Самоорганизация и неравновесные
процессы в физике, химии и биологии
 Мысли | Доклады | Самоорганизация 
  на первую страницу НОВОСТИ | ССЫЛКИ   

Да которо полё всим полям полё? - Да Ондрон-полё да всим полям полё
от 25.05.05
  
Мысли


спиральные волны представляют собой главный тип элементарных самоподдерживающихся структур в возбудимых средах



РигВеда X, 158. К Сурье

Автор, по анукрамани, - Чакшус, сын Сурьи (Caksus букв. глаз Saurya).  Размер - гаятри
3 Способность видеть caksun - Первое значение этого слова - глаз. Способность видеть вообще, и в особенности видеть солнце, означала на языке риши жить

1 Сурья нас с неба пусть охраняет,
Вата (ветер) из воздушного пространства,
Агни нас из земных (просторов)!

2 Будь доволен, о Савитар, ты чья
Вспышка стоит сотни побуждений!
Охраняй нас от летящей молнии!

3 Способность видеть (пусть даст) нам бог Савитар,
Способность видеть нам также Парвата,
Способность видеть Дхатар пусть даст нам!

4 Дай нашему глазу способность видеть,
Способность видеть, чтобы мы различали для себя!
Мы хотим глядеть на этот (мир) и разглядывать его!

5 Тебе, столь приятному на вид, мы
Хотим смотреть в лицо, о Сурья,
Мы хотим рассматривать, глядя на мужей

