Нейрофизиологические и биофизические принципы нейропластичности

УДК 616.83/.85

НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТИ

Романчук Н.П., Пятин В. Ф., Волобуев А.Н.

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет», г. Самара, Россия

Аннотация: В статье рассмотрены способы сохранения эффективной нейропластичности, с помощью использования принципов своевременной профилактики хронической ишемии головного мозга человека, влияния цирка-дианной биофизики и хрономедицины, применения новых аспектов метаболомики и сбалансированного функционального питания, с целью клинического применения комбинированных активных методов повышения качества функционирования головного мозга человека. Современная многоуровневая и полифункциональная информационная и электромагнитная «перегрузка» приводит к перестройке нейронной сети. Эта перестройка не должна искажать результатов предыдущего воздействия (возбуждения, обучения и т.д.), т. е. не должна затрагивать образованных нейрональных компартментов вторичных нейронных сетей.

Ключевые слова: биофизика нейропроцессов, когнитивные нарушения, нейропластичность, хрономедицина, циркадианная биофизика

Современная роль нейрофизиологических механизмов влияния «циркадианной биофизики и хрономедицины» на нейропластичность заключается в: контроле скорости ответа нервной системы на эндогенные и экзогенные стимулы, её быстрой адаптации путем оптимальной структурно-функциональной перестройки. Нейропла-стичность характеризуется способностью нейронов относительно быстро изменять свои функции, количество и типы продуцируемых нейро-трансмиттеров или структуру нейросети, что позволяет эффективно применять комбинированное лечение. Показано, что репаративные процессы и компенсация нарушенных функций происходят за счет реорганизации ЦНС и пластичности всех систем жизнеобеспечения нейрона, включая нейроглию и систему регуляции кровообращения головного мозга [3, 4, 9].

Доказательная неврология установила, что чем мощнее возбуждающие стимулы, тем выше значения синаптических связей и, в результате, больше активность нейронов. Происходит естественное расслоение нейронов на различные

группы, отдельные нейроны либо их группы сотрудничают между собой, они активируются в ответ на возбуждение, которое создается конкретными обучающими выборками, подавляя своей активностью другие нейроны. При этом может быть как сотрудничество между нейронами внутри группы, так и конкуренция между ними, а также между различными группами в процессе самоорганизации нервной системы. Происходит взаимосвязь простого нейрона со сложными нейронными структурами из предыдущего слоя простых нейронов. Все нейроны в массиве обучаются распознавать одни и те же свойства образа и после обучения будут делать это независимо от позиции образа в поле сложных нейронных структур из предшествующего слоя. Это определяет способность когнитома к самовосстановлению. Когнитом - это нейросети, биофизика, физика и математика электрических и химических полей. Так, если активизируемый нейрон выйдет из строя, среди остальных выбирается другой, реагирующий наиболее сильно, который и будет обучен распознаванию входного образа, заменяя отказавший нейрон.

Геном человека и его обширная нейросеть -это основной фундамент мозга, биоинформационный план строения и функционирования организма. Организм постоянно контактирует со своим геномом, используя нейронные программы мозга. В этом и заключаются когнитивные возможности организма. При этом мозг никогда не перестает функционировать, он постоянно работает благодаря своей нейропластично-сти и активизации нейронов.

Существование живого организма во многом определяется квантовыми процессами переноса информации в его нейрокибернетической системе.

Мозг в процессе эволюции адаптировался к работе в условиях многоуровневой и полифункциональной информационной и электромагнитной «перегрузки». Гиперсеть когнитома постоянно коррелирует и работает со всеми структурами причинных связей воспринимаемых объектов и интегрированной информации.

Во всех вариантах «перегрузки», если входной образ подается многократно с небольшими деформациями и искажениями, то после длительного процесса структурных изменений в сети, сформированная входным воздействием структурная группа - вторичная сеть - включает только регулярно работающие нейроны первого слоя.

