром сознания — его корой. Поступающие сигналы могут осознаваться или не осознаваться. Управляющие ответы на неосознанные сигналы среды могут осуществляться гипоталамусом и без участия высшего отдела головного мозга — его коры.[ …]

Лекция Тема Филогенез нервной системы 1 Функции

Лекция Тема: Филогенез нервной системы 1

Функции нервной системы Нервная система выполняет в организме высших животных ряд функций: — анализаторную (анализ поступающей по сенсорным системам информации) — моторную (организация ответных движений) — интегративную (объединение, связь различных сенсорных и моторных структур нервной системы, формирование временных связей, обучение), организацию психических процессов. Кроме того, нервная система регулирует и интегрирует функции внутренних органов (висцеральная функция). 2

Филогенез нервной системы беспозвоночных n У одноклеточных животных функции восприятия выполняют особые участки мембраны клетки (хемочувствительные, фоточувствительные), а моторные функции — специальные органы движения (мембранеллы) типа ресничек, жгутиков и т. п. У таких сложно организованных одноклеточных организмов, как инфузории, обнаружены внутриклеточные органеллы, выполняющие функции анализа поступающей информации (сенсориум) и организации согласованных движений эффекторов (моториум), а также специальные фибриллы (кинотодесмы), по которым передаются команды от моториума к эффекторам. 3

Филогенез нервной системы беспозвоночных Появление многоклеточных организмов явилось первичным стимулом для дифференциации систем связи, которые обеспечивают взаимодействие между его тканями и органами. Это взаимодействие может осуществляться — гуморальным путем посредством поступления гормонов и продуктов метаболизма в кровь, лимфу и тканевую жидкость — за счет функции нервной системы, которая обеспечивает быструю передачу возбуждения, адресованного к вполне определенным мишеням. 4

Типы нервной системы n Диффузная нервная система n Стволовая нервная система (ортогон) n Узловая нервная система, или сложная ганглионарная система n Трубчатая нервная система (нервная трубка) 5

Диффузная нервная система § Диффузная нервная система — представлена у кишечнополостных. Нервные клетки образуют диффузное нервное сплетение в эктодерме по всему телу животного, и при сильном раздражении одной части сплетения возникает генерализованный ответ — реагирует все тело. 6

Диффузная нервная система 7

Стволовая нервная система n Стволовая нервная система (ортогон)— некоторые нервные клетки собираются в нервные стволы, наряду с которыми сохраняется и диффузное подкожное сплетение. Такой тип нервной системы представлен у плоских червей и нематод (у последних диффузное сплетение сильно редуцировано), а также многих других групп первичноротых — например, гастротрих и головохоботных. 8

Стволовая нервная система 9

Узловая нервная система n Узловая нервная система или сложная ганглионарная система — представлена у аннелид, членистоногих, моллюсков и других групп беспозвоночных. Большая часть клеток центральной нервной системы собраны в нервные узлы — ганглии. У многих животных клетки в них специализированы и обслуживают отдельные органы. У некоторых моллюсков (например, головоногих) и членистоногих возникает сложное объединение специализированных ганглиев с развитыми связями между ними — единый головной мозг или головогрудная нервная масса (у пауков). У насекомых особенно сложное строение имеют некоторые отделы протоцеребрума ( «грибовидные тела» ). 10

Узловая нервная система 11

Трубчатая нервная система n Трубчатая нервная система (нервная трубка) характерна для хордовых. 12

Типы нервной системы 13

Направления эволюции нервной системы беспозвоночных n n Таким образом, эволюция нервной системы беспозвоночных идет в направлении концентрации нервных клеток в узлы (ганглионизация) и в направлении усложнения структурных взаимоотношений в пределах ганглиев. В последующем, начиная с кольчатых червей и членистоногих, имеет место цефализация – концентрация органов чувств и нервной ткани в области ротового аппарата 14

Направления эволюции нервной системы беспозвоночных n n У различных членистоногих головной мозг значительно отличается по своей сложности, выделяют: — протоцеребрум – находятся асоциативные зоны и зрительные центры — дейтоцеребрум – располагаются антеннальные центры и «обонятельные доли — тритоцеребрум – координирует ходьбу, плавание и полет. 15

Развитие нервной системы позвоночных n n Нервная система позвоночных закладывается в виде сплошной нервной трубки, которая в процессе онто— и филогенеза дифференцируется на различные отделы. У позвоночных нервная трубка преобразуется в центральную нервную систему, а нервные гребни формируют периферическую нервную систему. 16

Развитие нервной системы позвоночных n Следующим этапом в формировании нервной системы является реализация признаков подтипа Позвоночные, которая включает дифференциацию нервной трубки на головной и спинной мозг. 17

Развитие головного мозга n 1. Головной мозг закладывается в виде вздутияпередней части нервной трубки. n 2. Вздутие делится на три мозговых пузыря: n — передний (proencephalon) n — средний (mesencephalon) n — ромбовидный (rhombencephalon)

Развитие головного мозга Стадия пяти мозговых пузырей 3. На пятой неделе передний мозговой пузырь делится на два отдела: передний (telencephalon) и промежуточный (diencephalon). Средний мозговой пузырь не делится, а преобразуется в средний мозг. Ромбовидный пузырь делится на 2 отдела: задний (metencephalon) и продолговатый. 19

Развитие головного мозга n n n 4. Одновременно происходит преобразование невроцеля: Расширение невроцеля в переднем мозге формирует боковые желудочки. Полость невроцеля промежуточного мозга преобразуется в третий желудочек. Полость невроцеля заднего мозга формирует четвертый желудочек. Таким образом, у всех позвоночных головной мозг состоит из 5 отделов: переднего, промежуточного, среднего, заднего и 20 продолговатого

Основные типы мозга позвоночных Ихтиопсидный n (рыбы и амфибии) n n Зауропсидный n (рептилии и птицы) n Маммальный n (млекопитающие) 21

Ланцетник n У наиболее примитивного представителя хордовых — ланцетника — ЦНС организована в виде малодифференцированной трубки. Головной мозг не развит. Соответственно и все примитивные функции (моторные, сенсорные и интегративные) осуществляются на уровне спинного мозга. 22

Ихтиопсидный тип мозга n Характерен для рыб и амфибий. Состоит из пяти основных отделов, ведущим из которых является средний мозг. Он координрует работу всей нервной системы, принимает информацию, осуществляет ее анализ и вырабатывает ответные реакции. Разделен на две зрительные доли, имеющие в крыше слой серого вещества – кору или тектум. 23

Ихтиопсидный тип мозга рыб n n n n — Головной мозг рыб примитивен. — Передний мозг мал и не разделен на полушария. — Крыша переднего мозга тонкая. — От переднего мозга вперед отходят две обонятельные доли. По существу, передний мозг рыб — только обонятельный центр. — Промежуточный мозг сверху прикрыт передним и средним. От его крыши отходит вырост — эпифиз, от дна — воронка с прилегающим к ней гипофизом и зрительные нервы. — Средний мозг — наиболее развитый отдел мозга рыб. Это зрительный центр рыб, состоит из двух зрительных долей. На поверхности крыши находится слой серого вещества (кора). Мозжечок рыб развит хорошо, поскольку движения рыб отличаются разнообразием. — Продолговатый мозг у рыб обладает сильно развитыми висцеральными долями, связан с сильным развитием органов вкуса. 24

Мозг рыб 25

Ихтиопсидный мозг амфибий n n n — Головной мозг амфибий имеет ряд прогрессивных изменений, что связано с переходом к жизни на суше, которые выражаются в увеличении общего объема мозга и развитии его переднего отдела. — Передний мозг разделен на два полушария. Он имеет значение лишь обонятельного центра. — Крыша переднего мозга состоит из нервной ткани. — Промежуточный мозг хорошо виден сверху. Крыша его образует придаток — эпифиз, а дно — гипофиз. — Средний мозг меньше по размерам, чем у рыб. Полушария среднего мозга хорошо выражены и покрыты корой. Это ведущий отдел ЦНС, т. к. здесь происходит анализ полученной информации и выработка ответных импульсов. Он сохраняет значение зрительного центра. — Мозжечок развит слабо. Слабое развитие мозжечка соответствует простым движениям амфибий. 26

Мозг амфибий 27

Зауропсидный тип мозга n n n n — У рептилий наблюдается дальнейшее увеличение объема головного мозга. Передний мозг ведущий. — Передний мозг становится наиболее крупным отделом за счет развития полосатых тел, т. е. основания. — Крыша (мантия) остается тонкой. На поверхности крыши впервые в процессе эволюции появляются нервные клетки или древней кора — археокортекс. — Передний мозг. перестает быть только обонятельным центром. Он становится ведущим отделом ЦНС. — Промежуточный мозг интересен строением дорзального придатка (теменной орган или теменной глаз), который достигает наивысшего развития у ящериц, приобретая структуру и функцию органа зрения. — Средний мозг уменьшается в размерах, теряет свое значение ведущего отдела, уменьшается его роль и как зрительного центра. — Мозжечок развит сравнительно лучше, чем у амфибий.