***
.
Триста лет усилий не привели к согласованию представлений о разуме (mind) с концепциями классической физики...Классическая физика опирается на локальность, на редукционизм, на детерминистскую концепцию природы, в которой сознание не находит себе логического основания и способно выполнять только роль пассивного наблюдателя...квантовая же теория обратилась к нелокальности, отказалась от редукционизма и детерминизма в понимании природы...(Stapp H.P. A Quantum Theory of Consciousness. 1992. р.209).
...Посмотрим, хотя бы поверхностно, на структуру квантовой механики (Медведев, Ширков. Квантовая теория поля. Физ.энц. т.2. 1990):
По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее конкретных проявлений.
...истоком общего понятия квантового поля явилась волновая функция частицы пси (х,t), которая является не самостоятельной физической величиной, а амплитудой (амплитуда - отклонение от нулевого значения величины, колеблющейся по определенному закону) состояния частицы: вероятности любых, относящихся к частице физических величин выражаются через билинейные по пси выражения. Таким образом, в квантовой механике с каждой материальной частицей оказалось связано новое поле - поле амплитуд вероятностей (с.300).
Завершим сказанное выше общепринятой формулировкой: состояние квантовой системы описывается волновой функцией, квадрат модуля которой определяет вероятность данного состояния.
С философской позиции уместно обратить внимание на то, как квантовая механика расширяет наш кругозор. Отметим три соотнесенных с ней темы:
1) Дуализм материи - ее двоякую структуру, взаимодополняемую, одна из составляющих которой - дискретность (квантованность), другая - континуальность (волновая функция).
2) Вероятностную логику - отказ от привычных нам жестких причинноследственных связей.
3) Признание не-локальности (в физике термин локальность используется в тех случаях, когда точка, находящаяся в пространстве и времени, оказывается в зависимости только от ближайшей точки в ее окрестности. В квантовой механике, согласно (Davies, 1988, р.177): можно полагать, что волновая функция, как считают некоторые физики, проявляется во всей Вселенной)
Василий Васильевич Налимов. Разбрасываю мысли
http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_961.htm
http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_840.htm
***
Сын СвЪтен Iнтр уводе тьме а iмахом Вынего допоменце нашего
***
Открытие бифуркаций типа Ландау - Хопфа, а затем и странных аттракторов, т.е. режимов, при которых динамическая система становится генератором многопериодических и случайных сигналов, существенно обогатило теорию нелинейных колебаний и позволило расширить круг явлений, допускающих исследование с использованием аналогий. В частности, это относится к периодическим процессам, изучаемым биологией. К числу важнейших явлений такого рода следует отнести электрические ритмы мозга, регистрируемые с кожи головы в виде относительно медленных колебаний электрического потенциала - электроэнцефалограммы (ЭЭГ). В предлагаемой работе делается попытка объяснить с помощью теории нелинейных колебаний структуру и механизм возникновения ЭЭГ, а также представить некоторые соображения о возможном функциональном значении мозговых ритмов. Актуальность подобной попытки обусловлена тем, что, несмотря на существенные успехи в области практического использования феноменологии ЭЭГ (в физиологических исследованиях, медицине, психологии), до сих пор, спустя полустолетие после открытия явления, отсутствует сколько-нибудь законченная теория механизмов генерации электрических ритмов в мозге и особенно их роли в мозговой деятельности, проявляющейся в психике и поведении. Причиной этого
является необычайная сложность организации взаимодействий элементов, узлов, блоков мозга при осуществлении целостных актов. Отсутствие теории привело к тому, что относительно функционального назначения электрических ритмов мозга в настоящее время существуют полярные точки зрения: от признания их крайней важности, определяющей, возможно, самые существенные аспекты целостной деятельности мозга, до отнесения этих ритмов к категории шумов, которые в лучшем случае могут служить грубым индикатором работы отдельных мозговых блоков, но самостоятельной функциональной нагрузки не несут
...В настоящей статье исходным является представление о высокой функциональной значимости электрической мозговой ритмики и делается попытка выяснить некоторые особенности функционирования здорового и больного мозга как результата взаимодействия колебательных процессов, возникающих в конкретных структурах: коре больших полушарий и некоторых глубинных образованиях, в первую очередь зрительных буграх (таламусе) и ретикулярной формации мозгового ствола.
Публикация статьи в УФН обусловлена рядом связанных между собой обстоятельств. Так как в статье использованы подходы и аналогии, базирующиеся в большой мере на физической теории нелинейных волновых процессов, представляет интерес оценка физиками как конкретных результатов примененного подхода, так и принципиальной его обоснованности.
Авторы надеются, что привлечение внимания и интереса физиков к затронутому кругу вопросов может оказаться перспективным и в плане дальнейшей разработки проблемы, ибо представленное - лишь попытка установить начальные вехи на весьма сложном, запутанном пути. На этом этапе любая помощь в разработке физических аспектов проблемы особенно желательна и ценна, хотя, конечно, решающее слово принадлежит соответственно организованному нейрофизиологическому и психологическому
эксперименту.
Изложение и понимание затронутых вопросов сопряжено с некоторыми трудностями. Медицина и биология - издавна сложившиеся опытные науки со своим словарем, кругом понятий, методологией. Неизбежен поэтому вводный схематический рассказ об электроэнцефалограмме, устройстве мозга, функциях основных его отделов, а также об элементе нервных сетей-
нервной клетке (нейроне) и ее работе.
1. Сведения из нейрофизиологии (понятия и язык)
а) Электрические волны мозга - электроэнцефалограмма
Электроэнцефалография - это регистрация и изучение колебаний электрических потенциалов головного мозга. С 1928 по 1934г. австрийский психиатр Г. Бергер опубликовал основополагающие работы, в которых впервые было дано систематизированное описание электрической активности мозга человека (электроэнцефалограммы - ЭЭГ), зарегистрированной с помощью электронных усилителей в разных состояниях: бодрствовании, естественном сне, наркозе, нарушениях метаболизма мозга. ЭЭГ,
различная при перечисленных состояниях мозга, представляет собой сложную кривую, в состав которой входят колебания разной частоты и амплитуды.
В 1968г. была зарегистрирована магнитоэнцефалограмма (МЭГ), в которой измеряются не электрические потенциалы, а магнитные поля мозга, т.е. в конечном счете токи, возникающие между разными частями нейронов. Величина напряженности таких магнитных полей на расстоянии 2 см от черепа составляет 10^-7 - 10^-8 Э.
С.М. Осовец, Д.А. Гинзбург, В.С. Гурфинкель, Л.Р. Зенков, Л.П. Латаш, В.Б. Малкин, П.В. Мельничук, Е.Б. Пастернак. Электрическая активность мозга: механизмы и интерпретация. УФН 141 с.103-150 (1983)
http://ufn.ru/ru/articles/1983/9/c
...Способность воспринимать магнитное поле Земли, отвергнутая в свое время как физически невозможная, присутствует, как теперь известно, у различных животных. Рецепторы для магнитного восприятия остаются пока неясными...
Каковы доказательства, что животные воспринимают магнитные поля?
Доказательства магнитовосприятия в основном поведенческие. Наиболее распространенный подход заключается в том, чтобы изменять магнитное поле вокруг животных и следить за соответствующими изменениями в ориентации и навигации в их поведении. Как правило, это делается в лаборатории, где можно производить тщательно откалиброванные магнитные поля. Но опыты также осуществлялись в полевых условиях со свободноподвижными животными, которые мигрируют или находят дорогу к дому. Например, стандартные стержневые магниты производят более сильное магнитное поле, чем естественное поле Земли, и размещение их на почтовых голубях и морских черепахах нарушает их навигацию при некоторых условиях. Нейробиологические методы также представляют некоторые доказательства; в ряде случаев, электрофизиологические записи и показания экспрессии генов обнаруживают нейроны, нервы и мозговые области, которые изменяют электрическую активность в ответ на изменения магнитного поля в окружающей области.
