Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Декан ФМФ

В.К. Иванов

«_» _ _ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Физиология высшей нервной деятельности Кафедра-разработчик Биофизика Направление (специальность) подготовки 011200 Физика Наименование ООП Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Образовательный стандарт Федеральный ГОС Форма обучения очная Соответствует ФГОС ВПО.

Утверждена протоколом заседания кафедры Биофизика № 2 от 17.05. Программу в соответствии с ФГОС ВПО разработали:

кбн М.Н. Карпенко 1. Цели и результаты изучения дисциплины 1.1. Цели изучения дисциплины Целью изучения дисциплины «Физиология высшей нервной деятельности (нейрохимия)»

является ознакомление студентов с современным представлением о функционировании нервной системы на молекулярном уровне. Поскольку данная область нейронауки является весьма обширной и наиболее быстроразвивающейся, программа дисциплины ограничивается обсуждением лишь основных проблем современной нейрохимии, касающихся механизмов формирования нейронных сетей, обучения и памяти, а также подробно рассматриваются биохимические процессы, лежащие в основе психических и нервных болезней. Особый упор делается на обсуждение методических подходов для решения тех или иных практических задач нейрохимии.

Прослушав курс лекций, и ознакомившись с рекомендуемой литературой, обучающийся получает представление об основных принципах функционирования нервной системы, особенностях метаболических процессов в нервной ткани, о молекулярных процессах, лежащих в основе формирования обучения и памяти, а также об этиологии и патогенезе наиболее распространенных психических и нервных заболеваний.

1.2. Результаты обучения (компетенции) выпускника, в формирование которых вносит вклад освоение дисциплины Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных биологических наук ОК- способностью овладеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией ОК- способностью использовать в познавательной и профессиональной деятельности 17 базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях; умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет ПК- способностью использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач ПК- способностью применять на практике базовые профессиональные навыки ПК- способностью формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и природоохранных аспектов 1.3. Планируемые результаты освоения дисциплины – знание основных понятий, методов и примов нейрохимии;

– умение ориентироваться в области нейрофизиологии и электрофизиологии на молекулярном уровне;

– умение применять математические методы (нейронные сети) для решения типичных задач профессиональной области;

– умение анализировать поведение сигнальных клеточных систем на молекулярном уровне – умение представить специальную информацию;

– учебные умения, позволяющие с высокой степенью самостоятельности осваивать новые биофизические методы и модели, используемые в профессиональной области.

2. Место дисциплины в ООП Согласно ФГОС ВПО направления 011200 «Физика» (квалификация «бакалавр») дисциплина «Физиология высшей нервной деятельности» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла Б.3.

Дисциплину «Физиология высшей нервной деятельности» студенты изучают в 8-м семестре четвертый год обучения).

Изучение дисциплины «Физиология высшей нервной деятельности» опирается на знания в области биоорганической химии, общей биологии, молекулярной генетики и молекулярной биологии клетки, освоенные студентами на предшествующих этапах обучения.

Результаты изучения дисциплины «Физиология высшей нервной деятельности»

используются при изучении дисциплин профессионального цикла Б.3 в рамках магистерской программы "Биофизика".

Кроме того, результаты изучения дисциплины используются при выполнении НИРС (Б.3) и при подготовке выпускной квалификационной работы (раздел Б.4 ФГОС).

3. Распределение трудомкости освоения дисциплины по видам учебной работы 3.1. Виды учебной работы в том числе творческая проблемно-ориентированная самостоятельная – работа Общая трудоемкость освоения дисциплины в академических часах: 3.2. Формы контроля 4. Содержание и результаты обучения 4.1. Разделы дисциплины и виды учебной работы Клетки нервной системы.

Механизм аксонного транспорта. Потенциал покоя, потенциал действия Межклеточная передача возбуждения.

Межклеточная передача возбуждения.

Основные принципы синаптической передачи.

Особенности метаболизма в ЦНС.

Особенности метаболизма аминокислот и липидов в ЦНС Особенности энергетического обмена в ЦНС.

Нейромедиаторы.

Возбуждающие нейромедиаторы.

Тормозные нейромедиаторы.

Пластичность нервной системы.

Пластичность нервной системы.

Биохимия заболеваний ЦНС 6.1. Биохимия заболеваний, вызванных нарушением функционирования 2 нейромедиаторных систем.

4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины 1. Введение.

1.1. Клетки нервной системы.

Нейрон – основной структурный элемент нервной системы. Строение нейрона.

Кровоснабжение нейрона. Различные классификации нейронов. Нейроглия.

Основные свойства, классификация, взаимодействие с нейронами. Основные функции нейроглии. Физиологические свойства нейроглии. Миелиновая оболочка:

строение и функции.

1.2. Механизм аксонного транспорта.

