Учебная программа Дисциплины 06 «Нейронные сети мозга» по направ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Радиофизический факультет

Кафедра общей физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета

____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.

Учебная программа

Дисциплины М2.В4.06 «Нейронные сети мозга»

по направлению 011800 «Радиофизика»

Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Целью изучения спецкурса «Нейронные сети мозга» является краткое ознакомление магистров с современными представлениями о нейронных сетях мозга, овладение студентами знаний об основных понятиях и методах современной нейробиологии; формирование у студентов теоретических представлений об основных понятиях и методах современной нейробиологии; формирование у аспирантов теоретических представлений о структуре и функции различных типов нейронных сетей мозга и основных механизмах формирования нейронных сетей в онтогенезе.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

— дать представление о методологических подходах и понятийном аппарате биологии нейронных сетей мозга;

— изучить современные теоретические положения о физиологических свойствах различных типов нейронных сетей мозга, методах их исследования;

— дать представление о многообразии механизмов передачи информации в живых системах на всех уровнях от молекулярного до организменного;

— дать информацию о влиянии факторов среды на пластичность нейронных сетей мозга, формировании патологических связей при нарушении гомеостаза межклеточных взаимодействий;

— познакомить с основными направлениями развития и перспективами нейробиологии.

2. Место дисциплины в структуре магистерской программы

Дисциплина «Нейронные сети мозга» относится к дисциплинам по выбору студента вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:

способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);

способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1);

способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);

способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);

способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать основные понятия и термины науки о мозге;

знать физико-химические основы межклеточных взаимодействий;

уметь ориентироваться в методах изучения структуры и функции нейронных сетей мозга;

демонстрировать знание основных нейробиологических методов исследования (имиджинговых, электрофизиологических) структуры и функционирования нейронных сетей мозга на молекулярном, субклеточном, клеточном и организменном уровнях;

иметь представление о факторах среды, регулирующих работу нейронных сетей мозга в норме и при патологии.

В результате изучения курса студент должен приобрести следующие общенаучные и предметно-специализированные компетенции:

способность глубоко осмысливать современные задачи нейробиологии и биоинженерии, обосновывать использование нейробиотехнологий для их решения путем интеграции биологических представлений и специализированных знаний в сфере профессиональной деятельности;

знать и использовать основные теории, концепции и принципы в данной области исследований;

способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения;

способность к системному мышлению;

способность профессионально оформлять, представлять и докладывать результаты исследовательских работ.

Программа дисциплины «Нейронные сети мозга» позволит также сформулировать у студентов общие и профессиональные компетенции, необходимые обучающимся для различных сфер деятельности, связанных с исследовательской и научной работой.

4.Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

Виды учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

72

11

Аудиторные занятия

32

32

Лекции

32

32

Практические занятия (ПЗ)

0

0

Семинары (С)

0

0

Лабораторные работы (ЛР)

0

0

Другие виды аудиторных занятий

0

0

Самостоятельная работа

40

40

Курсовой проект (работа)

0

0

Расчетно-графическая работа

0

0

Реферат

0

0

Другие виды самостоятельной работы

0

0

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

зачет

зачет

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Структура нейронных сетей мозга

7

2.

Основные принципы взаимодействия клеток в составе нейронных сетей мозга

11

3.

Нейрон-глиальные сети. Роль перинейрональных сетей внеклеточного матрикса мозга в организации и пластичности нейронных сетей

9

4.

Методы изучения нейронных сетей мозга

5

5.2. Содержание разделов дисциплины

Структура нейронных сетей мозга

1.1. Нервная система. Деление нервной системы по функциональному и топографическому принципам. Общее строение центральной нервной системы: основные отделы спинного и головного мозга;

1.2. Регуляция физиологических функций: основные принципы и способы регуляции, механизмы и уровни регуляции физиологических функций;

1.3. Саморегуляция физиологических функций, понятие гомеостаза и гомеокинеза. Физиологические константы. Обратная связь

Основные принципы взаимодействия клеток в составе нейронных сетей мозга

2.1. Нервный механизм регуляции физиологических функций. Понятие рефлекса. Основные морфо-функциональные звенья рефлекса;

2.2. Системная организация управления. Функциональная система;

2.3. Физиология нервных центров. Три принципа взаимодействия нейронов;

2.4. Закономерности проведения возбуждения по нервной сети мозга.

2.5. Понятия возбуждения и торможения в ЦНС. Механизмы торможения;

2.6. Общие свойства нервных центров.