Мозг рептилий 29

Зауропсидный тип мозга n n n — Для мозга птиц характерно дальнейшее увеличение его общего объема и огромный размер переднего мозга, прикрывающего собой все остальные отделы, кроме мозжечка. — Увеличение переднего мозга, который, как и у рептилий, является ведущим отделом головного мозга, происходит за счет дна, где сильно развиваются полосатые тела. — Крыша переднего мозга развита слабо, имеет небольшую толщину. — Кора не получает дальнейшего развития, даже подвергается обратному развитию — исчезает латеральный участок коры. -Промежуточный мозг мал, эпифиз развит слабо, гипофиз выражен хорошо. — В среднем мозге развиты зрительные доли, т. к. зрение играет ведущую роль в жизни птиц. — Мозжечок достигает огромных размеров, имеет сложное строение. Развитие мозжечка связано с полетом. 30

Мозг птиц 31

Маммальный тип мозга n n n Эволюция головного мозга пошла в направлении развития крыши переднего мозга и полушарий. Увеличение размера переднего мозга происходит за счет крыши, а не дна, как у птиц. На всей поверхности крыши появляется слой серого вещества — кора. — Кора млекопитающих не гомологична древней коре пресмыкающихся, выполняющей роль обонятельного центра. Это совершенно новая структура, возникающая в процессе эволюции нервной системы. У низших млекопитающих поверхность коры гладкая, у высших — она образует многочисленные извилины, резко увеличивающие ее поверхность. Кора приобретает значение ведущего отдела головного мозга, что является характерным для маммального типа мозга. Обонятельные доли сильно развиты, т. к. у многих млекопитающих являются органом чувств. 32

Маммальный тип мозга n n — Промежуточный мозг имеет характерные придатки — эпифиз, гипофиз. — Средний мозг уменьшен в размерах. Его крыша, кроме продольной борозды, имеет еще и поперечную. Поэтому вместо двух полушарий (зрительные доли) образуется четыре бугра. Передние связаны со зрительными рецепторами, а задние — со слуховыми. — Мозжечок прогрессивно развивается, что выражается в резком увеличении размеров органа и его сложной внешней и внутренней структуре. — В продолговатом мозгу по бокам обособляется путь нервных волокон, ведущих к мозжечку, а на нижней поверхности — продольные валики (пирамиды). 33

Млекопитающие n Головной мозг млекопитающих развивался по пути увеличения относительной площади новой коры и появления складчатости. Так сформировались новые мозговые структуры. Из тела мозжечка низших позвоночных животных развиваются червь и два полушария. Благодаря связям новой коры с полушариями мозжечка, oформилась в особое анатомическое образование ромбовидного мозга его передняя часть, она приобрела вид моста. Отделившись от продолговатого мозга, он образовал задний мозг. Появились средние ножки мозжечка. 34

Млекопитающие n Червь и полушария мозжечка испещрены ветвящимися внутри бороздами, что значительно увеличивает площадь его коры. Вырос и его объем мозжечок теперь четко делится на пять отделов. Возникли дополнительные структуры и в среднем мозге: на дорсальной поверхности — заднее двухолмие, в результате чего образовалось четверохолмие; а на вентральной — основание ножек мозга, по которому проходят корково-мостовые и корковоспинномозговые пути. На вентральной стороне продолговатого мозга появились пирамиды, связанные с развитием кортикоспинальных путей. 35

Млекопитающие n Новая кора, берет на себя основную часть функций (происходит кортикализация функций). За старой и древней корой сохраняются лишь обонятельные и висцеральные функции. У низших млекопитающих (насекомоядные, грызуны) представительство моторных и сенсорных функций в новой коре занимает всю ее поверхность, разные сенсорные зоны перекрывают друга. У высших млекопитающих постепенно уменьшается относительная площадь представительства как основных сенсорных (зрительной, слуховой, общей соматической чувствительности, вкусовой), так и моторных функций. Одновременно с уменьшением площади усложняется организация этих зон. 36

Млекопитающие Начиная с зайцеобразных, и далее у хищных, копытных и антропоидов, появляются и расширяются так называемые ассоциативные зоны (теменные, височные и лобные), связанные с выполнением высших интегративных и психических функций. Особенно развиты ассоциативные поля коры больших полушарий у человека. Говоря об интегративных функциях мозга млекопитающих, следует учитывать уровень их филогенетического развития. У низших млекопитающих, у которых еще не развиты ассоциативные зоны коры, эти функции осуществляются преимущественно стриатумом вместе с новой корой, а у высших млекопитающих и человека — ассоциативными зонами новой коры совместно со стриарными и другими подкорковыми структурами. 37

38

Нейрофотальмология: как лечится связь между глазами и головным мозгом?

Вы наверняка знаете, что зрение является одним из чувств, наиболее важных для выживания и именно поэтому около половины мозговых тканей имеет отношение к зрительной системе.

Нейроофтальмология – медицинская область, исследующая связь между глазами и мозгом. Название области состоит из двух слов – «нейро» («невро») – нервная система и «офтальмология» — глазная медицина.

Представьте себе, что глаза, это камера, фиксирующая внешние сигналы. Эта камера подключена к мозгу при помощи зрительных нервов, являющихся первой частью системы, передающей полученные сигналы и изображения на обработку в мозг. Любое повреждение этой системы может привести к нарушению зрения.

Клиника нейроофтальмологии медицинского центра «Каплан» занимается также диагностикой и лечением нарушений глазных движений.

Каковы причины и симптомы подобных нарушений?

Основными причинами и симптомами являются:

  • Инсульт
  • Воспаление зрительного нерва (характерно для пациентов с рассеянным склерозом)
  • Заболевание зрительного нерва
  • Отек зрительного нерва
  • Нарушение поля зрения
  • Нистагм и раздвоение зрения
  • Изменение размера зрачков
  • Пролапс век
  • Косоглазие (характерно для детей)

Основными жалобами, с которыми пациенты обращаются к офтальмологу, считаются: внезапное затруднение зрения, головные боли и боль в глазах, расплывчатость или раздвоение зрение и прочее.

Как можно обратиться в офтальмологическую клинику?

В большинстве случаев, после первичного диагностирования у офтальмолога в больничной кассе, пациент направляется на продолжение обследования и диагностирования в клинику в «Каплан». Здесь проводится большое количество обследований: начиная с основного осмотра нейроофтальмолога-специалиста, проверка зоркости, проверка цветного зрения, реагирования зрачков, поля зрения и т.д. В соответствии с рекомендациями специалистов, пациента могут направить также на УЗИ или МРТ.

Методы лечения

Иногда нет нужды в принятии каких-либо мер, достаточно просто продолжать наблюдение.

Лекарственные методы: в соответствии с установленным диагнозом, будет решено о назначении лекарств – преорально, при помощи инъекций и пр., в зависимости от заболевания и риска для жизни.

Хирургические методы: иногда пациентам могут быть предложены различные операции – пластика глаза и глазницы, исправление косоглазия и другие возможные варианты в отделении нейрохирургии.

Клиника нейроофтальмологии является частью офтальмологического комплекса медицинского центра «Каплан». Направление в клинику можно получить у лечащего офтальмолога с предоставлением обязательства больничной кассы («тофес 17»).

Что рыбий мозг может рассказать нам о зрительном восприятии?

Обзор

doi: 10.3389/fncir.2014.00119. Электронная коллекция 2014.

Принадлежности Расширять

Принадлежности

  • 1 Центр исследований разума/мозга, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия.
  • 2 Центр наук о разуме/мозге, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия; Dipartimento di Psicologia e Scienze Cognitive, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия.
Бесплатная статья ЧВК

Элемент в буфере обмена

Обзор

Орсола Роза Сальва и др.Передние нейронные цепи. .

Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

дои: 10.3389/fncir.2014.00119. Электронная коллекция 2014.

Принадлежности

  • 1 Центр исследований разума/мозга, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия.
  • 2 Центр наук о разуме/мозге, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия; Dipartimento di Psicologia e Scienze Cognitive, Университет Тренто Роверето, Тренто, Италия.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Рыбы представляют собой сложную таксономическую группу, чье разнообразие и удаленность от других позвоночных хорошо подходят для сравнительного изучения мозга и поведения: у видов рыб мы наблюдаем существенные различия в отношении телэнцефалической организации других позвоночных и поразительное разнообразие в развитии и сложности паллиальные структуры.Мы сосредоточимся на вкладе исследований биологии поведения рыб в понимание эволюции зрительной системы. Мы рассмотрим данные о перцептивных эффектах, которые отражают фундаментальные принципы функционирования зрительной системы, подчеркивая сходства и различия между отдаленными группами рыб и другими позвоночными. Мы сосредоточимся на эффектах восприятия, отражающих некоторые из основных задач, которые должна выполнять зрительная система. В частности, мы будем иметь дело с субъективными контурами и оптическими иллюзиями, эффектами инвариантности, движением второго порядка и биологическим движением и, наконец, перцептивным связыванием свойств объекта в едином представлении более высокого уровня.