Какую информацию животные могут извлечь из магнитного поля Земли?
Потенциально в их распоряжении два типа информации. Простейшей является информация о направлении, которая позволяет животному поддерживать последовательное движение, например, на север или на юг. У животных с этой способностью, как говорят, есть магнитный компас. В отличие от этого, по крайней мере некоторые животные могут также получить информацию о местоположении. Другими словами, они могут использовать магнитные сигналы, чтобы оценить свои приблизительные географические координаты, или же как они расположены по отношению к некоей цели. Животные, извлекающие информацию о местоположении из магнитного поля, как утверждается, обладают магнитной картой. Этот термин используется как удобное сокращение, и не означает, что карта обязательно детализирована или организована таким же образом, как и человеческие карты.
Как геомагнитное поле может использоваться в качестве карты?
Некоторые геомагнитные параметры, такие как интенсивность (сила) поля и наклон силовых линий, предсказуемо меняются по поверхности Земли таким образом, что делает их пригодными для позиционирования и поиска. Морские черепахи, омары и некоторые другие животные могут воспринимать эти параметры. Изучая характерные особенности поля, существующие в определенном месте, а также окружающую магнитную топографию, эти животные могут использовать магнитное поле Земли для навигации в направлении конкретных целей. По сути, они обладают низкого разрешения биологическим эквивалентом Global Positioning System (GPS), которая основана на магнитном поле Земли вместо спутниковых сигналов.
Ограничена ли способность к магнитовосприятию мигрирующими видами?
Нет. Хотя большая часть исследований магнитовосприятия была сосредоточена на дальних мигрантах, магнитная чувствительность филогенетически широка; она существует во всех основных группах позвоночных животных, а также у некоторых моллюсков, ракообразных и насекомых. Список включает в себя такие группы, как мухи, моль, куры и крысы, ни одна из которых не мигрирует. Некоторые данные показывают, что даже крупный рогатый скот ориентируется по отношению к полю Земли, хотя почему, не известно. Однако, несмотря на то, что различные животные, по-видимому, воспринимают магнитные поля, локализовать рецепторы, которые лежат в основе этой способности, оказалось довольно сложно.
Почему так сложно определить магниторецепторы?
Магнитные поля отличны от других сенсорных раздражителей в том, что они свободно проходят через биологические ткани. В то время как рецепторы чувств, таких как обоняние и зрение, должны вступить в контакт с внешней средой, магниторецепторы могут находиться практически в любом месте внутри тела животного. Кроме того, крупные вспомогательные структуры для фокусировки и управления полем - аналоги барабанных перепонок и линз - вряд ли существуют, потому что крайне мало материалов биологического происхождения влияют на магнитные поля. Магниторецепторы также могут быть крохотными и рассеянными по всему объему ткани, или же процесс трансдукции может происходить в виде набора химических реакций, это означает, что никаких очевидных органа или структуры, посвященных этой сенсорной системе, не существует. Если представить попытку найти небольшое число субмикроскопических, возможно внутриклеточных, структур, рассеянных в неизвестных местах по всему телу животного, вы сможете начать осознавать масштаб проблемы.
Как животные обнаруживают магнитное поле?
Никто не знает наверняка, несмотря на то, что были предложены многочисленные идеи. В настоящее время три ведущих гипотезы ссылаются на электромагнитную индукцию, систему, включающую магнетит, и химическую магниторецепцию.
Каков принцип работы электромагнитной индукции?
Представьте себе небольшой стержень, состоящий из электропроводного материала. Если стержень движется в магнитном поле в любом направлении, кроме параллельного линиям поля, положительно и отрицательно заряженные частицы мигрируют по разные стороны стержня. Это приводит к постоянному напряжению, которое зависит от скорости и направления движения по отношению к магнитному полю. Если стержень погружен в проводящую среду, которая является неподвижной по отношению к полю, формируется электрическая цепь и начинает течь ток через среду и стержень. Этот принцип электромагнитной индукции может объяснить, как пластинчатожаберные рыбы (акулы, скаты) воспринимают магнетизм. Туловища этих животных являются токопроводящими, и рыбы обладают электрорецепторами высокой чувствительности, которыми они могли бы обнаружить падение напряжения наведенного тока, возникающее в то время как они проплывают через поле Земли. Но воспринимают ли эти рыбы на самом деле магнитные поля таким образом, не известно.
Может ли такой же механизм индукции работать у многих животных?
Наверное, нет. Такой механизм требует высокой чувствительности электрорецепторов, чем большинство видов не обладает. Кроме того, морская вода является сильно проводящей средой, но воздух не является. Таким образом, птицы и другие наземные животные не могут выполнить магниторецепцию так, как было предложено для электрочувствительных морских рыб. Два механизма кажутся более вероятными для других животных: магнетит и химическое магнитовосприятие.
Что такое гипотеза магнетита?
Гипотеза состоит в том, что кристаллы магнитных минералов магнетита (Fe3O4) обеспечивают физическую основу для магнитовосприятия. Идея была вдохновлена отчасти в связи с открытием, что некоторые бактерии производят кристаллы магнетита; в результате, бактерии физически поворачиваются в соответствие с силовыми линиями геомагнитного поля и могут перемещаться по ним. Магнетит был обнаружен в нескольких магниточувствительные животных, но особенно подробные исследования были проведены с лососем и радужной форелью. У форели магнетит сосредоточен в области носа у нерва, который реагирует на магнитные раздражители. Магнетит, выделенный из рыб и других животных, главным образом, был в форме однодоменных кристаллов, напоминающих те, что найдены у бактерий. Однодоменные кристаллы представляют собой крошечные (около 50 нанометров в диаметре), постоянно намагниченные магниты, которые разворачиваются в соответствии с магнитным полем Земли, если им разрешено свободно вращаться. Такие кристаллы могут обеспечить физическую основу для магнитной чувствительности.
Как это могло бы работать?
Простейшая возможность, что кристаллы магнетита воздействуют крутящим моментом...
Магнитное чувство (Q&A: Animal behaviour: Magnetic-field perception. Kenneth J. Lohmann. Nature, Vol. 464, No. 7292. 22 April 2010)
http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7292/full/4641140a.html  
http://nature-wonder.livejournal.com/178304.html
В клетке хлорофилловые зерна располагаются неравномерно, а больше по краям или иногда пересекая клетку. И странно - хлорофилловые зерна как будто медленно движутся. Да, как зеленые вагончики, друг за другом будто сцепленные, они бегут в одну сторону по краям клетки и пересекая ее. Мы неверно назвали хлорофилловые зерна вагончиками, так как не они бегут, а бегут - струятся прозрачные рельсы. Это движется, струится замечательное живое вещество - протоплазма. Недаром она так называется. По-гречески протос - первый, плазма - образующееся вещество - первичное вещество. Протоплазма вечно движется в живых клетках, то медленнее, то быстрее
Учебное пособие, переплывшее океан
http://flowerlib.ru/books/item/f00/s00/z0000039/st044.shtml
Свободные группы и Деревья. Дiд Дуб Сноп наш
http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_298.htm