2.7. Межклеточные контакты в возбудимых и невозбудимых элементах сетей мозга;

2.8. Морфо-функциональные особенности синапса как единицы межнейронной связи в сети связанных элементов.

Нейрон-глиальные взаимодействия

3.1. Основные понятия о глиальных элементах;

3.2. Структура и функции астроцитов.

3.3. Глиотрансмиттеры, их синтез, регуляция высвобождения.

Методы изучения нейронных сетей мозга

3.1.Оптические методы: структурный и функциональный нейроимиджинг;

3.2. Электрофизиологический метод: мультиэлектродные матрицы.

6. Лабораторный практикум.

Не предусмотрен.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература

Николлс Дж. Г., Мартин О.В., Валлас Б. Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу. 2003. С 522-540

Пимашкин А.С., Корягина Е.А., Гладков А.А., Симонов А.Ю., Мухина И.В., Казанцев В.Б. Исследование биоэлектрической активности нейронных сетей в культурах гиппокампа: стимуляция, регистрация и анализ. Учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2011. – 26 с.

б) дополнительная литература

Auld D.S., Robitaille R. Glial cell and neurotransmission: An inclusive view of synaptic function // Neuron. 2003. Vol. 40. P.389-400.

Pfrieger F.W. Role of glia in synapse development // Curr. Opin. Neurobiol. 2002. Vol. 12. P. 486-490

Toni – fei Wang, Chen Zhou, Ai – hui Tang, Shi – qiang Wang, Zhen Chai. Cellular mechanism for spontaneous calcium oscillations in astrocytes. Acta Pharmacologica Sinica, July, 2006. 27 (7).

HYPERLINK «http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Perea%20G%22%5BAuthor%5D»Perea G, HYPERLINK «http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Navarrete%20M%22%5BAuthor%5D»Navarrete M, HYPERLINK «http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Araque%20A%22%5BAuthor%5D»Araque A. Tripartite synapses: astrocytes process and control synaptic information. HYPERLINK «javascript:AL_get(this,%20’jour’,%20’Trends%20Neurosci.’);» \o «Trends in neurosciences.»Trends Neurosci. 2009 Aug;32(8):421-31

Douglas Fields R. and Beth Stevens-Graham. New insights into neuron-glia communication. Science, October, 18, 2002.

Gary P. Schools, Min Zhou, and Harold K. Kimelberg. Development of gap junctions in hippocampal astrocytes: evidence that whole cell electrophysiological phenotype is an intrinsic property of the individual cell. Journal of Neurophysiology 96, June, 14, 2006.

Swanson С., Bures M., Johnson M., Linden A-M, Monn J, Schoepp D., Metabotropic glutamate receptors as novel targets for anxiety and stress disorders, Nature Reviews Drug Discovery 4, 131-144, 2005

8. Вопросы для контроля

Понятие о регуляции физиологических функций. Основные принципы и способы регуляции. Уровни регуляции физиологических функций.

Механизмы регуляции физиологических функций – миогенный, гуморальный, нервный.

Саморегуляция физиологических функций, понятие гомеостаза. Физиологические константы.

Обратная связь. Системная организация управления. Функциональная система.

Понятие биологических нейронных сетей. Иерархические и локальные нейронные сети. Общие закономерности структурного взаимодействия нейронов в локальных сетях.

Физиология нервных центров. Общие свойства нервных центров.

Закономерности проведения возбуждения по рефлекторной дуге.

Торможение в ЦНС. Механизмы торможения. Координационная деятельность ЦНС.

Строение мембраны. Способы взаимодействия возбудимых клеток (электрический синапс, химический синапс).

Роль глии в ЦНС. Классификация глиальных клеток. Каналы, наносы, рецепторы мембраны глиальных клеток.

Межмембранные взаимодействия глии с другими клетками. Глия – регулятор внеклеточного калия.

Глия и нейромедиаторы (ГАМК, глутамат). Понятие о глиотрансмиттерах. Кальциевые волны в астроцитах.

9. Критерии оценок

Зачтено

Успешное освоение основных компетенций курса. Умение правильно сформулировать ответ на поставленный вопрос, умение сопоставить теоретические знания о нейронных сетях мозга с возможностью их практического применения в различных областях биологии и радиофизики.

Не зачтено

Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытаний.

10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Курсовые работы не предусмотрены.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика».

Автор программы _________________ Мухина И.В.

Программа рассмотрена на заседании кафедры 29 марта 2011 года

протокол № 04-10/11

Заведующий кафедрой ___________________ Бакунов М.И.

Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10

Председатель методической комиссии _________________ Мануилов В.Н.

PAGE

PAGE 6