Ключевые слова: хондрихты; постоянство цвета; рыбы; остеихтиес; перцептивное связывание; перцептивная организация; зрительные иллюзии; зрительная система.

Цифры

Рисунок 1

Примеры продемонстрированных иллюзорных контуров…

Рисунок 1

Примеры иллюзорных контуров продемонстрированы у Xenotoca eiseni (Sovrano and Bisazza, 2009) .…

фигура 1

Примеры иллюзорных контуров продемонстрированы у Xenotoca eiseni (Sovrano and Bisazza, 2009) . После обучения различению различных форм рыбам предъявлялись иллюзорные квадраты и треугольники, образованные путем прерывания диагональных линий (A) ; пространственный фазовый сдвиг диагональных линий (B) ; или через дисплеи Kanizsa (C) .

Рисунок 2

Примеры используемых стимулов…

Рисунок 2

Примеры стимулов, использованных Sovrano and Bisazza (2008) для демонстрации амодальности…

фигура 2

Примеры стимулов, использованных Sovrano and Bisazza (2008) для демонстрации амодального завершения частично закрытых объектов в Xenotoca eiseni .На фигуре (A) и (D) , но не на (B) или (C) круг воспринимается как завершенный или амодально завершенный за окклюдером.

Рисунок 3

Примеры используемых стимулов…

Рисунок 3

Примеры стимулов, использованных Sovrano et al.(подано; Соврано, 2014) в…

Рисунок 3

Примеры стимулов, использованных Sovrano et al. (представлено; Sovrano, 2014) в Xenotoca eiseni , для исследования иллюзии Эббингауза, в которой центральный круг, окруженный большими круговыми индукторами, воспринимается как меньший, чем идентичный круг, окруженный маленькими индукторами .

Рисунок 4

Примеры используемых стимулов…

Рисунок 4

Примеры стимулов, использованных Sovrano et al.(в подготовке; Соврано, 2014)…

Рисунок 4

Примеры стимулов, использованных Sovrano et al. (в процессе подготовки; Sovrano, 2014) в Xenotoca eiseni , для исследования иллюзии Мюллера-Лайера, в которой линия с двумя стреловидными индукторами на концах, обращенных наружу (А), кажется длиннее, чем идентичная линия с индукторами обращенными внутрь концами (B) . В контрольном состоянии (верхняя часть этого рисунка) линия другого цвета, чем индукторы (линия красная, а индукторы все еще черные).В этом состоянии линия была красной и во время тренировки.

Рисунок 5

Стимулы, используемые Truppa et…

Рисунок 5

Стимулы, используемые Truppa et al.(2010) для исследования обработки иерархических стимулов…

Рисунок 5

Стимулы, используемые Truppa et al. (2010) для исследования обработки иерархических стимулов у Xenotoca eiseni . С левой стороны представлены последовательные стимулы, в которых одна и та же форма представлена ​​​​на глобальном и локальном уровне; с правой стороны — непоследовательные стимулы, в которых информация о форме, предоставленная локальным и глобальным уровнями, конфликтует.В трех различных условиях ( A , B и C ) стимулы различались по абсолютному размеру и плотности локальных элементов.

Похожие статьи

  • Под водой тоже все субъективно: зрительные иллюзии у рыб.

    Агрильо С, Сантака М, Пекуньозо А, Милетто Петраццини МЭ.Агрильо С. и др. Аним Когн. 2020 март; 23(2):251-264. doi: 10.1007/s10071-019-01341-7. Epub 2020 2 января. Аним Когн. 2020. PMID: 31897795 Рассмотрение.

  • Зрительные пространственные иллюзии: общее объяснение.

    День РХ. День РХ. Наука. 1972 24 марта; 175 (4028): 1335-40. doi: 10.1126/наука.175.4028.1335. Наука. 1972. PMID: 5059563

  • Змеи как агенты эволюционных изменений в мозге приматов.

    Исбелл Л.А. Исбелл Л.А. Джей Хам Эвол. 2006 г., июль; 51 (1): 1–35. doi: 10.1016/j.jhevol.2005.12.012. Epub 2006 20 марта. Джей Хам Эвол. 2006. PMID: 16545427

  • Параллельные пути сетчатки: зрение нашей внутренней рыбой.

    Джоселевич С, Камерманс М. Джоселевич С. и соавт. Видение Рез. 2009 май; 49(9):943-59. doi: 10.1016/j.visres.2008.07.019. Epub 2008, 11 сентября. Видение Рез. 2009. PMID: 18722397 Рассмотрение.

  • Новая таксономия перцептивного заполнения.

    Вейл Р.С., Рис Г. Вейл Р.С. и соавт. Brain Res Rev. 2011 24 июня; 67 (1-2): 40-55. doi: 10.1016/j.brainresrev.2010.10.004. Epub 2010 5 ноября. Мозг Res Rev. 2011. PMID: 21059374 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

Цитируется

14 статьи
  • Сигнал копирования Efference как ключевой механизм сознания.

    Валлортигара Г. Валлортигара Г. Фронт Сист Нейроци. 2021 26 ноя; 15:765646. doi: 10.3389/fnsys.2021.765646. Электронная коллекция 2021. Фронт Сист Нейроци. 2021. PMID: 34899201 Бесплатная статья ЧВК.

  • Различный вклад генов и окружающей среды в визуальную иллюзию размера и лежащий в основе нейронный механизм.

    Чен Л., Сюй Ц., Шэнь Л., Юань Т., Ван И, Чжоу В, Цзян Ю.Чен Л. и др. Кора головного мозга. 2022 19 февраля; 32 (5): 1014-1023. doi: 10.1093/cercor/bhab262. Кора головного мозга. 2022. PMID: 34379728 Бесплатная статья ЧВК.

  • Сравнительная психология интеллекта: тридцать лет спустя.

    Пепперберг ИМ. Пепперберг ИМ. Фронт Псих. 2020 19 мая; 11:973. doi: 10.3389/fpsyg.2020.00973. Электронная коллекция 2020. Фронт Псих.2020. PMID: 32508723 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Затенение усиливает маскировку за счет уменьшения контраста добычи.

    Донохью К.Г., Хемми Дж.М., Келли Дж.Л. Донохью С.Г. и соавт. Proc Biol Sci. 2020 27 мая; 287 (1927): 20200477. doi: 10.1098/rspb.2020.0477. Эпаб 2020 13 мая. Proc Biol Sci. 2020. PMID: 32396802 Бесплатная статья ЧВК.

  • Морфология амазонских костистых родов Arapaima с использованием расширенных 3D-изображений.

    Скаденг М., Маккензи С., Хе В., Барч Х., Дубовиц Д.Дж., Стек Д., Сент-Леже Дж. Скаденг М. и соавт. Фронт Физиол. 2020 27 апр; 11:260. doi: 10.3389/fphys.2020.00260. Электронная коллекция 2020. Фронт Физиол. 2020. PMID: 32395105 Бесплатная статья ЧВК.

Рекомендации

    1. Аглиоти С., Де Соуза Дж. Ф., Гудейл М. А. (1995). Иллюзии размерно-контрастного изображения обманывают глаз, но не руку. Курс. биол. 5, 679–685 10.1016/s0960-9822(95)00133-3 — DOI — пабмед
    1. Алартс К., Накертс Э., Мейнс П., Суиннен С. П., Вендерот Н. (2011). Распознавание действий и эмоций на точечных световых дисплеях: исследование гендерных различий. PLoS One 6:e20989 10.1371/journal.pone.0020989 — DOI — ЧВК — пабмед
    1. Олбрайт Т.Д. (1992). Инвариантная обработка движений в зрительной коре приматов. Наука 255, 1141–1143 10.1126/наука.1546317 — DOI — пабмед
    1. Бейкер С.Л. (1999). Центральные нейронные механизмы обнаружения движения второго порядка. Курс. мнение Нейробиол. 9, 461–466 10.1016/s0959-4388(99)80069-5 — DOI — пабмед
    1. Барбет И., Фагот Дж. (2002). Восприятие иллюзии коридора павианами (Papio papio). Поведение Мозг Res. 132, 111–115 10.1016/с0166-4328(01)00393-х — DOI — пабмед

Показать все 227 ссылок

термины MeSH

  • Рыбы / анатомия и гистология*
  • Зрительные пути/физиология*
  • Зрительное восприятие / физиология*

LinkOut — больше ресурсов

  • Полнотекстовые источники

  • Прочие литературные источники

Смотрите, как идеи озаряют мозг рыбы

Ученые Национального института здоровья изучают активность тысяч отдельных нейронов в мозгу рыбки данио, когда животное охотится за едой.

В маленькой комнате без окон, в которой установлены два мощных электронных микроскопа, ученый ищет идеальный рыбий мозг.