В современной биофизике и нейрофизиологии установлено, что в случаях когда широкополосная нейронная сеть сформировалась в результате некоторого набора регулярных входных информационных воздействий, каждому из которых соответствует определенная вторичная сеть (ансамбль нейронов), то в системе возможны ассоциации по сходству: при подаче на сеть нового информационного воздействия, которое в общем случае может состоять из случайного набора точек входного поля, вероятность активации вторичных сетей, имеющих общие входные точки с этим входным воздействием, увеличивается. Чем больше общих входных точек, тем выше вероятность активации соответствующей вторичной сети, поскольку для запуска процесса срабатывания вторичной сети необходимо близкое по времени срабатывание входящих в нее нейронов первого слоя и входное воздействие синхронизирует срабатывание части этих нейронов.

После активации вторичной нейронной сети процесс некоторое время поддерживается самостоятельно за счет взаимных возбуждающих связей между входящими в группу нейронами первого слоя и возвратного синхронизирующего торможения. Таким же образом на вероятность активации вторичной сети влияет подача на вход искаженного знакомого информационного воздействия или его части.

Нейрон, как и любой целостный объект, может полностью характеризоваться набором переменных, их текущими значениями, зависимостями между переменными и зависимостями переменных от времени и внешних воздействий. Применительно к модели нейронной сети формальное задание всех этих зависимостей и аналитическое описание на этой основе работы системы в целом не представляется возможным. Поэтому все переменные в описываемой модели определяются пошаговыми рекуррентными соотношениями. Используется дискретное время, т. е. процесс разбивается на такты. В каждом такте просчитываются и изменяются все переменные (параметры) всех нейронов и связей. Таким образом, строится программная модель нейронной сети, рассматриваемой как биофизический объект.

Передача возбуждения в химическом синапсе - сложный физиологический процесс, протекающий в несколько стадий. Он включает:

1. Синтез медиатора,

2. Высвобождение (секрецию) медиатора,

3. Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны,

4. Инактивирование медиатора.

В целом синапс осуществляет последовательную трансформацию электрического сигнала, поступающего по нервному волокну, в энергию химических превращений на уровне синаптиче-ской щели и постсинаптической мембраны, которая затем снова трансформируется в энергию распространяющегося возбуждения в эффектор-ной клетке.

Синаптическая пластичность - это возможность изменения силы синапса (величины изменения трансмембранного потенциала) в ответ на активацию постсинаптических рецепторов. Она считается основным механизмом, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения. Этот механизм характерен для всех организмов,

обладающих нервной системой и способных хотя бы ненадолго чему-либо научиться. После выброса нейротрансмиттера в синаптическую щель он активирует рецепторы постсинаптиче-ской клетки, что приводит к передаче нервного импульса или его ослаблению (в зависимости от природы рецепторов и нейротрансмиттера).

Пластичность синапсов - это способность синапсов под влиянием своей деятельности изменять свою структуру, свойства и последующую деятельность, т.е. способность перестраиваться под влиянием нагрузки (и/или перегрузки).

Пластичность - это важнейшее свойство живых образований, которое принципиально отличает их от существующих технических устройств. По продолжительности действия выделяют кратковременные формы синаптической пластичности, которые длятся секунды и минуты, а также долговременные формы, которые продолжаются часы, месяцы и годы. Долговременные виды пластичности формируются на основе кратковременных и лежат в основе когнитивных функций нервной системы - обучения, памяти и др. По характеру действия выделяют депрессию и потенциацию.

В настоящее время установлено, что в дефинитивной нервной системе продолжаются процессы нейрогенеза, а функционирование нейро-нальных сетей взрослого мозга человека, занимающегося творчеством, происходит непрерывно на достаточно высоком уровне.

Нейроны - это высокотехнологичные процессоры головного мозга, а их электрические и химические сигналы - это основа мыслей и памяти. Развитие нейросети и, соответственно, нейро-пластичности строго индивидуально в различные возрастные периоды.