Протоплазма любой клетки отделена от окружающей среды очень тонкой прозрачной мембраной. Так как эта мембрана неодинаково проницаема для различных ионов, обычно содержащихся в протоплазме клетки и в окружающей ее жидкости, вещество клетки заряжено отрицательно по отношению к внеклеточной жидкости. В нервной клетке животного этот внутренний отрицательный потенциал составляет примерно 70 милливольт. Подобным свойством обладают все клетки-будь то клетки растений, рыб или человека, какой бы части организма они ни принадлежали; насколько известно, каждая клетка имеет мембрану, между двумя поверхностями которой существует разность потенциалов. Это интересный пример глубокого сходства между живыми организмами. Если бы биолог не сталкивался с примерами такого рода сходства на каждом шагу, его задача была бы еще труднее.
Проведение нервного возбуждения становится возможным в результате специализации электрических свойств мембран живых клеток. Сигналы, поступающие через входные участки нейрона, вызывают эффекты, понижающие электрический потенциал протоплазмы в теле нейрона по сравнению с его нормальной величиной 70 милливольт. Это снижение потенциала распространяется на ближайший участок основания аксона. Если это снижение потенциала, или деполяризация, достигает достаточной величины, то аксон проявляет интересную, лишь ему свойственную особенность: происходит электрический пробой его оболочки. Точнее говоря, уменьшение его внутреннего потенциала с 70 до 60 милливольт ведет к внезапному изменению проницаемости мембраны, отделяющей протоплазму аксона от окружающей жидкости. В результате этого изменения наружные ионы натрия, которые ранее не могли пройти через мембрану, устремляются внутрь аксона, тогда как избыток внутренних ионов калия выходит наружу. Суммарный электрический эффект этого перемещения ионов состоит в резком изменении .внутреннего потенциала в том участке аксона, где происходит пробой: нормальная величина ( - 70 милливольт) сменяется слегка положительной величиной по отношению к окружающей жидкости. Вначале это чисто локальное явление, происходящее только у основания аксона. Однако возникающая при этом разность потенциалов между участком пробоя и соседней протоплазмой вызывает перемещение ионов, которое быстро приводит к деполяризации соседнего участка аксона, достаточной для того, чтобы вызвать пробой и в этом участке; при этом возникает ток, деполяризующий следующий участок аксона, и т.д. Таким образом импульс деполяризации, или потенциал действия, распространяется вдоль аксона.
Это и есть тот нервный импульс типа все или ничего, который со времени его открытия составлял загадку для нейрофизиолога.
Одно из свойств потенциала действия, имеющих первостепенное значение, - это скорость распространения. Она находится в сложной зависимости от химических и электрических свойств аксона и окружающей жидкости, а также от толщины аксона. Вообще нервные импульсы распространяются быстро по волокнам большей толщины и медленно - по тонким волокнам.
В организме человека одни сигналы движутся со скоростью пешехода (3 - 4 километра в час, или 1 метр в секунду), другие - быстрее гоночного автомобиля (более 300 километров в час, или 100 метров в секунду).
Еще одна важная особенность передачи импульса по аксону состоит в том, что он нисколько не ослабевает при своем движении по нервному волокну. Когда это свойство было впервые открыто, казалось весьма удивительным, что нервный импульс, проходя расстояния, в тысячи раз большие, чем диаметр проводящего волокна, прибывает к месту назначения таким же, каким он покинул тело породившего его нейрона. Сейчас мы видим в этом естественное следствие феномена распространения электрического пробоя, при котором импульс эффективно возобновляется на каждом этапе своего продвижения. Энергия, необходимая для такой последовательной регенерации, первоначально образуется за счет различий в концентрации ионов натрия и калия внутри и вне аксона; эти различия в свою очередь являются результатом химических метаболических процессов, постоянно идущих на всем протяжении аксона, которые восстанавливают и поддерживают электрохимические условия в клетке, находящейся в состоянии покоя.
Возвращение протоплазмы аксона к нормальному состоянию равновесия после прохождения потенциала действия имеет фундаментальное значение для нервных механизмов. Аномальная проницаемость мембраны, лежащая в основе прохождения импульса по аксону,- явление весьма кратковременное; нормальные характеристики мембранной проницаемости и обычная величина электрической поляризации восстанавливаются всего лишь за одну или две тысячные секунды. К тому моменту, когда участок аксона вновь приобретает способность к возбуждению, потенциал действия уже проходит расстояние, во много раз превосходящее диаметр аксона, и находится слишком далеко, чтобы вызвать повторный разряд в восстановившей свою возбудимость цитоплазме. В результате нервный импульс всегда распространяется в одном направлении - он удаляется от тела нейрона.
Когда протоплазма у основания аксона восстанавливает свои первоначальные свойства, в ней может быть вызван новый нервный импульс. Это происходит, как только нервные импульсы, поступающие в нейрон через его входные участки, вновь создают в теле нейрона степень деполяризации, достаточную для возникновения нового разряда у основания аксона. Если приходящие сигналы сильны, для этого не требуется много времени. Потенциалы действия следуют друг за другом с короткими интервалами, и нервный сип ал может достичь частоты нескольких сотен импульсов в секунду. Если же сигналы, поступающие через входные участки, слабы, то для повторной пороговой деполяризации тела нейрона после разряжающего действия каждого импульса может потребоваться сравнительно долгое время; в таком случае сигнал, распространяющийся по аксону, имеет частоту всего несколько импульсов в секунду.
Когда потенциал действия достигает синапса, соединяющего данный аксон с телом следующего нейрона или с одним из его дендритов, происходят события совершенно иного рода. В синапсе приходящий электрический сигнал оказывается блокированным. Электронно-микроскопическое исследование показывает, в чем здесь дело: аксон передающего нейрона не соприкасается непосредственно с дендритом или телом нейрона, воспринимающего импульс. Всегда существует промежуток величиной около одной миллионной дюйма (примерно 200 ангстрем). Путем остроумных и тщательных экспериментов было установлено, что нервный импульс преодолевает этот промежуток с помощью химических передатчиков. Каждый приходящий импульс вызывает освобождение ничтожного количества вещества-передатчика, которое диффундирует через жидкость синтетической щели на другую ее сторону. Под влиянием этого вещества проницаемость мембраны воспринимающего нейрона изменяется, и это изменение приводит к перераспределению ионов, ведущему к изменению электрического заряда в протоплазме тела этого нейрона. Примерно за 1 миллисекунду такого рода импульс электрического заряда распределяется по всему телу клетки и тем самым изменяет степень поляризации, которая и определяет, произойдет ли разряд у основания аксона. Важно отметить, что явления, происходящие на входных участках нейрона, протекают не по закону все или ничего. Действительно, с точки зрения специалиста по вычислительным машинам они больше похожи на перевод данных из цифровой формы в аналоговую. После каждого пришедшего по аксону импульса на теле следующего нейрона накапливается некоторый заряд, рассеивающийся относительно медленно. Хотя все приходящие импульсы имеют одну и ту же величину, поступление сигнала более высокой частоты вызывает в синапсе пропорционально больший эффект деполяризации. Последний в свою очередь может вызвать импульсный разряд сравнительно высокой частоты в аксоне, отходящем от второго нейрона.
Д. Вулдридж. Механизмы мозга. М. Мир, 1965. с.19-23
http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_161.htm