Рядом с гудением массивных машин вырисовываются два гигантских рыбьих глаза, занимая большую часть экрана компьютера. Увеличенная перспектива вводит в заблуждение. Рыбка данио — это личинка, новорожденная, всего одна неделя отроду и едва достигает шести миллиметров в длину. На экране он выглядит сварливым, будто хмурится.

Крис Харрис, научный сотрудник лаборатории, просматривает изображение.Когда он увеличивает изображение, глаза становятся еще больше, а затем полностью исчезают, заменяясь проблеском того, что находится внутри и позади них в его мозгу: джунгли аксонов, дендритов и клеточных тел — всего того, что составляет отдельные нейроны.

Он проводит пальцем в перчатке по внешнему краю одной из ячеек. «Этот слой — ядерная мембрана, — говорит он. «И сразу за этим находится сама мембрана клеточного тела». Он указывает на митохондрии, отдельные аксоны, которые посылают нервные импульсы от одного нейрона к другому; ветвящиеся дендриты, принимающие сигналы; и толстые черные точки, которые представляют собой синаптические везикулы — мешочки, содержащие нейротрансмиттеры или химические вещества мозга.

«Я смотрю на качество ткани, — говорит Харрис. «Являются ли клеточные стенки отчетливыми? Могу ли я увидеть синаптические пузырьки? Могу я увидеть миелин?»

Постдокторский исследователь Крис Харрис указывает курсором на везикулы, крошечные черные пузырьки, несущие нейротрансмиттеры между клетками мозга. Жирная черная линия прямо под курсором показывает синапс, где информация передается от одного нейрона к другому. Фото Ребекки Джейкобсон

Харрис и его группа под руководством Кевина Бриггмана из Национального института неврологических расстройств и инсульта в Бетесде, штат Мэриленд, регистрируют активность десятков тысяч отдельных нейронов и готовятся создать своего рода схему соединений, карту, показывающую каждый из них. клеточное соединение в синапсе.Такая карта называется коннектомом. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге создать всеобъемлющий атлас мозга рыб с беспрецедентной детализацией. Для этого требуется полная реконструкция каждого синапса и каждого пузырька каждого отдельного нейрона, а также запись активности мозга, когда рыба охотится за пищей.

В феврале 2013 года новости пестрели объявлением о том, что администрация Обамы планирует провести десятилетнюю работу по составлению карты человеческого мозга. Первоначально оцененная в 100 миллионов долларов, смета расходов была недавно пересмотрена в сторону повышения до 4 долларов.5 миллиардов Национальными институтами здоровья. Амбициозные усилия сравнивают с проектом «Геном человека». А также к прогулке по Луне.

Но в лабораториях по всей Америке уже проводились головокружительно сложные работы по картированию мозга животных. Briggman’s — одна из таких лабораторий.

В 1986 году была составлена ​​карта мозга первого живого организма — C. elegans, крошечного круглого червя длиной в миллиметр, который питается бактериями, размножающимися в гниющих фруктах, цветах и ​​животных.Работа заняла более десяти лет и потребовала изучения 20 000 поперечных срезов червя под электронным микроскопом. Мозг C. elegans содержит около 300 нейронов.

С другой стороны, мозг рыбы состоит из 100 000 нейронов. Для сравнения, мозг мыши состоит примерно из 100 миллионов нейронов, а человеческий мозг, вероятно, состоит из 86–100 миллиардов нейронов.

«Мы пытаемся обмануть рыбу, заставить рыбу думать, что она смотрит на крошечный парамеций, движущийся перед ней.

«Мы пытаемся применить аналогичный подход, но распространим его на организмы позвоночных», — говорит Бриггман, один из 22 исследователей, получивших на прошлой неделе звание стипендиата Pew в области биомедицинских наук. Он добавляет, что они будут первой командой, реконструирующей полный мозг позвоночного в таком масштабе. Другими словами, организм со спинным мозгом и такой же базовой архитектурой мозга, как у человека, говорит Бриггман.

Трудно поверить, что мозг рыбы может быть хоть чем-то похож на мозг думающих людей, которые ездят на велосипедах, подсчитывают чековые книжки и изобретают беспилотные автомобили.Но по сравнению с червяком или улиткой у них много общих областей мозга. У рыб также есть ствол головного мозга, который контролирует движения, мозжечок, модулирующий эти движения, большая обонятельная луковица и передний мозг. «Некоторые утверждают, что у них даже есть гиппокамп, который играет роль в формировании памяти и страха», — говорит Харрис. «Все есть».

Размеры этих областей мозга у рыб различаются. В мозгу рыб преобладают зрительные области, потому что зрение очень важно для охоты.Обонятельная луковица также хорошо развита, что позволяет рыбе чувствовать запах химических веществ, растворенных в воде. Чего не хватает рыбам, так это развитой коры головного мозга, где у приматов и людей происходит мышление высшего порядка.

Тем не менее, хотя рыба, бросающаяся за точкой света, может показаться не более чем инстинктом, связи, лежащие в основе такого поведения, довольно сложны и требуют использования десятков областей мозга. Бриггман описывает это так:

.

«Он видит цель и адаптирует свое поведение.Он поворачивается в определенном направлении, поворачивает глаза так, чтобы их глаза сошлись на цели, и в конечном итоге должен принять решение, собирается ли он съесть эту вещь или нет. В этом поведении есть определенная степень принятия решений».

Кроме того, личинки прозрачны, что означает, что ученые могут четко видеть сквозь кожу молодой рыбы и ткани мозга, не препарируя их.

Особое значение для команды Бриггмана имеет то, как эти нейроны организованы в цепи.

«Схема — это то же самое, что и электрическая цепь, — говорит Бриггманн. «Это группа нейронов, которые связаны друг с другом, и схемы в мозге, в нашем мозгу или в мозгу рыбы, выполняют определенные вычисления».

Крис Харрис, исследователь с докторской степенью, закрывает личинку рыбы в коробке, готовясь увидеть ее мозг, реагирующий на планктоноподобный стимул. Фото Ребекки Джейкобсон

30-летний Харрис, высокий, со шведским акцентом и коротко подстриженной бородой, тщательно подбирает слова, когда рассказывает о своих исследованиях.Недавним днем ​​в «мокрой лаборатории» команды он готовит к исследованию еще одну рыбку данио недельного возраста. Он поправляет его пинцетом на маленьком подносе и закрывает в черную картонную коробку, склеенную скотчем.

Чтобы изучить мозг рыбки данио в действии, объясняет Харрис, они должны сначала обездвижить его, прикрепив к его шее легкое желатиновое вещество. Это стабилизирует голову, но позволяет глазам и хвосту двигаться вперед и назад.

Позже он закрепит его на пластиковом креплении размером с Lego, которое было построено путем надевания пластиковых катушек на нагретое сопло в 3D-принтере, который стоит на столе Бриггмана.Затем он поместит его под двухфотонный микроскоп, где он проецирует стимул, в данном случае светодиод. свет микропроектора, который имитирует движение добычи рыбы, такой как планктон. Нейроны рыбы Бриггмана были генетически сконструированы таким образом, чтобы каждый раз светиться зеленым цветом. Таким образом, в режиме реального времени они могут наблюдать за работой мозговых сетей, когда рыба поворачивает налево, поворачивает направо и приближается к свету. Они могут наблюдать, как он принимает решение броситься на что-то и попытаться поймать это.

В норме глаза рыбы лежат параллельно голове, но во время охоты они наклоняются вперед, наделяя животное бинокулярным зрением.Каждый взмах хвоста приближает его к добыче.

«Мы пытаемся обмануть рыбу, заставить ее думать, что она смотрит на крошечный парамеций, движущийся перед ней», — говорит Бриггман.

Таким образом, они эффективно наблюдают, как рыбий мозг принимает решение, и изучают работу нейронных механизмов.

«Когда включается свет, вы видите импульс активности — нейроны загораются на экране», — говорит Харрис.

На экране компьютера рядом с микроскопом некоторые нервные клетки загораются в одиночестве на черном фоне.Другие кажутся запутанными в беспорядке аксонов и дендритов. Используя компьютерную программу, команда продолжит идентифицировать каждый нейрон и цепь, которые реагируют на свет.

Постдокторский исследователь Крис Харрис из Национального института неврологических расстройств и инсульта открывает электронный микроскоп, который он использует для изучения каждого нейрона в мозге в высоком разрешении. Фото Ребекки Джейкобсон

Для этих рыб конечным пунктом назначения является электронный микроскоп, где ученые погружаются в плотную трехмерную модель мозга.Поскольку размеры аксонов могут достигать 50 нанометров — это в 2000 раз тоньше, чем ширина человеческого волоса, — для их визуализации требуется более высокое разрешение, чем может обеспечить любой оптический микроскоп. Но живой мозг не выдерживает мощности электронного луча, поэтому рыбу необходимо убить, а ее мозг сохранить в формальдегиде, залить пластиком для структурной стабильности, окрасить тяжелыми металлами, а затем разрезать на десятки тысяч частей с помощью алмазный нож с острым краем и устройство, мало чем отличающееся от миниатюрной нарезки для гастрономов.

