Сигнал идут центральную нервную систему по нервам. Как мозг передает телу свои команды? Вопросы в начале параграфа
Тематический тест по разделу «Нервная система человека»
Тест состоит из частей А,В и С. На его выполнение отводится 26 минут.
Варианты 1- 2(2 вариант выделен полужирным шрифтом)
Часть А
Выберите 1 правильный,по вашему мнению, ответ.
А1.Как называется короткий отросток нейрона
а)аксон б)дендрит
в)нерв г)синапс
А 1 .Как называется длинный отросток нейрона
а)аксон б)дендрит
в)нерв г)синапс
А2.К периферической нервной системе относят
А2. К центральной нервной системе относят
а)головной мозг и нервы б)спинной мозг и нервные узлы
в)нервы и нервные узлы г)спинной и головной мозг
А3.Сигналы идут в центральную нервную систему по нервам
А3 .Сигналы от мозга к органам передаются по нервам
а)чувствительным б)исполнительным
в)смешанным г)все ответы верны
А4.Сколько пар нервов отходит от спинного мозга
а)30 б)31
в)32 г)33
А4 .Сколько отделов имеется в головном мозге
а)3 б)4
в)5 г)6
А5.Серое вещество мозга образованно
А5. Белое вещество мозга образованно
А)дендритами б)телами нейронов
в)аксонами г)дендритами и телами нейронов
А6.Куда стекается вся информация от органов чувств
а)гипоталамус б)таламус
А6 .Какой отдел головного мозга обеспечивает координацию движения
а)гипоталамус б)таламус
в)большие полушария г)мозжечок
А7.В пределах центральной нервной системы находятся
А7. К мышце или внутреннему органу нервный импульс поступает по
а)рецептор б)вставочный нейрон
в)чувствительный нейрон г)двигательный нейрон
А8.Центр жажды и голода находится в
в)мост г)средний мозг
А8 .Постоянство внутренней среды организма контролируется
а)кора головного мозга б)промежуточный мозг
в)мост г)средний мозг
А9.Обонятельные и вкусовые зоны находятся в …. доле
а)лобной б)височной
в)затылочной г)теменной
А9 .Нейроны зрительной зоны находятся в… доле
а)лобной б)височной
в)затылочной г)теменной
А10.Верны ли следующие суждения?
А. Рефлекс начинается с раздражения рецепторов.
Б.В рефлекторную дугу входят рецепторы, головной мозг и рабочий орган
А10 .Верны ли следующие суждения?
А. Рефлексы, приобретённые в процессе жизни,называют безусловными.
Б. Рефлекторной дугой называют путь,по которому сигналы от рецептора идут к исполнительному органу.
а)верно только А б)верно только Б
в)верны оба суждения г)оба суждения неверны
Часть В
В1.Выберите 3 правильных,по вашему мнению, ответа из 6 и запишите цифры, под которыми они указаны.
Какие особенности характерны для вегетативной нервной системы
4)регулируется гипоталамусом
В1 .Выберите 3 правильных,по вашему мнению ответа,из 6 и запишите цифры, под которыми они указаны.
Какие особенности характерны для соматической нервной системы
1)управляет внутренними органами, гладкой мускулатурой
2)подчиняется волевому контролю
3)не подчиняется воле человека
4)регулируется гипоталамусом
5)центром её является кора больших полушарий головного мозга
6)регулирует работу поперечнополосатой мышечной ткани скелетных мышц
В2.Установите соответствие между отделами головного мозга и их функциями
Функции отделы
А. регулирует работу органов левой части туловища 1.правое полушарие
Б. отвечает за способности к музыке и изобразительному искусству 2.левое полушарие
В. контролирует речь, а также способности к чтению и письму
Г. отвечает за логику и анализ
Д. с пециализируется на обработке информации, которая выражается в символах и образах
Е. регулирует работу органов правой части туловища
Ответ:
В2 .Установите соответствие между отделами головного мозга и их функциями
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции отделы
А. регуляция мышечного тонуса 1.средний мозг
Б. центр слюноотделения и глотания 2.продолговатый мозг
В. центр вдоха и выдоха
Г. отвечает за ориентировочный рефлекс
Д.регулирует величину зрачка и кривизну хрусталика
Е.находится центр защитных рефлексов
Ответ:
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции подотделы
А. активизируется в экстремальных условиях 1. симпатический
Б. снижает артериальное давление 2. парасимпатический
В. повышает тонус скелетных мышц
Г. увеличивается содержание сахара в крови
Д. активизируется работа органов пищеварения
Е. расширяются кожные сосуды
Ответ:
В3. Установите соответствие между подотделами нервной системы и их функциями
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции подотделы
А. называют системой отбоя 1. симпатический
Б. повышает артериальное давление 2. парасимпатический
В. дыхание становится более ровным и глубоким
Г. уменьшается содержание сахара в крови
Д. органы пищеварения затормаживают свою деятельность
Е. сосуды кожи суживаются,кожные покровы бледнеют
Ответ:
С1.Какая доля коры головного мозга находится под №2 какие центры находятся в ней?