Если нейрональная обработка синаптиче-ского сигнала будет достаточно быстро изменять свои параметры во времени, то этот процесс будет «нейронально пластичным». Такие изменения могут носить как кратковременный, так и долговременный характер.

Поток информации передается параллельно по многим каналам. При этом широкополосная нейропередача, изменяя состояние мембраны, меняет свойства синаптического сигнала. Информация кодируется посредством локальных внесинаптических флуктуаций нейропередатчи-ков мозга. Эти колебания определяют, как и какие нейроны или нейрональные компартменты в

сети будут обрабатывать входящие синаптиче-ские сигналы.

Заставляя мозг работать на максимальном уровне, мы стимулируем развитие и поддержание нейронных связей, которые делают творческий процесс более плодотворным [9].

В настоящее время остается много вопросов и неразгаданных тайн когнитома. Проблема когни-тома заключается в том, что необходимо исследовать, как возникает комбинаторный когнитивный взрыв (воспоминание).

В основе долговременной памяти лежат сложные структурно-химические преобразования на системном и клеточном уровне головного мозга. Эти преобразования сосредоточены в синапсе, в участке межнейронных взаимодействий, а также на уровне генома клетки, и связаны со сложными процессами синтеза белка в нейронах [1,2,8-11].

Изменение белкового метаболизма нейрона является решающим звеном сложнейшей цепи процессов формирования и закрепления памяти [6,7].

Применение позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) дает уникальную диагностическую информацию, которая позволяет получить не только алгоритм медикаментозного и немедикаментозного лечения, но и оценить уровень функциональных резервов организма, их состояние, а также создает возможность с помощью влияния растительных белков функциональных продуктов питания (ФПП) и минеральных компонентов ФПП достичь максимального когнитивного и активного долголетия [1,2].

Современная хрономедицина - это управляемая система контроля комплексного влияния космических, биофизических, биологических, медицинских и социальных показателей (маркеров, факторов) на организм человека [1 - 11].

Циркадианная биофизика 21 века - это исследование дополнительного воздействия различных источников квантовой энергии на организм человека, при наличии у него, с позиции доказательной медицины, десинхроноза [3 - 5, 9].

Таким образом, клиническое применение комбинированных активных методов сохранения нейропластичности головного мозга человека, использование своевременных принципов профилактики хронической ишемии головного мозга человека, циркадианной биофизики и хро-номедицины, метаболомики и сбалансирован-

ного функционального питания, позволяют решить проблему когнитивного долголетия с позиций нейрореабилитации и восстановительной медицины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волобуев А.Н., Малышев В.К., Романчук Н.П. Оценка эффективности функциональных продуктов питания с помощью позитронно-эмиссионной томографии. Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». - 2016. - Том 18, № 2. - С.510-513.

2. Волобуев А.Н., Петров Е.С., Романчук П.И. Способ определения плотности ткани патологического очага с помощью позитронно - эмиссионного томографа. Патент РФ на изобретение 2599192.

3. Волобуев А.Н., Пятин В.Ф., Романчук Н.П. Цир-кадианная биофизика и хрономедицина. Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». - 2016. - Том 18, № 5. - С.97-100.

4. Волобуев А.Н., Пятин В.Ф., Романчук Н.П., и др. Циркадианная биофизика и квантовый экобио-трон. Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». - 2016. - Том 18, № 5. - С.101-104.

5. Пятин В.Ф., Романчук Н.П., Романчук П.И. и др. Способ нормализации циркадианных ритмов человека. Патент РФ на изобретение 2533965.

6. Разумов А.Н., Романчук П.И., Малышев В.К. Активное долголетие и артериальная гипертония: Роль новых медико - генетических механизмов и инноваций восстановительной медицины//Вестник восстановительной медицины. 2010. №5. С.2-7.

7. Романчук Н.П., Пятин В.Ф., Волобуев А.Н. По-зитронно-эмиссионная томография и электроэнцефалография: современная диагностика и коррекция когнитивных нарушений. Электронный научно-образовательный вестник Здоровье и образование в XXI веке. 2016. Т. 18. № 2. С. 7-12.