Тяжелые металлы окрашивают жировые ткани, что обеспечивает достаточный контраст, чтобы видеть детали, защищая при этом мозг от мощного взрыва высоковольтных электронных лучей. «Вам нужен проводящий материал, чтобы электроны не застревали в пластике, окружающем мозг», — говорит Харрис.

«Мы все еще не знаем целый класс генов», — сказал Эммонс. «Это гены, которые определяют связи в нервной системе. Это главная нерешенная проблема во всей неврологии».

Рыбка данио является хорошей моделью для изучения огромных глубин мозга и того, как он устроен, сказал Скотт Эммонс, профессор молекулярной генетики и неврологии в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна, который не участвует в исследовании.Эммонс и его команда недавно опубликовали более полную реконструкцию нервной системы C. elegans.

«Рыбка данио имеет правильный размер в том смысле, что она очень маленькая, но все же большая с точки зрения коннектомики», — сказал Эммонс. «Это один из самых больших объектов, которых вы можете достичь».

И это может помочь раскрыть выдающуюся загадку генетики, сказал Эммонс: как мозговые связи закодированы в генах.

«Мы все еще не знаем целый класс генов, — сказал Эммонс.«Это гены, которые определяют связи в нервной системе. Это главная нерешенная проблема во всей неврологии».

Как только команда Бриггмана найдет идеальный мозг рыбы — здоровый мозг с сильным контрастом для визуализации нейронов и их сетей — они подготовят его для электронного микроскопа, где он проведет целых шесть месяцев, собирая 10 терабайт структурных данных.

А еще есть анализ, который требует трехмерного отслеживания каждого нейрона через лабиринт других нейронов.

«Когда вы перемещаетесь по набору данных, у вас возникает ощущение, что вы летите по этим данным», — сказал Бриггман.

Рыбки данио и их прозрачные мозги полезны не только для составления карт. Они все чаще используются в качестве моделей некоторых неврологических расстройств. Хотите верьте, хотите нет, но рыбу можно использовать для моделирования депрессии, симптомов болезни Альцгеймера и Паркинсона.

«Это становится очень важным для человеческого заболевания», — сказал Бриггман. «Если мы увидим, что часть мозга по-другому подключена к депрессивной рыбе, к рыбе, которая не ест, или к той, которая переедает или слишком любит алкоголь в воде, это дает нам нечто, что можно проверить на опыте. люди.

Главный вопрос Бриггмана заключается в том, как работают схемы в мозге для выполнения определенных вычислений. Например, для обнаружения движения или кодирования воспоминаний.

«Когда вы перемещаетесь по набору данных, у вас возникает ощущение, что вы летите по этим данным»,

«Все это происходит на уровне отдельных нейронов и отдельных синапсов», — сказал он. «На что я надеюсь, так это на то, что мы сможем изучить общие принципы того, как схемы в мозге делают эти вещи. А затем проверить идеи на высших позвоночных и млекопитающих.

Для Харриса ценность исследования выходит за рамки базовой механики мозга рыб. Рыба — это средство для понимания чего-то гораздо более концептуального: как мозг может «хотеть» чего-то, говорит он. Когда рыба щелкает хвостом по экрану позади него, он начинает объяснять дофамин, естественный нейротрансмиттер, участвующий в основном переживании удовольствия. Шоколад, секс, азартные игры и никотин вызывают прилив дофамина в центре вознаграждения мозга.

«Однажды ко мне пришел мой друг, который пытался бросить курить, и он просто сказал, что не понимает, почему он продолжает это делать, потому что каждый раз, когда он потом курил, он чувствовал себя несчастным», — говорит Харрис.«И я рассказал ему о дофамине — тот факт, что дофамин имеет тенденцию высвобождаться до и именно тогда, когда вы собираетесь получить то, что хотите, а затем на несколько мгновений, когда вы получаете то, что хотите, но затем он падает».

Это объясняет, говорит он, почему люди гонятся за этим первоначальным порывом, даже если это не соответствует паршивому ощущению, которое возникает в результате. Например, знание того, как работает мозг и его химические вещества, может помочь людям справиться с саморазрушающим поведением.

«Понимание того, почему нам не удается достичь наших долгосрочных целей, для меня очень важно», — говорит он.

Так какое отношение это имеет к рыбе?

«Машина, которая позволяет нам определять что-то в мире как важное и добиваться этого…», — говорит Харрис. «Все, что есть в рыбе, работает отлично».

Видео отредактировано Ребеккой Джейкобсон.

Открытие, которое «буквально меняет учебник»

Краткое изложение: Изучение саргана показывает, что современная связь между глазом и мозгом могла развиться гораздо раньше, чем считалось ранее.

Источник: Университет штата Мичиган

Сеть нервов, соединяющих наши глаза с нашим мозгом, очень сложна, и теперь исследователи показали, что она развилась намного раньше, чем считалось ранее, благодаря неожиданному источнику: гар рыба.

Инго Брааш из Мичиганского государственного университета помог международной исследовательской группе показать, что эта схема соединения уже присутствовала у древних рыб по крайней мере 450 миллионов лет назад.Это делает его примерно на 100 миллионов лет старше, чем считалось ранее.

«Для меня впервые одно из наших изданий буквально меняет учебник, по которому я преподаю», — сказал Брааш, доцент кафедры интегративной биологии Колледжа естественных наук.

Эта работа, опубликованная в журнале Science 8 апреля, также означает, что этот тип связи между глазом и мозгом появился раньше, чем у наземных животных. Существующая теория заключалась в том, что эта связь сначала развилась у земных существ, а оттуда перешла к людям, где, по мнению ученых, она помогает нашему восприятию глубины и трехмерному зрению.

И эта работа, которую возглавили исследователи французской общественной исследовательской организации Inserm, не просто меняет наше представление о прошлом. Это также имеет значение для будущих исследований в области здравоохранения.

Изучение моделей на животных — бесценный способ для исследователей узнать о здоровье и болезнях, но установление связи этих моделей с состоянием человека может быть сложной задачей.

Рыбки данио, например, популярные модельные животные, но их структура глаз-мозг сильно отличается от таковой у человека.На самом деле, это помогает объяснить, почему ученые думали, что человеческая связь впервые развилась у четвероногих земных существ или четвероногих.

«Современные рыбы, у них нет такой связи глаза с мозгом», — сказал Брааш. «Это одна из причин, по которой люди думали, что это что-то новое для четвероногих».

Брааш — один из ведущих мировых экспертов по другому виду рыбы, известному как гар. Гар эволюционировал медленнее, чем рыбки данио, а это означает, что гар больше похож на последнего общего предка рыб и людей.Это сходство может сделать щуку мощной моделью животных для изучения здоровья, поэтому Брааш и его команда работают над тем, чтобы лучше понять биологию и генетику щуки.

Именно поэтому исследователи Inserm обратились к Браашу для этого исследования.

«Без его помощи этот проект был бы невозможен», — сказал Ален Шедоталь, директор по исследованиям Inserm и руководитель группы Института зрения в Париже. «У нас не было доступа к пятнистой щуке — рыбе, которой нет в Европе и которая занимает ключевое место на древе жизни.

Чтобы провести исследование, Чедоталь и его коллега Филиппо Дель Бене использовали новаторскую технику, чтобы увидеть нервы, соединяющие глаза с мозгом у нескольких разных видов рыб. Сюда входили хорошо изученные рыбки данио, а также более редкие экземпляры, такие как щука Брааша и австралийская двоякодышащая рыба, предоставленные сотрудником Квинслендского университета.

У рыбок данио каждый глаз имеет по одному нерву, соединяющему его с противоположной стороной мозга рыбы. То есть один нерв соединяет левый глаз с правым полушарием мозга, а другой нерв соединяет правый глаз с левой частью мозга.

Другие, более «древние» рыбы ведут себя иначе. У них есть так называемые ипсилатеральные или двусторонние визуальные проекции. Здесь у каждого глаза есть два нервных соединения, по одному с каждой стороны мозга, как и у людей.

Вот мозг гара. На этом изображении под микроскопом левое полушарие мозга флуоресцирует зеленым, а правое — пурпурным. Тем не менее, в нижней части изображения можно увидеть нервы обоих цветов, соединяющиеся с обоими полушариями. Это показывает, что оба глаза гара связаны с обеими сторонами его мозга, как глаза человека.Кредит: Р.Дж. Вигуру и др. Наука

Вооружившись пониманием генетики и эволюции, команда смогла оглянуться назад во времени, чтобы оценить, когда впервые появились эти двусторонние проекции. Заглядывая вперед, команда рада продолжить эту работу, чтобы лучше понять и изучить биологию зрительных систем.

«То, что мы обнаружили в этом исследовании, было лишь верхушкой айсберга, — сказал Чедоталь. «Было очень приятно видеть восторженную реакцию и теплую поддержку Инго, когда мы представили ему первые результаты.Нам не терпится продолжить проект с ним».