Потенциал покоя, потенциал действия Цитоскелет нейрона (нейрофиламенты, актин, тубулин). Антероградный и ретроградный быстрый аксонный транспорт. потенциала покоя, исходя из знания Кинезин и динеин (структура и функции).

Медленный аксонный транспорт. Потенциал причин, обуславливающих возникновение покоя. Ионный состав цитоплазмы (аксоплазмы) и внеклеточной среды.

Равновесный трансмембранный потенциал: знания равновесных концентраций ионов.

ионный механизм, уравнение Нернста.

Зависимость трансмембранного потенциала от концентрации ионов. Биоэнергетика активного транспорта ионов через возбудимые мембраны. Несимметричность активного ионного транспорта. Роль активного транспорта в обмене веществ.

Потенциал действия. Метод "фиксации потенциала". Принципиальная схема фиксации напряжения. Эквивалентная электрическая схема мембраны. Анализ ионных токов методом "фиксации потенциала" при возбуждении гигантского аксона кальмара. Уравнение Нернста для потенциала действия. Механизм инактивации натриевой проводимости (активационные и инактивационные ворота). Цикл Ходжкина.

Кривая инактивации натриевой проводимости. Ионная проводимость в мембране перехвата Ранвье миелинизированного волокна. Сравнение с ионной проводимостью аксоплазмы кальмара.

2. Межклеточная передача возбуждения.

2.1. Межклеточная передача возбуждения. Представления о межклеточной передачае Постсинаптические потенциалы.

Возбуждающие синапсы. Характеристики ВПСП, ионный механизм, равновесный потенциал. Тормозные синапсы.

Характеристики ТПСП, ионный механизм, равновесный потенциал. Механизмы пресинаптического торможения. Квантовая гипотеза работы синапса. Квантовая гипотеза для ВПСП и ТПСП.

2.2. Основные принципы синаптической Знание основных функций синапса.

передачи.

Основные функции синапса. Структурные элементы синапса. Химический и электрический синапсы. Холинергический синапс: никотиновый и мускариновый.

Специфические агонисты и антагонисты.

Нервно-мышечный синапс. Отдельные стадии химической синаптической передачи на примере холинергического синапса.

Синаптическая суммация. Пре- и постсинаптическое торможение.

Синаптическое облегчение.

3. Особенности метаболизма в ЦНС.

3.1. Особенности метаболизма аминокислот и липидов в ЦНС Свободные аминокислоты мозга. Транспорт аминокислот через ГЭБ. Особенности синтеза глутамата и ГАМК. Принцип компартментализации метаболизма нервной системы. Липиды ЦНС. Липидный состав миелина. Ганглиозиды – сигнальные молекулы. Изменение липидного состава мозга в онтогенезе.

3.2. Особенности энергетического обмена в Знание особенностей энергетического ЦНС.

Особенности гликолиза в ЦНС. Особенности ЦТК в мозге.

4. Нейромедиаторы.

4.1. Возбуждающие нейромедиаторы.

Глутамат и аспартат – основные возбуждающие аминокислотные нейромедиаторы. Транспортеры глутамата.

NMDA, AMPA и кайнатные ионотропные рецепторы глутамата. Метаботропные рецепторы глутамата. Роль серина и глицина в активации рецепторов глутамата.

Катехоламины.

4.2. Тормозные нейромедиаторы.

ГАМК и глицин – основные тормозные нейромедиаторы. Строение ионотропных и передача сигнала: причины, функции.

метаботропных рецепторов ГАМК и глицина. Диффузионная передача сигнала.

5. Пластичность нервной системы.

5.1. Пластичность нервной системы.

Пластичность нейрона. Проблемы и методы изменения пластичности нейрона.

исследования. Способы и формы изменения Структурные изменения в нейроне при реактивности нейрона (классификация).

Пластичность нейрона и обучение.

Клеточные аналоги обучения и функциональные модели для изучения механизмов изменения реактивности нейрона при обучении (клеточный аналог привыкания, посттетаническая потенциация, посттетаническая депрессия, сенситизация, депрессия, аналог условного рефлекса).

Пресинаптическая и постсинаптическая пластичность нейрона на клеточных аналогах обучения. Значение следовой гиперполяризации и Ca2+-зависимого К+тока. Изменения калиевых токов под влиянием обучения. Изменение реактивности хеморецепторной мембраны на клеточных аналогах обучения. Локальная и генерализованная пластичность.

Пластичность электровозбудимой мембраны на клеточных аналогах обучения.

Мембранный потенциал нервной клетки при обучении. Пластичность и входное сопротивление нейрона. Структурные изменения в нейроне при обучении.

6. Биохимия заболеваний ЦНС 6.1. Биохимия заболеваний, вызванных нарушением функционирования нейромедиаторных систем.

Шизофрения. Болезнь Паркинсона.

Эпилепсия и другие судорожные состояния.

Депрессивные состояния.