С1 .какая доля коры головного мозга находится под №1, какие центры находятся в ней?
С2. Почему парасимпатический подотдел вегетативной нервной системы называют «системой отбоя»?
С2. Почему симпатический подотдел вегетативной нервной системы называют «системой аварийных ситуаций»?
Задание А
№ варианта | А10 |
|||||||||
Задание В.
№ варианта | ||||||||||||
1,3,4 | |
Иван Ожиганов Октябрь 20, 2015
Вернуть возможность движения людям, потерявшим конечности или утратившим способность двигаться – одна из актуальных задач мирового медицинского сообщества. Однако прежде чем заставить двигаться руку парализованного пациента или протез, необходимо классифицировать сигналы головного мозга для нейрокомпьютерного интерфейса.
Последний представляет собой систему, созданную для обмена информацией между мозгом и цифровым устройством, чтобы управлять моторикой. Именно нейрокомпьютерный интерфейс позволит пациентам обрести движение.
С целью исследования и подготовки информации для создания нейрокомпьютерного интерфейса, R&D отдел компании Azoft совместно с компанией Expasoft и Сергеем Алямкиным принял участие в конкурсе “Grasp-and-Lift EEG Detection” от Kaggle. Согласно условиям конкурса, перед участниками стояла задача за 2 месяца - с наименьшей вероятностью ошибки - определить и систематизировать различные движения правой руки, используя при этом ЭЭГ (электроэнцефалограмму) или запись электрической активности головного мозга.
Для реализации задачи нам потребовалось создать модель, которая позволит классифицировать движения правой руки по данным электроэнцефалограммы. Работа над моделью состояла из нескольких этапов: изучения биологических аспектов задачи, препроцессинга данных, выделения характерных признаков сигнала и выбора алгоритма машинного обучения.
Биологические аспекты проекта
Изучив существующие данные о головном мозге, необходимые для нашей задачи, мы выяснили, что:
Препроцессинг данных
Следующим шагом нашей команды стала подготовка данных, в ходе которой мы осуществили фильтрацию и децимацию данных. К основным объектам изучения в сигнале электроэнцефалограммы относятся движение глаз, движение электродов, сокращения мышц головы и сердца, сетевая помеха в 50-60 Гц. Помехи, вызванные движением глаз, электродов и мышц, в сравнении с полезным сигналом, располагаются в области более низких частот – от 0,1 Гц до 6 Гц. Поэтому было решено использовать полосовой фильтр с полосой пропускания от 7 до 30 Гц. Важно, чтобы цифровая фильтрация вносила наименьшие искажения в сигнал, поэтому был выбран фильтр с конечной импульсной характеристикой.
Что касается децимации – понижения частоты дискретизации данных, то её понизили с 500 до 62,5 Гц. Поскольку максимальная полезная частота составляет 30 Гц, то, учитывая теорему Найквиста, частота дискретизации должна быть больше 60 Гц.
Выявление признаков сигнала головного мозга
Мы использовали несколько разных методов выделения характерных признаков сигнала. Это было необходимо для сокращения количества входных данных, исключения лишнего и повышения точности классификации сигналов головного мозга. Среди испробованных методов были: метод главных компонент, выбор электродов с точки зрения биологии и вейвлет-преобразование.
В итоге пришлось отказаться от метода главных компонент, потому что при вычислении обязательной в данном способе матрицы с помощью SVD (singular value decomposition – сингулярного разложения) предполагается, что глубинные сигналы мозга взаимно ортогональны. А они, судя по результатам экспериментов, не взаимно ортогональны. Кроме этого, количество датчиков в нашем эксперименте сводилось к 32, что не является достаточным для хорошей SVD. Для неортогональных сигналов нужно использовать ICA (independent component analysis) – метод независимых компонент. ICA мы не успели попробовать.