И Брааш, и Чедоталь отметили, насколько мощным было это исследование благодаря надежному сотрудничеству, которое позволило команде исследовать так много разных животных, что, по словам Брааша, является растущей тенденцией в этой области.

См. также

Исследование также напомнило Браашу о другой тенденции.

«Мы все больше и больше обнаруживаем, что многие вещи, которые, как мы думали, эволюционировали относительно поздно, на самом деле очень старые», — сказал Брааш, что на самом деле заставляет его чувствовать себя немного более связанным с природой.«Я узнаю кое-что о себе, когда смотрю на этих странных рыб и понимаю, насколько старые части нашего собственного тела. Я очень рад рассказать историю эволюции глаза с новым поворотом в этом семестре на нашем курсе по сравнительной анатомии».

Об этой новости исследования эволюционной неврологии

Источник: Университет штата Мичиган
Контактное лицо: Кэролайн Брукс – Университет штата Мичиган
Изображение: Изображение предоставлено Р.Дж. Вигуру и др.Наука

Оригинальное исследование: Закрытый доступ.
«Двусторонние зрительные проекции существуют у костистых рыб, не являющихся костистыми, и предшествуют появлению четвероногих» Ingo Braasch et al. Наука


Резюме

Двусторонние зрительные проекции существуют у костистых рыб, не являющихся костистыми, и появились еще до появления четвероногих

У большинства позвоночных глаза типа камеры содержат центры ганглиозных клеток сетчатки, которые проецируются на зрительные нейроны обе стороны мозга.Однако у рыб считалось, что ганглиозные клетки иннервируют только контралатеральную сторону, предполагая, что билатеральные зрительные проекции появились у четвероногих.

Здесь мы показываем, что билатеральные зрительные проекции существуют у некостных рыб и что появление ипсилатеральных проекций не коррелирует с наземным переходом или хищническим поведением. Мы также сообщаем, что программа развития, определяющая латеральность зрительной системы, различается у рыб и млекопитающих, т.к. фактор транскрипции Zic2, который определяет ипсилатеральные ганглиозные клетки сетчатки у четвероногих, по-видимому, отсутствует в ганглиозных клетках рыб.

Однако избыточная экспрессия человеческого ZIC2 индуцирует ипсилатеральные зрительные проекции у рыбок данио. Следовательно, существование билатеральных зрительных проекций, вероятно, предшествовало появлению бинокулярного зрения у четвероногих.

Рыбы и люди похожи по зрительным раздражителям p

изображение: Исследователи из Университета Бен-Гуриона в Негеве проверили, сходны ли возможности обработки изображений, которые позволяют людям быстро находить объекты в оживленной среде, с рыбами.Команда BGU обучила лучника стрелять по мишени на экране компьютера. Результаты показали, что рыбы руководствуются теми же визуальными признаками, что и люди: цветом, размером, ориентацией и движением. Попытки обнаружить цель с немного другой формой или в сочетании двух визуальных признаков (например, другого цвета и размера) приводили к замедлению визуального поиска. посмотреть больше 

Авторы и права: Бен-Гурион У.

БЕЕР-ШЕВА, Израиль…4 февраля 2019 г. — Люди, рыбы и, скорее всего, другие виды полагаются на идентичные визуальные характеристики — цвет, размер, ориентацию и движение — для быстрого поиска объектов, по словам исследователей из Университета Бен-Гуриона в Негев (БГУ).

В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Vision , участвовали тренирующиеся на мишени лучники, вид с уникальными визуальными охотничьими навыками, которые широко используются в экспериментах по оценке визуального восприятия. Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео эксперимента.

В своей естественной среде обитания лучники охотятся, выплевывая струю воды на добычу насекомых на свисающих листьях, чтобы выбить и съесть ее. Исследователи BGU научили рыб различать объекты на мониторе компьютера над ними и стрелять в нужную цель. Таким образом, рыбы смогли участвовать в контролируемом эксперименте так же, как и люди: просто наблюдая за экраном компьютера и отвечая на вопросы.

«Эксперименты проверяли эффективность лучника в задачах визуального поиска, когда цель определялась по цвету, размеру, ориентации или движению», — говорит профессор Ронен Сегев, глава лаборатории нейронного кода BGU и член Департамента наук о жизни. и Центр неврологии Злотовского.«Мы впервые обнаружили, что лучники обрабатывают эти четыре функции почти так же, как люди идентифицируют цель среди отвлекающих форм и цветов».

Узнать больше о том, какие черты проявляются у разных видов на отвлекающем фоне, и распознать различия — что одинаково, а что — отличается, важно для понимания того, как животные нацеливаются на то, что им нужно, чтобы выжить, размножаться и избегать хищников.

«Существует множество доказательств того, что цвет, размер, ориентация и движение являются наиболее эффективными функциями для управления вниманием человека.Мы обнаружили, что те же самые универсальные функции также заставят мишень выделяться на оживленном фоне у животных с очень разной анатомией мозга и условиями жизни», — говорит профессор Охад Бен-Шахар, заведующий кафедрой компьютерных наук BGU.

Хотя исследователи подтвердили, что одни и те же четыре визуальных сигнала поиска работают для людей и лучников, они задаются вопросом, верно ли это также для других позвоночных, птиц и земноводных. В дополнение к выявлению наиболее эффективных визуальных сигналов исследователи BGU также смогли определить, что и людям, и рыбам труднее нацеливаться на объект другой формы или наложение на оживленном фоне.

«Мы можем использовать эти результаты для изучения связи между принятием решений рыбой, функциональными свойствами ее зрительной системы и других частей мозга», — говорит Сегев. «Мы рекомендуем будущим исследованиям углубиться в эволюционные и эволюционные перспективы того, что направляет визуальный поиск у других видов».

###

В исследовательскую группу также входили Адам Рейхенталь, аспирант кафедры наук о жизни БГУ и Центра неврологии имени Злотовского, и др.Мор Бен-Тов, выпускник БГУ, который в настоящее время является научным сотрудником Университета Дьюка.

Финансирование было предоставлено Израильским научным фондом (грант 211/15), Двусторонним научным фондом (BSF; грант 2011058), Фондом Франкеля Департамента компьютерных наук БГУ и Благотворительным фондом Хелмсли в рамках инициативы ABC Robotics Initiative БГУ.

Об American Associates, Университет Бен-Гуриона в Негеве

American Associates, Университет Бен-Гуриона в Негеве (AABGU) играет жизненно важную роль в поддержании видения Давида Бен-Гуриона: создание образовательного и научно-исследовательского учреждения мирового уровня в израильской пустыне, забота о сообществе Негева и обмен опытом университета экспертизы на местном уровне и по всему миру.Поскольку Университету Бен-Гуриона в Негеве (BGU) в 2020 году исполнится 50 лет, AABGU представляет себе будущее, выходящее за рамки академических кругов. Это будущее, в котором BGU изобретает новый мир и вдохновляет видение более сильного Израиля и его следующего поколения лидеров. Вместе со сторонниками AABGU поможет университету повысить качество преподавания, исследований и работы с сообществами Негева в течение следующих 50 лет и далее. Посетите vision.aabgu.org, чтобы узнать больше.

AABGU со штаб-квартирой на Манхэттене имеет девять региональных офисов по всей территории Соединенных Штатов.Для получения дополнительной информации посетите https://aabgu.org/.



Журнал

Журнал Видения

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Цветовое зрение обнаружено у рыб, живущих в темноте

Новое исследование выявило признаки высокочувствительного цветового зрения у рыб, живущих в бездне вне досягаемости солнечного света

Международная группа исследователей обнаружила ранее неизвестную зрительную систему, которая может обеспечивать цветовое зрение в глубоких темных водах, где животные, как предполагалось, были дальтониками. Исследование опубликовано на обложке номера журнала Science от 10 мая 2019 года.

«Это первая статья, в которой исследуется разнообразный набор рыб и выясняется, насколько универсальной и изменчивой может быть их зрительная система», — сказала Карен Карлтон, профессор биологии в Университете Мэриленда и соавтор статьи. «Гены, которые определяют спектр света, чувствительный к нашим глазам, оказались гораздо более изменчивым набором генов, вызывая большую эволюцию зрительной системы гораздо быстрее, чем мы ожидали».

Глаза позвоночных используют для зрения два типа фоторецепторных клеток — палочки и колбочки.И палочки, и колбочки содержат светочувствительные пигменты, называемые опсинами, которые поглощают световые волны определенной длины и преобразуют их в электрохимические сигналы, которые мозг интерпретирует как цвет. Количество и тип опсинов, экспрессируемых в фоторецепторной клетке, определяют цвета, которые воспринимает животное.

До этого нового исследования считалось, что колбочки отвечают за цветовое зрение, а палочки — за определение яркости в условиях недостаточной освещенности. Эта новая работа показывает, что это не совсем так.Анализируя геномы 101 рыбы, исследователи обнаружили, что некоторые рыбы содержат несколько опсинов палочек, что повышает вероятность того, что у них есть цветовое зрение на основе палочек.