6.2. Биохимия аутоиммунных заболеваний Знание этиологии биохимии аутоиммунных нервной системы Рассеянный склероз и аллергический энцефаломиелит. Роль аутоиммунных процессов в развитии заболеваний нервной системы.

6.3. Биохимия нейродегенеративных заболеваний.

Болезнь Альцгеймера. Белок АРР и пути его протеолиза. Понятие эксайтотоксичности.

Последовательность молекулярных событий, приводящих к развитию болезни Альцгеймера.

5. Образовательные технологии В преподавании курса «Физиология высшей нервной деятельности» используются преимущественно традиционные образовательные технологии - лекции, Семинары по дисциплине «Физиология высшей нервной деятельности»

осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар по специальности на английском языке» (8-й семестр).

Объм лекционных занятий составляет 100% общего объма аудиторных занятий.

Превышение предельного норматива, установленного ФГОС ВПО для ООП, компенсируется уменьшенной долей лекционных занятий по другим дисциплинам в рамках ООП и в целом по ООП норматив выполнен.

Занятия в активной и интерактивной формах 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен 7. Практические занятия Семинары по дисциплине «Физиология высшей нервной деятельности»

осуществляются в рамках общей программы дисциплины «Семинар на иностранном языке» (8-й семестр).

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов направлена на закрепление и углубление освоения учебного материала, развитие практических умений. Самостоятельная работа студентов в рамках дисциплины «Физиология высшей нервной деятельности» включает следующие виды самостоятельной работы:

- работу с лекционным материалом и с рекомендованной учебной литературой;

- подготовку к колоквиуму и зачету;

- изучение подразделов дисциплины, вынесенных на самостоятельную работу.

Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа в рамках дисциплины «Физическая биохимия» включает в себя:

- поиск, обработку и презентацию информации по печатным изданиям и электронным источникам информации по заданной проблеме в рамках общей программы дисциплины «Семинар по специальности на английском языке» (7-й семестр);

- выступление на указанном выше семинаре;

Методы контроля самостоятельной работы студентов включают выступление на семинаре и коллоквиуме. Учебные и методические пособия, рекомендуемые для использования при самостоятельной работе, указаны ниже в разделе 9.2.

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов работа с лекционным материалом, с учебной литературой 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 9.1. Адрес сайта курса РПД размещается по адресу http://biophysics.spbstu.ru/399_01w.html.

9.2. Рекомендуемая литература Основная литература во Политехн. ун-та, СПб. : [ВМА], ИнформМед,, Дополнительная литература 1. Анатомия и физиология человека / Постникова, Т.Ю. — СПб. : Изд-во Политехн.

2. Начала физиологии / А. Д. Ноздрачев, Ю. И. Баженов, И. А. Баранникова и др — Санкт-Петербург : Лань, 3. Физиология человека/ под ред. Шмидта Р. – М.: Мир, 1996.

4. Нейрохимия/ А.А.Болдырев, Н.Д. Ещенко и др. – М.: Дрофа, 2010.

9.3. Технические средства обеспечения дисциплины http://univertv.ru/, раздел Биология;

http://www.humbio.ru/, база знаний по биологии человека;

http://www.bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/ Интернет-портал «Легендарный Физтех».htm http://www.neuroscience.ru/ 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины Аудиторный класс, наличие проектора для демонстрации наглядных пособий и экрана.

Компьютерный класс, лицензионное программное обеспечение, Internet.

Наличие в библиотечном фонде отечественной и зарубежной научно-популярной литературы по направлению подготовки (физика, химия, молекулярная биология).

Наличие подборки научно-популярных и обзорных статей, рассчитанных на широкий круг читателей, по направлению подготовки как базового материала для подготовки выступлений студентов.

11. Критерии оценивания и оценочные средства 11.1. Критерии оценивания Критериями оценивания являются активность студента на занятиях, проводимых в активной и интерактивной форме, результаты коллоквиума и зачета.

11.2. Оценочные средства Примеры проверочных вопросов, выносимых на коллоквиум и зачет по дисциплине "Физиология высшей нервной деятельности" Клетки нервной системы: строение и функции.

Особенности гликолиза в ЦНС.

3. Механизмы аксонного транспорта.

4. ГАМК. Диффузионная синаптическая передача.

5. Различные классификации нейронов, кровоснабжение нейронов.

6. Особенности ЦТК в мозге.

7. Глиальные клетки: классификация и функции.

8. Глутамат, рецепторы глутамата.

9. Потенциал действия. Трансмембранные токи при возбуждении.

10. Холинэергические синапсы. Механизм синтеза и распада ацетилхолина.

Рецепторы ацетилхолина.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Трудности освоения дисциплины связаны с введением большого количества новой терминологии из области физиологии нервной системы, которая не знакома студентам из предыдущих дисциплин. Пути преодоления этой трудности состоит в повторении в различных контекстах узловых понятий дисциплины, и контроле усвоения студентами терминологии пройденных разделов.