При выборе электродов мы опирались на их пространственное расположение. Электроды, с которых предоставлялись данные, на следующем рисунке помечены цифрами от 1 до 32.
Выбрав нужные электроды, мы решили сосредоточиться на вейвлет-преобразовании в качестве выделения необходимых характерных признаков. Существует негласный принцип выбора вейвлета: вид базовой вейвлет-функции должен быть схожим с характерным обрабатываемым сигналом. Данный способ позволяет анализировать “тонкую” структуру сигналов засчет одновременной локализации и по частоте, и по времени.
Выбор алгоритма машинного обучения
Выбирая алгоритм машинного обучения, сначала мы решили использовать уже хорошо знакомые нам свёрточные нейронные сети, которые входят в алгоритмы глубинного обучения. Свёрточные нейронные сети – это один из наиболее востребованных вариантов нейронных сетей, который уже зарекомендовал себя с двумерными сигналами (например, изображениями). Однако такие сети могут работать и с одномерными сигналами.
С помощью свёрточной нейронной сети мы выявили, что 4096 отсчётов (до децимации) дают наименьшую вероятность ошибки в конечной модели. Полученная модель позволила нам получить площадь под кривой ROC, равную 0.91983.
Полученная модель, где CL – свёрточный слой, MP – map pooling, FC – полносвязный слой, FM – количество масок с характерными признаками, kernel_x – размер ядра, stride – размер шага.
Вторым исследуемым алгоритмом стали «случайные деревья» или «случайный лес», поскольку на сегодня этот способ является одним из самых популярных в области классификации. Алгоритм состоит из ансамбля решающих деревьев, для каждого из которых из общей выборки генерируется своя выборка. Мы не успели опробовать структуру “вейвлет-преобразование + случайный лес”, поскольку не учли, что вейвлет-преобразование является весьма затратной по времени задачей.
Третьим алгоритмом машинного обучения, выбранным нами для исследования, стали RNN или рекуррентные нейронные сети. Это нейронные сети, в которых есть обратные связи. Биологические нейронные сети являются рекуррентными. В них есть память, что позволяет не подавать историю сигнала в сеть.
Мы провели множество опытов с рекуррентной нейронной сетью, опробовали разные архитектуры и задержки в обратных связях. Сеть не обучалась. Возникли проблемы с памятью – не удавалось создать сложную сеть с числом слоев более двух. Тогда мы пришли к выводу, что нужно использовать специальный вид нейронных сетей LSTM (Long Short Term Memory). Тем не менее, сложность LSTM алгоритма предполагает гораздо более глубинное исследование, чем позволяли условия конкурса. По этим причинам мы остановились на данном этапе, не получив завершенного результата по LSTM.
Выводы
В результате проведённых опытов наша команда получила высокое качество классификации сигналов головного мозга в процессе движения руки. Благодаря метрике качества “площадь под кривой ROC”, полученной в результате использования свёрточных нейронных сетей, мы убедились в эффективности алгоритмов глубинного обучения в классификации сигналов различного рода.
Это позволяет нам с уверенностью заключить, что свёрточные нейронные сети – один из лучших существующих на сегодня методов машинного обучения для создания нейрокомпьютерного интерфейса. Проще говоря, дайте нам электрические сигналы с вашего мозга, и мы скажем вам, что вы делали.
Вопросы в начале параграфа.
Вопрос 1. Что относится к центральной, а что - к периферической нервной системе?
Как у всех позвоночных, нервная система человека состоит из центральной и периферической частей. К центральной части относятся головной и спинной мозг, к периферической - нервы и нервные узлы.
Вопрос 2. Какие нервы относятся к чувствительным, а какие - к исполнительным и смешанным?
Различают чувствительные, исполнительные и смешанные нервы.
По чувствительным нервам сигналы идут в центральную нервную систему. Они информируют мозг о состоянии внутренней среды и событиях, происходящих в окружающем мире. Исполнительные нервы несут сигналы от мозга к органам, управляя их деятельностью. Смешанные нервы включают как чувствительные, так и исполнительные нервные волокна.
Вопрос 3. Где находится спинной мозг?
Спинной мозг лежит в позвоночном канале. Он представляет собой цилиндрический тяж диаметром около 1 см. Вверху спинной мозг переходит в головной, внизу оканчивается на уровне второго поясничного позвонка пучком отходящих от него нервов, напоминающим конский хвост.