Колбочки обычно содержат гены для экспрессии нескольких опсинов, поэтому они используются для цветового зрения. Но они не так чувствительны, как палочки, которые могут обнаруживать один фотон и используются для зрения при слабом освещении. У 99% всех позвоночных палочки экспрессируют только один тип светочувствительного опсина, а это означает, что подавляющее большинство позвоночных дальтоники в условиях низкой освещенности.

Зрение большинства глубоководных рыб следует той же схеме, но новое исследование выявило несколько замечательных исключений. Анализируя гены экспрессии опсинов в палочках и колбочках рыб, живущих на мелководье на глубине до 6500 футов, исследователи обнаружили 13 рыб с палочками, которые содержали более одного гена опсина. Четыре из них, все глубоководные рыбы, содержали более трех генов стержневого опсина.

Наиболее примечательной была серебристо-колючая рыба, у которой было 38 генов опсина стержня.Это больше опсинов, чем исследователи обнаружили в шишках любой другой рыбы, и самое большое количество опсинов, обнаруженных у любого известного позвоночного. (Для сравнения, человеческое зрение использует четыре опсина). Кроме того, стержневые опсины, обнаруженные у серебристых колючих рыб, чувствительны к разным длинам волн.

— Это было очень неожиданно, — сказал Карлтон. «Это означает, что у серебристых колючих рыб зрительные возможности совсем другие, чем мы думали. Тогда вопрос, что в этом хорошего? Для чего эти рыбы могли использовать эти спектрально разные опсины?»

Карлтон считает, что ответ может быть связан с обнаружением правильной добычи.Долгое время предполагалось, что животные, живущие на очень большой глубине, не нуждаются в цветовом зрении, потому что глубже 600 футов проникает только синий свет. Но, несмотря на недостаток солнечного света, морские глубины не лишены цвета. Многие животные, живущие в темноте, генерируют собственный свет посредством биолюминесценции.

Новое исследование показало, что у рыб с множественными опсинами-палочками определенная длина волны света их опсинов настроена так, чтобы перекрываться со спектром света, излучаемого биолюминесцентными существами, обитающими в их среде обитания.

«Возможно, их зрение хорошо настроено на разные цвета света, излучаемого разными видами, на которых они охотятся», — сказал Карлтон.

Важно отметить, что четыре вида рыб, у которых обнаружено более трех стержневых опсинов, не являются родственными видами. Это говорит о том, что цветовое зрение на основе палочек, которое можно рассматривать как глубоководное цветовое зрение, эволюционировало независимо несколько раз и должно приносить некоторую пользу для выживания.

Исследователи говорят, что их следующие шаги состоят в том, чтобы расширить исследование на других глубоководных рыб и найти мелководных родственников серебристых колючих рыб, которые, возможно, развили большое количество стержневых опсинов.

Это исследование проводилось в сотрудничестве с исследователями из Квинслендского университета в Австралии, Карлова университета в Чехии и Базельского университета в Швейцарии.

###

Исследовательская работа «Зрение с использованием множественных опсинов палочек у глубоководных рыб», Зузана Мусилова, Фабио Кортези1, Майкл Матчинер, Уэйн И. Л. Дэвис, Джагдиш Суреш Патель, Сара М. Стиб, Фанни де Буссерольес, Мартин Мальмстрем, Оле К. Торресен, Селеста Дж.Brown11, Jessica K. Mountford, Reinhold Hanel, Deborah L. Stenkamp, ​​Kjetill S. Jakobsen, Karen L. Carleton, Sissel Jentoft, Justin Marshall, Walter Salzburger, была опубликована в журнале Science 10 мая 2019 г.

Это исследование было поддержано Чешским научным фондом (награда № 16-09784Y), Швейцарским национальным научным фондом (награды № 166550, 156405, 176039, 165364), Basler Stiftung für Experimentelle Zoologie, стипендией UQ Development Fellowship, Австралийский исследовательский совет (награда No.FT110100176, LP0775179), грант проекта Discovery (номер премии DP140102117), Исследовательского совета Норвегии (номер премии 222378), Центра моделирования сложных взаимодействий, спонсируемого NIGMS (номер премии P20 GM104420), Национального научного фонда. (Награда № OIA1736253), Национальных институтов здравоохранения (Награда № 01EY012146, R01EY024639) и Европейского исследовательского совета. Содержание этой статьи не обязательно отражает точку зрения этих организаций.

Писатель: Кимбра Катлип

Контактное лицо по связям со СМИ: Эбби Робинсон, 301-405-5845, [email protected]образование

Университет Мэриленд

Collection Computer, математических и естественных наук
2300 Symons Hall
College Park, MD. 20742 www.cmns.umd.edu
@umdscience

О Колледже компьютерных, математических и естественных наук
Колледж компьютерных, математических и естественных наук Университета Мэриленда ежегодно обучает более 9000 будущих научных лидеров по программам бакалавриата и магистратуры.10 факультетов колледжа и более десятка междисциплинарных исследовательских центров способствуют научным открытиям, а ежегодное спонсируемое финансирование исследований превышает 175 миллионов долларов.

Открытие, которое «буквально меняет учебник» | MSUT Сегодня

Сеть нервов, соединяющих наши глаза с нашим мозгом, сложна, и теперь исследователи показали, что она развилась намного раньше, чем считалось ранее, благодаря неожиданному источнику: щуке.

 

Глаза этого пятнистого гара соединены с его мозгом одновременно древним и человеческим образом.Предоставлено Инго Браашем.

Инго Брааш из Мичиганского государственного университета помог международной исследовательской группе показать, что эта схема соединения уже присутствовала у древних рыб по крайней мере 450 миллионов лет назад. Это делает его примерно на 100 миллионов лет старше, чем считалось ранее.

 

«Для меня впервые одна из наших публикаций буквально меняет учебник, по которому я преподаю», — сказал Брааш, доцент кафедры интегративной биологии Колледжа естественных наук.

 

Эта работа, опубликованная онлайн в журнале Science 8 апреля, также означает, что этот тип связи между глазом и мозгом появился раньше, чем у наземных животных. Существующая теория заключалась в том, что эта связь сначала развилась у земных существ, а оттуда перешла к людям, где, по мнению ученых, она помогает нашему восприятию глубины и трехмерному зрению.

 

И эта работа, которую возглавили исследователи французской общественной исследовательской организации Inserm, не просто меняет наше представление о прошлом.Это также имеет значение для будущих исследований в области здравоохранения.

 

Изучение моделей на животных — это бесценный способ для исследователей узнать о здоровье и болезнях, но установить связь этих моделей с состоянием человека может быть непросто.

 

Например,

рыбки данио являются популярными модельными животными, но их связь между глазом и мозгом сильно отличается от таковой у человека. На самом деле, это помогает объяснить, почему ученые думали, что человеческая связь впервые развилась у четвероногих земных существ или четвероногих.

 

Инго Брааш (в центре) позирует в 2019 году с членами своей команды, менеджером предприятия по производству щука Бреттом Расикотом (слева) и научным сотрудником Эндрю Томпсоном (справа), держащими в руках пятнистую щуку, выращенную в МГУ. Предоставлено Инго Браашем

«Современные рыбы, у них нет такой связи глаза с мозгом», — сказал Брааш. «Это одна из причин, по которой люди думали, что это что-то новое для четвероногих».

 

Брааш — один из ведущих мировых экспертов по другому виду рыбы, известному как гар.Гар эволюционировал медленнее, чем рыбки данио, а это означает, что гар больше похож на последнего общего предка рыб и людей. Это сходство может сделать щуку мощной моделью животных для изучения здоровья, поэтому Брааш и его команда работают над тем, чтобы лучше понять биологию и генетику щуки.

 

Именно поэтому исследователи Inserm обратились к Браашу для этого исследования.

 

«Без его помощи этот проект был бы невозможен», — сказал Ален Шедоталь, директор по исследованиям Inserm и руководитель группы Института зрения в Париже.«У нас не было доступа к пятнистой щуке, рыбе, которой нет в Европе и которая занимает ключевое место на древе жизни».

 

Чтобы провести исследование, Чедоталь и его коллега Филиппо Дель Бене использовали новаторскую технику, чтобы увидеть нервы, соединяющие глаза с мозгом у нескольких разных видов рыб. Сюда входили хорошо изученные рыбки данио, а также более редкие экземпляры, такие как щука Брааша и австралийская двоякодышащая рыба, предоставленные сотрудником Квинслендского университета.

 

У рыбок данио каждый глаз имеет по одному нерву, соединяющему его с противоположной стороной мозга рыбы. То есть один нерв соединяет левый глаз с правым полушарием мозга, а другой нерв соединяет правый глаз с левой частью мозга.