Протоплазма любой клетки отделена от окружающей среды очень тонкой прозрачной мембраной. Так как эта мембрана неодинаково проницаема для различных ионов, обычно содержащихся в протоплазме клетки и в окружающей ее жидкости, вещество клетки заряжено отрицательно по отношению к внеклеточной жидкости. В нервной клетке животного этот внутренний отрицательный потенциал составляет примерно 70 милливольт. Подобным свойством обладают все клетки-будь то клетки растений, рыб или человека, какой бы части организма они ни принадлежали...Одним из принципиальных отличий клеток растительного происхождения от клеток животного происхождения является то, что протоплазма первых состоит главным образом из хлорофилла, а протоплазма вторых - из гемоглобина...хлорофилл и гемоглобин имеют подобные химические структуры...в ядрах хлорофилла находится магний, а в тех же ядрах гемоглобина - железо...магний, и железо двухвалентны...Главная функция гемоглобина состоит в переносе кислорода. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается от связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO2) и освобождать его в лёгких...Около 2,4 миллиона новых эритроцитов образуется в костном мозге каждую секунду. Они циркулируют в крови около 100-120 дней и затем поглощаются макрофагами. Приблизительно четверть всех клеток в теле человека - эритроциты
http://www.xpomo.com/rusograd/base/fotosintes.html
Картина Н. Врубеля - Жемчужина. 1904
Михаил Врубель. Жемчужина. На картине изображена раковина халиотиса (брюхоногий моллюск - морское ушко - подобие человеческому уху) с девами-жемчужинами
Уолтер Грей первый увидел, как альфа-ритмы бегут по коре. Помог ему в этом двадцатидвухглазый Топси.
Двадцать две электроннолучевые трубки соединили с электродами. Каждый электрод подключили к мозгу. Электроды принимают из него электрические сигналы. Усилитель их усиливает, электроннолучевые трубки преобразуют в световые вспышки, яркость которых зависит от активности соответствующего участка мозга. Все двадцать две трубки помещают позади экрана. А на экран наносят контуры мозга. Трубки располагают с таким расчетом, чтобы спроецировать сигналы от участков мозга, к которому они подсоединены, на соответствующее место рисунка на экране. Это топоскоп Уолтера Грея. Ласково - Топси. Прибор для исследования топографии активности мозга.
http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_157.htm
Миокард, подобно нервной ткани и скелетным мышцам, принадлежит к возбудимым тканям, то есть волокна миокарда обладают потенциалом покоя, отвечают на надпороговые стимулы генерацией потенциалов действия и способны проводить эти потенциалы без затухания. Межклеточные соединения в сердце (например, вставочные диски ) не препятствую проведению возбуждения. Мышечная ткань предсердий и мышечная ткань желудочков ведет себя как функциональный синцитий: возбуждение, возникающее в каком-то одном отделе, охватывает все без исключения невозбужденные волокна. Благодаря этому сердце подчиняется закону - все или ничего - на раздражение оно отвечает либо возбуждением всех волокон, либо (если раздражитель подпороговый) не реагирует вовсе.
Ритмические сокращения сердца возникают под действием импульсов, зарождающихся в нем самом. Если изолированное сердце поместить в соответствующие условия, то оно будет продолжать биться с постоянной частотой. Это свойство называется автоматизмом. В норме ритмические импульсы генерируются только специализированными клетками водителя ритма (пейсмекера) и проводящей системы сердца.
водитель ритма
В норме водителем ритма служит синоатриальный узел, расположенный в стенке правого предсердия у места впадения в него верхней полой вены. Частота разрядов этого узла в покое составляет около 70 в минуту. От него возбуждение распространяется к рабочему миокарду обоих предсердий по проводящей системе, вокруг которой расположена невозбудимая соединительная ткань. При распространении возбуждения оно на короткое время задерживается в атриовентрикулярном узле. Остальные отделы специализированной проводящей системы - пучок Гиса с его левой и правой ножками и их конечные разветвления - волокна Пуркине - проводят импульсы довольно быстро (со скоростью порядка 2 м/с), и поэтому различные отделы желудочков достаточно синхронно охватываются возбуждением. Скорость распространения импульса от субэндокардиальных окончаний волокон Пуркине по рабочему миокарду составляет 1 м/с.
***
В патологических условиях роль водителя ритма могут выполнять другие участки сердца. Некоторые специализированные клетки сердца генерируют импульсы спонтанно, т.е. без каких-либо воздействий извне (автоматия), поскольку они пребывают в автоколебательном режиме. Синусно-предсердный узел подавляет более частыми импульсами все нижерасположенные участки проводящей системы, но в случае его повреждения водителем ритма может стать предсердно-желудочковый узел, который генерирует импульсы с частотой 40-50 в минуту. В случае повреждения и этого узла, волокна предсердно-желудочкового пучка (пучок Гиса) могут стать водителем ритма, взяв на себя его функцию. Частота генерируемых импульсов и сердечных сокращений будет около 30-40 в минуту. Если и эти водители ритма не будут работать, то ими могут стать Волокна Пуркинье, задавая ритм сердца около 20 в минуту.