8. Романчук Н.П., Романчук П.И., Малышев В.К. Продукт диетического, профилактического и функционального питания при хронической ишемии головного мозга// Патент РФ на изобретение № 2489038.

9. Романчук П.И., Волобуев А.Н., Сиротко И.И. и др. Активное долголетие: биофизика генома, нутриге-номика, нутригенетика, ревитализация.2013. 416с.

10. Романчук П.И., Романчук Н.П. Способ оценки возрастных изменений сердечно-сосудистой системы. Патент РФ на изобретение 2485886.

11. Романчук П.И., Романчук Н.П., Малышев В.К. и др. Способ лечения хронической ишемии головного мозга человека// Патент РФ на изобретение 2506952.

NEUROPHYSIOLOGICAL AND BIOPHYSICAL PRINCIPLES OF NEURONPLASTICITY

Romanchuk N.P., Pyatin V.F., Volobuev A.N.

Samara state medical University ", Samara, Russia

Annotation: In article the interrelation of the effective neuronplasticity preservation with the help of use of the modern principles of preventive maintenance of a person brain chronic ischemia, influence of the circa-dianal biophysics and chronomedicine, new aspects metabolomics and the balanced functional foods is considered, with the purpose of clinical application of the combined active methods of improvement of quality of a person brain functioning. Modern multilevel both multifunctional information and electromagnetic "overload" there is results in reorganization of a neural network. This reorganization should not deform results of the previous influence (excitation, training, etc.), i.e. should not mention formed of the neuronal compartments of the secondary neural networks.

Key words: biophysics of neuroprocesses, cognitive failures, neuroplasticity, chronomedicine, curcadional biophysics

REFERENCES

1. Volobuev A.N., Malishev V.K., Romanchuk N.P. Estimation of functional food stuffs efficiency with the help of the positron-emission tomography. The journal of articles «Health and Education Millennium». 2016. Vol. 18. No 2. P. 510-513.

2. Volobuev A.N., Petrov E.S., Romanchuk P.I. Method of determining density of tissue of abnormal focus by using Positron-Emission Tomography. Patent 2599192.

3. Volobuev A.N., Pyatin V.F., Romanchuk N.P. Curcadional biophysics and chronomedicine. The journal

of articles «Health and Education Millennium». 2016. Vol. 18. No 5. P. 97-100.

4. Volobuev A.N., Pyatin V.F., Romanchuk N.P., et al. Curcadional biophysics and quantum ecobiotron. The journal of articles «Health and Education Millennium». 2016. Vol. 18. No 5. P. 101-104.

5. Pyatin V.F., Romanchuk N.P., Romanchuk P.I. Method of normalization of circadian rhythms in humans. Patent 2533965.

6. Razumov A.N., Romanchuk P.I., Malishev V.K. Active longevity and an arterial hypertension: a role of new medical - genetic mechanisms and innovations of rehabilitation medicine // Bulletin of regenerative medicine, - M. 2010. No 5. P. 2-7.

7. Romanchuk N.P., Pyatin V.F., Volobuev A.N. Positron-Emission Tomography and electroencephalog-raphy: modern diagnostics and corrective of cognitive disorders. Online scientific and educational Bulletin "Health and Education Millennium", 2016. Vol. 18. No 2. P. 7-12.

8. Romanchuk N.P. Romanchuk P.I., Malyshev V.K. Product diet, preventive and functional nutrition for chronic cerebral ischemia// Patent 2489038.

9. Romanchuk P.I., Volobuev A.N., Sirotko I.I., et al. Active longevity: biophysics of the genome, nutri-genomics, nutrigenetics, revitalization. 2013. 416p.

10. Romanchuk P.I., Romanchuk N.P. Method of assessment of age-related changes in cardiovascular system. Patent 2485886.

11. Romanchuk P.I., Romanchuk N.P., Malishev V.K., et al. Method of treating human chronic cerebral is-chemia//Patent 2506952.