 

Вот мозг гара. На этом изображении под микроскопом левое полушарие мозга флуоресцирует зеленым, а правое — пурпурным. Тем не менее, в нижней части изображения можно увидеть нервы обоих цветов, соединяющиеся с обоими полушариями.Это показывает, что оба глаза гара связаны с обеими сторонами его мозга, как глаза человека. Перепечатано с разрешения R.J. Вигуру и др. Наука 372: eabe7790 (2021)

Другие, более «древние» рыбы ведут себя иначе. У них есть так называемые ипсилатеральные или двусторонние визуальные проекции. Здесь у каждого глаза есть два нервных соединения, по одному с каждой стороны мозга, как и у людей.

 

Вооружившись пониманием генетики и эволюции, команда смогла оглянуться назад во времени, чтобы оценить, когда впервые появились эти двусторонние проекции.Заглядывая вперед, команда рада продолжить эту работу, чтобы лучше понять и изучить биологию зрительных систем.

 

«То, что мы обнаружили в этом исследовании, было лишь верхушкой айсберга, — сказал Чедоталь. «Было очень приятно видеть восторженную реакцию и теплую поддержку Инго, когда мы представили ему первые результаты. Нам не терпится продолжить проект с ним».

 

И Брааш, и Чедоталь отметили, насколько мощным было это исследование благодаря надежному сотрудничеству, которое позволило команде исследовать так много разных животных, что, по словам Брааша, является растущей тенденцией в этой области.

 

Исследование также напомнило Браашу о другой тенденции.

 

«Мы все больше и больше обнаруживаем, что многие вещи, которые, как мы думали, эволюционировали относительно поздно, на самом деле очень старые», — сказал Брааш, что на самом деле заставляет его чувствовать себя немного более связанным с природой. «Я узнаю кое-что о себе, когда смотрю на этих странных рыб и понимаю, насколько старые части нашего собственного тела. Я очень рад рассказать историю эволюции глаза с новым поворотом в этом семестре на нашем курсе по сравнительной анатомии.

 

(Примечание для СМИ: пожалуйста, включите ссылку на оригинал статьи в онлайн-репортаж: https://science.sciencemag.org/content/372/6538/150)

Когда наши эволюционные предки впервые выползли на сушу, их мозг заполнил череп лишь наполовину

Большинство из нас признало бы человеческий мозг, но как насчет мозга лягушки или рыбы? Учитывая огромное разнообразие жизни на Земле, есть несколько странных и замечательных мозгов.

Несмотря на это, основной план мозга большинства позвоночных (животных с позвоночником) сходен и состоит из трех основных областей: переднего, среднего и заднего мозга.Но различия в размерах и форме между этими областями (и другими) делают изучение позвоночных такими увлекательными.

Исследование, опубликованное сегодня моими коллегами и мной в журнале Frontiers in Ecology and Evolution, показывает, что некоторые из наших самых ранних предков, которые, вероятно, все еще делали свои первые шаги на суше, имели мозг, который занимал только половину пространства в их черепах.

Препятствия изучения древнего мозга

Выращивание и поддержание мозговой ткани энергетически затратно для животных.Считается, что относительный размер различных областей мозга определяется концепцией, известной как «принцип правильной массы».

В нем говорится, что чем важнее чувство или область мозга для животного, тем больше вероятность того, что эта область будет увеличена по сравнению с другими. В конце концов, бессмысленно тратить много энергии на выращивание центра обработки изображений, если вы слепое животное, живущее в пещерах.

В то время как изучение мозга живых животных является простым делом, это гораздо сложнее для вымерших животных.Когда организмы окаменевают, их мягкие ткани (включая мышцы и мозг) имеют тенденцию быстро разлагаться, оставляя только твердые части скелета.

Это означает, что специалисты должны изучить внутренние части черепа (или «мозговую оболочку») и пустоту внутри него, которая называется «эндокастом». Палеоневрология — это изучение эндокастов и ископаемых мозгов. Это месторождение было основано около века назад палеонтологом Тилли Эдингер.

На заре палеоневрологии ученым приходилось полагаться на удачные открытия черепов, расколотых пополам, чтобы открыть внутренности, или уничтожать образцы, чтобы создать эндокаст.В наши дни исследователи могут использовать передовые методы сканирования для создания эндокастов в цифровом виде, не повреждая образец.


Прочитайте больше: Новая техника деформации мозга, которая помогает реконструировать ископаемый мозг


Потрясающий переход четвероногих

Сегодня половину всех позвоночных можно отнести к четвероногим — животным с четырьмя конечностями, несущими пальцы (пальцы рук и ног). Сюда входят люди, лягушки, крокодилы, попугаи и кенгуру, а также многие другие.

Животные, породившие этот огромный массив, известны как «стволовые четвероногие». Эти храбрые звери впервые вышли из воды на сушу более 360 миллионов лет назад.

Для превращения рыб в наземных четвероногих потребовалось много изменений в их теле и мозге. Плавники уступили место конечностям, а жабры уступили место легким, которые могли дышать воздухом. Более того, земное царство представляло бы совершенно новую сенсорную среду для навигации.

Различные среды, в которых обитали животные в период перехода от рыбы к четвероногим, благоприятствовали бы разным типам мозга.Автор предоставил

Как мозг стеблевых четвероногих изменился в ответ на этот крупный экологический сдвиг?

У нас есть некоторые подсказки, полученные из частей скелета, такие как увеличенные глазницы, которые совпадают с переходом от рыб к четвероногим на суше. Одно исследование показало, что изменение положения и размера глаз привело бы к миллионному увеличению остроты зрения у ранних четвероногих по сравнению с их родственниками-рыбами.

Если это так, мы ожидаем, что такие изменения будут отражаться в областях мозга, отвечающих за визуальную обработку.Но как мы можем проверить это?

Интерпретация древних эндокастов

Одна из самых сложных вещей в интерпретации эндокастов заключается в том, что не все мозги полностью заполняют пространство эндокастов. В то время как у большинства птиц и млекопитающих мозг точно соответствует форме эндокаста, у других животных, таких как рыбы, амфибии и рептилии, он обычно отсутствует.

На самом деле, латимерия известна тем, что у нее очень маленький мозг, который занимает всего 1% ее эндокаста.

Целаканты — редкий отряд рыб, включающий два вида рода Latimeria.Шаттерсток

Прочитайте больше: Мы отсканировали одного из наших ближайших родственников, целаканта, чтобы узнать, как растет его мозг.


Я изучал пространственные отношения между мозгом и эндокастом у животных, которые попадают в категорию, называемую стеблевыми четвероногими «существующая филогенетическая скобка». Это ближайшие из ныне живущих родственников вымерших стеблевых четвероногих на эволюционном древе.

В эту категорию входят латимерии, двоякодышащие рыбы и амфибии, такие как лягушки, саламандры и червяги.

Используя метод сканирования, называемый компьютерной томографией, мы отсканировали головы этих животных и измерили мозг внутри, чтобы сравнить размер и форму мозга с мозгом эндокаста.

Мозг (розовый) и эндокасты (серый) животных, охватывающих переход рыбы-четырехногих. Автор предоставил

Серия статей, опубликованных мной и моими коллегами, показала, что двоякодышащие рыбы, в отличие от целаканта, имеют мозг, который заполняет гораздо большую часть их эндокаста (начиная примерно с 40% и, возможно, до 80%).

У земноводных мозг саламандры очень похож на мозг двоякодышащей рыбы и аналогичным образом заполняет их эндокасты.

Однако в нашей последней статье мы исследовали лягушек и червяг и обнаружили, что у них мозг, как правило, более плотно прилегает к эндокасту.

Цецилии — безногие земноводные, живущие во влажной подземной почве и лесных ручьях. Шаттерсток

Реконструкция старых мозгов

Это знание помогает нам более точно оценить вероятные размеры мозга вымерших стеблевых четвероногих.Кроме того, рассмотрение экологии и среды обитания живых родственников помогает нам еще больше сузить эти значения.

Например, лягушки и червяги являются узкоспециализированными амфибиями и поэтому вряд ли точно отражают биологию первых четвероногих. Точно так же латимерия — глубоководная морская рыба, тогда как самые ранние четвероногие жили на мелководье и в прибрежной среде.

Таким образом, саламандры и двоякодышащие рыбы остаются лучшими живыми примерами того, на что могла быть похожа нервная биология первых четвероногих.Имея это в виду, мы можем разумно предположить, что мозг наших ранних предков, сделавших первые шаги на сушу, на 40-50% заполнял их эндокасты, а остальная часть, вероятно, была заполнена жировой тканью или жидкостью.

Объединив это с впечатляющими окаменелостями, сохранившимися в 3D, мы можем начать реконструировать мозг этих животных, живших миллионы лет назад.

Кроме того, понимание того, как их мозг изменился во время жизненного перехода от воды к суше, поможет нам понять гигантский шаг в нашей собственной истории нейронной эволюции.


Благодарность: исследование, упомянутое в этой статье, было проведено в сотрудничестве с профессором Джоном Лонгом и мисс Коринн Менсфорт из Университета Флиндерс, профессором Шоном Коллином из Университета Ла Троб и доктором Томом Чалландсом из Эдинбургского университета (Великобритания).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.