***
Сердечная мышца (как и любая другая мышечная ткань) относится к так называемым возбудимым системам. Распространение волн в таких системах осуществляется посредством источника энергии, распределенного в ней. При подаче импульса в такую систему от места его приложения начинает распространяться возмущение - волна возбуждения: поступивший импульс не затухая последовательно передается от элемента к элементу. Обычно после возбуждения каждый элемент не способен сразу же возбудиться вновь. Как правило, существует определенное время релаксации, называемое периодом рефрактерности, во время которого элемент как бы восстанавливается. Это приводит, с одной стороны, к упорядоченному пространственному распространению волны возбуждения, а с другой стороны, при частой подаче импульсов (или при большом периоде рефрактерности) часть из них окажется блокированной. При описании ряда возбудимых сред часто прибегают к аппроксимации исходной системы совокупностью отдельных возбудимых элементов, локально взаимодействующих друг с другом. Каждый такой элемент способен находиться в одном из трех состояний - покоя, возбуждения и рефрактерности. Из состояния покоя элемент может перейти в возбужденное состояние, в котором будет находиться определенное время. Затем он переходит в состояние рефрактерности и только потом вновь в состояние покоя. Таким образом, переход в возбужденное состояние оказывается возможным лишь из состояния покоя. Хотя такая модель является определенным приближением, она очень хорошо воспроизводит основные явления в возбудимых средах, в том числе и в тканях сердца.
Предположим, что имеется однородная возбудимая среда, в которой все элементы обладают идентичными свойствами. Тогда частота возбуждения всех таких элементов будет одинаковой. Если некоторую область такой среды начать периодически возмущать, то в этой области возникнет источник концентрически расходящихся волн возбуждения. Такой источник называют ведущим центром или пейсмекером. Если в возбудимой среде есть два или несколько пейсмекеров, то пейсмекер меньшей частоты генерации с течением времени подавляется пейсмекером большей частоты. Иными словами, имеет место конкуренция между пейсмекерами. В идеальном случае через определенное время во всей среде останется только один пейсмекер. Кроме пейсмекеров, в возбудимых средах возможно появление иных источников возбуждения - спиральных волн, которые представляют собой вращающиеся спирали. Все спиральные волны имеют одинаковую частоту. Поэтому они всегда сосуществуют между собой, но гасят ведущий центр, являющийся более медленным автоволновым источником. Кроме того, спиральные волны представляют собой главный тип элементарных самоподдерживающихся структур в однородных возбудимых средах. Появление нескольких источников возбуждения в сердечной мышце в настоящее время связывается с опасными нарушениями нормальной работы сердца - аритмией. При большом числе аномальных источников наступает фибрилляция. Допустим, что в некоторой среде имеются только основной и дополнительные ведущие центры. Тогда даже такая простая ситуация в зависимости от частоты поступления импульсов и времени рефрактерности может привести к очень сложному поведению среды. В частности, может наблюдаться квазипериодическая и хаотическая динамика. Таким образом, возникновение только одного паразитного пейсмекера для возбудимой системы способно привести ее к спонтанному поведению. Много более опасное нарушение сердечного ритма - фибрилляция - обусловлено появлением множества небольших волн в сердечной ткани. Этот процесс может развиваться вследствие нескольких причин. Одна из них заключается в появлении периодической стимуляции участков миокарда. В этом случае фибрилляции возникают после прекращения стимуляции в среде с переменным рефрактерным периодом. Если же по тем или иным причинам в сердце поступил импульс в критической фазе (во время рефрактерного периода желудочков), то он сгенерирует волну, пересекающую зону рефрактерности. Тогда концы волны возбуждения могут закручиваться, давая начало спиральным волнам, вращающимся в противоположных направлениях. Современные методы выведения сердца из состояния фибрилляции являются очень жесткими. Развитие нелинейной динамики и синергетики позволило понять, что такое силовое воздействие вовсе необязательно. Часто вполне достаточно слабых электрических воздействий непосредственно на сердечную мышцу. Именно, если в среде имеются спиральные волны с противоположными направлениями вращения, то, подбирая фазу и частоту внешнего воздействия, можно добиться движения центров двух волн навстречу друг другу и их аннигиляции. Теперь слово за тщательными экспериментальными исследованиями
А.Ю. Лоскутов. Синергетика и нелинейная динамика: Новые подходы к старым проблемам
http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_745.htm
I. Введение Нервные элементы, поперечно-полосатые мышечные волокна, и в том числе сердечные мышечные волокна, обладают возбудимостью, т.е. дают характерный ответ на соответствующее раздражение. Этот ответ проводится от возбужденных элементов к остальным волокнам. В скелетной поперечно-полосатой мышце отдельные волокна не связаны друг с другом. Сердечная мышца, напротив, обладает синцитиальным строением, т.е. ее волокна имеют многочисленные связи друг с другом, так что эту мышцу можно рассматривать, с точки зрения проведения импульсов, как единую губкообразную структуру; иначе говоря, возбуждение любой части мышцы может распространиться на всю мышцу.
Проведение в нервной ткани напоминает проведение в скелетной поперечно-полосатой и в сердечной мышце. Законы, относящиеся к мышечным волокнам, приложимы также к нервным волокнам. В обоих случаях распространение является активным, а источники энергии - местными. В обоих случаях импульс распространяется с почти постоянной скоростью. В обоих случаях возбуждение и проведение осуществляются по принципу - все или ничего, что не позволяет импульсам менять свою интенсивность. В обоих случаях за активностью следует период невозбудимости определенной длительности - абсолютный рефрактерный период; его в свою очередь сменяет относительный рефрактерный период, в течение которого возбудимость ткани меньше, чем в состоянии покоя.
Однако в нервных структурах проведение осуществляется по более сложным законам, чем в сердечной мышце. По аксону импульсы распространяются единообразно, но на границе между нейронами анатомическая и физиологическая непрерывность нарушается. Места контакта одного нейрона с другим называются синапсами. Когда импульс достигает синапса, он не обязательно возбуждает следующий нейрон. Для транссинаптического возбуждения нейрона обычно требуется создание достаточно высокой плотности возбуждения в области этого нейрона: нужно повторное воздействие импульсов на те же самые синапсы (временная суммация) или одновременное воздействие импульсов на достаточное число смежных синапсов (пространственная суммация).
При синаптическом возбуждении прохождение импульса через синапс требует некоторого времени. Это время называется синаптической задержкой. Импульсы, приходящие к синапсам, могут оказывать на постсинаптические элементы не только возбуждающее воздействие, подпороговое или пороговое. Они могут оказывать и противоположный эффект, т.е. делать элемент менее чувствительным к действию других (возбуждающих) импульсов. Это снижение возбудимости называется торможением.
Несмотря на большую сложность проведения в нервной ткани по сравнению с проведением в сердечной мышце, среди ответов нервной системы можно выбрать такие, которые формально схожи с ответами сердца. Так, например, раздражение центрипетального нерва может вызвать распространяющуюся волну возбуждения многих синаптически связанных элементов. Этот ответ формально аналогичен биению сердца (Между этими двумя ответами есть существенное различие. Импульс, возникший в одном нейроне, обычно может возбудить другой нейрон, только если уровень возбужденности последнего уже почти достаточен для возникновения в нем импульса. Импульс же, возникший в одном участке сердечной мышцы, возбуждает всю сердечную мышцу, если только она в это время не находится в состоянии рефрактерности. Прим. перев.). Подобным же образом раздражение поверхности коры мозга в точке обычно вызывает волну, которая распространяется во всех направлениях на некоторое расстояние. Это опять аналог биения сердца. Такая волна, как правило, затухает на небольшом расстоянии от раздражаемой точки; но в определенных экспериментальных условиях, скажем во время клонической стадии генерализованного тонико-клонического ответа (экспериментальная эпилептическая судорога), обычно обнаруживается много корковых элементов, физиологически связанных так, что раздражение одного из них относительно регулярно активирует остальные.
Вернемся к сердцу. Помимо физиологических биений, в сердце могут осуществляться два других, совершенно иных типа сокращений. Если перерастянуть желудочек сердца черепахи или часто раздражать его электрическими импульсами, то появляется непрерывно циркулирующая волна, бегающая по определенному замкнутому пути. В этих условиях, в отличие от физиологических биений, мышца вся целиком никогда не находится в состоянии покоя (в диастоле). Подобное явление наблюдается и в предсердиях человека. Условия, при которых оно возникает, неизвестны. Это явление называется трепетанием, или флаттером.
Хорошо известен очень похожий на трепетание сердца тип нервного проведения в кольце из колокола кишечнополостных. Соответствующие раздражения квазициркулярной нервной сети медузы или анемоны вызывают бегущую волну, которая может циркулировать в течение многих часов. Хотя ни анатомическое строение, ни физиологическая организация этой сети как следует не известны, аналогия с трепетанием сердечной мышцы поразительна.
Чтобы объяснить последействие (разряды после прекращения действия стимула) в центральной нервной системе млекопитающих, часто допускали существование в ней циркулирующих импульсов такого же типа. Анатомически показано существование замкнутых цепей нейронов. Предполагается, что в этих цепях может происходить реверберация, что делает возможным способ проведения, подобный трепетанию.
Третий тип сокращения и проведения в сердце известен под названием мерцания (фибрилляция). Частая стимуляция желудочка сердца млекопитающих также вызывает циркулирующие волны, как и при трепетании. Однако эти волны распространяются, по-видимому, не регулярно, а скорее по случайным путям. Одновременно может распространяться несколько волн. Желудочек выглядит, как клубок копошащихся червей.
В коре мозга млекопитающих тоническая и фазическая стадии тонико-клонической реакции имеют много черт, напоминающих фибрилляцию. У обезьян под хлоралозным наркозом можно вызвать продолжительную активность, напоминающую эпилептическое состояние (status epilepticus) человека. Во время этого состояния активность медленно распространяется по явно случайному пути, без какой бы то ни было четкой периодичности.
Разнообразие нескольких упомянутых нервных реакций связано со сложностью гистологического строения высокоорганизованных нервных систем. Между отдаленными нервными областями существуют специализированные длинные связи, или пути. Однако в коре мозга есть также то, что можно было бы назвать нервным войлоком - нейроны с короткими отростками, которые связаны с соседними элементами очевидно случайным образом.
...Для математического исследования этой физиологической проблемы введем некоторые постулаты, упростив их для удобства анализа. Вот эти постулаты.
1. Импульсы в сердце, однажды возникнув, на всем протяжении сети распространяются с постоянной во всех направлениях скоростью. Таким образом, подразумевается, что сердечная мышца однородна, т.е. что составляющие ее волокна имеют одинаковые свойства во всей ткани. Гетерогенная (неоднородная) мышца будет рассматриваться только в особых целях.
Этот постулат упрощает строение сердца в двух отношениях. Во-первых, он исключает из рассмотрения различие трех основных проводящих тканей, из которых состоит сердце: мускулатуры предсердий, волокон Пуркинье и мускулатуры желудочков.
Различие между предсердием и желудочком не имеет для нас значения, ибо, как хорошо известно, трепетание и фибрилляция остаются в пределах или предсердия, или желудочка, не переходя из одного отдела в другой. Другими словами, под сердечной мышцей подразумевается здесь ткань или предсердная, или желудочковая, но не обе вместе. Роль ткани Пуркинье в трепетании и мерцании желудочков в тех сердцах, где она существует, не известна.
Во-вторых, в принятое здесь определение однородности включается и изотропность, хотя волокнистое строение сердечной мышцы с некоторой ориентацией пучков волокон в определенных областях делает абсолютную изотропность маловероятной.
2. Амплитуда колебательного процесса, вызывающего распространение активности из одной области волокна в смежные области, остается постоянной и превышает порог смежных областей, если они находятся в состоянии покоя (которое будет определено позднее).
3. Каждая область волокна может находиться в трех состояниях:
а) активное состояние. Мы предполагаем, что это состояние имеет место только на мгновенном фронте волны;
б) рефрактерное состояние, которому мы приписываем постоянную продолжительность (по-видимому, это несущественное упрощение). В этом состоянии область волокна не возбуждается импульсами и не передает их. Однако, хотя в состоянии рефрактерности область не может быть возбуждена импульсами из других областей, к концу этого периода ее можно возбудить достаточно сильным электрическим раздражением; другими словами, рассматриваемый ниже рефрактерный период является функциональным с точки зрения проведения;
в) состояние покоя, которое следует непосредственно за рефрактерным состоянием и длится до следующего возбуждения. В этом состоянии волокно полностью восприимчиво к стимуляции...
Wiener N., Rosenblueth A. The mathematical formulation of the problem of conduction of impulses in a network of connected excitable elements, specifically in cardiac muscle // Arch. Inst. Cardiologia de Mexico. 1946. Т. XVI. ? 3-4. Р. 205-265. Русский перевод. Винер Н., Розенблют А. 1961. Проведение импульсов в сердечной мышце. Математическая формулировка проблемы проведения импульсов в сети связанных возбудимых элементов, в частности, в сердечной мышце. Кибернетический сборник. Вып.3. М.: Изд. иностр. лит., 1961. с.3-56
http://grachev62.narod.ru/wiener/cardiac_muscle.html
Автоволны - это самоподдерживающиеся (имеющие устойчивые параметры - скорость, амплитуду, форму импульса) нелинейные волны в активных средах (т.е. содержащих распределённые источники энергии)...
Способностью к многократному проведению автоволн обладают так называемые активные среды для которых характерно наличие распределенных внешних источников энергии, то есть с термодинамической точки зрения это открытые системы далекие от равновесия. После прохождения автоволнового импульса такая среда должна восстановить свои свойства за счет поступающей извне энергии и подготовиться к проведению следующего импульса. Необходимое для этого восстановления время называется рефрактерным периодом. В течение рефрактерного периода среда не способна к проведению следующего импульса.
Активные среды могут иметь любую размерность. В одномерном случае автоволна представляет собой распространяющийся с некоторой скоростью импульс определенной формы и амплитуды, тогда как в двумерном или трехмерном она характеризуется еще и формой своего фронта. Было обнаружено, что наличие рефрактерности делает возможным существование уже в двумерном случае особых режимов, вращающихся автоволн, развивающихся из волновых фронтов со свободным концом. В достаточно больших средах, эти режимы имеют вид вращающихся спиралей, в которых кончик спирали - обрыв волны возбуждения - вращается вокруг самого себя. Различные авторы называют это явление спиральными волнами, ревербераторами, роторами или автоволновыми вихрями. Это явление - пример самоорганизации, поскольку существование и местоположение такого вихря в среде не связаны с какой-либо неоднородностью, а определяются только эволюцией системы.
Автоволновые вихри демонстрируют удивительную стабильность своих свойств, они ведут себя по их собственному усмотрению, и на их поведение могут существенно влиять только те события, которые происходят вблизи ядра.
http://www.matbio.org/downloads/Elkin2006(1_27).pdf
Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М., Наука, 1987, 240с.
http://books4study.info/text-book3620.html
http://www.twirpx.com/file/775339/
Кринский В.И., Медвинский А.Б., Панфилов А.В. Эволюция автоволновых вихрей
Кринский В.И. Автоволновые процессы в возбудимых средах
Заикин А.Н., Жаботинский А.М. Автоволновые процессы в активных концентрационных средах
Франк Г.М. (Ред.).
Биофизика сложных систем и радиационных нарушений
1977. Твердый переплет. 288 с.
http://urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=Ru&blang=ru&page=Book&id=22605

  


СТАТИСТИКА