Вопрос 4. Каково его строение?
На передней и задней поверхностях спинного мозга проходят глубокие борозды, делящие его на две половины, соединенные в глубине центральной перемычкой. В самом центре спинного мозга проходит центральный канал, также заполненный спинномозговой жидкостью.
Вокруг центрального канала располагается серое вещество, состоящее из тел нейронов и их дендритов. Оно занимает всю центральную часть спинного мозга и тянется сверху донизу в виде серых столбов. На поперечном разрезе серое вещество имеет вид бабочки.
Белое вещество располагается в наружной части спинного мозга. Оно содержит массу нервных волокон, связывающих нейроны спинного мозга между собой, а также с нейронами головного мозга.
Вопрос 5. В чем проявляется рефлекторная и проводящая функции спинного мозга?
Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводящую функции.
Когда спинной мозг выполняет рефлекторную функцию, рефлекторная дуга замыкается на уровне спинного мозга. Это, однако, не значит, что головной мозг не получает информацию о спинномозговых рефлексах: пациент чувствует удар и движение ноги. В мозг эта информация приходит по восходящим путям, благодаря проводящей функции спинного мозга. Она же позволяет снизить или повысить рефлекторный эффект, совершать произвольные действия. Например, по желанию мы можем задержать движение ноги или преднамеренно качнуть ею. Это возможно потому, что из головного мозга по нисходящим путям к нейронам спинного мозга поступают возбуждающие или тормозящие сигналы.
Вопросы в конце параграфа.
Вопрос 1. Что такое нервное волокно?
Нервное волокно - это длинный отросток нервной клетки, который покрыт оболочкой. Нервные волокна, соединяясь, слагают нервные пучки, а несколько пучков образуют отдельные нервы.
Вопрос 2. Чем различаются чувствительные, исполнительные и смешанные нервы?
Они отличаются по функциям. Чувствительные передают нервные импульсы от органов чувств и внутренних органов в мозг, исполнительные передают ответные нервные импульсы от мозга соответствующим органам, смешанные включают в себя как чувствительные, так и исполнительные нервные волокна и осуществляют соответственно обе функции.
Вопрос 3. Где расположен спинной мозг?
Спинной мозг расположен внутри позвоночного столба. Он начинается от головного мозга и заканчивается на уровне второго поясничного позвонка. Ниже находится пучок нервов, напоминающий конский хвост и называемый так же.
Вопрос 4. Как выглядит спинной мозг на поперечном сечении?
На поперечном сечении спинной мозг имеет округлую форму. В его передней и задней поверхности имеются глубокие борозды. В самом центре проходит центральный канал. Вокруг центрального канала располагается серое вещество. На поперечном разрезе серое вещество имеет вид бабочки. В наружной части спинного мозга располагается белое вещество.
Вопрос 5. Какую функцию выполняют задние и передние столбы серого вещества спинного мозга?
Через передние столбы из спинного мозга выходят двигательные волокна. Через задние столбы в спинной мозг входят чувствительные волокна.
Тематический тест по разделу «Нервная система человека»
Тест состоит из частей А,В и С. На его выполнение отводится 26 минут.
Варианты 1-2(2 вариант выделен полужирным шрифтом)
Выберите 1 правильный,по вашему мнению, ответ.
А1.Как называется короткий отросток нейрона
а)аксон б)дендрит
в)нерв г)синапс
А 1 .Как называется длинный отросток нейрона
а)аксон б)дендрит
в)нерв г)синапс
А2.К периферической нервной системе относят
А2. К центральной нервной системе относят
а)головной мозг и нервы б)спинной мозг и нервные узлы
в)нервы и нервные узлы г)спинной и головной мозг
А3.Сигналы идут в центральную нервную систему по нервам
А3 .Сигналы от мозга к органам передаются по нервам
а)чувствительным б)исполнительным
в)смешанным г)все ответы верны
А4.Сколько пар нервов отходит от спинного мозга
А4 .Сколько отделов имеется в головном мозге
А5.Серое вещество мозга образованно
А5. Белое вещество мозга образованно
а)дендритами б)телами нейронов
в)аксонами г)дендритами и телами нейронов
А6.Куда стекается вся информация от органов чувств
а)гипоталамус б)таламус
А6 .Какой отдел головного мозга обеспечивает координацию движения
а)гипоталамус б)таламус
в)большие полушария г)мозжечок
А7.В пределах центральной нервной системы находятся
А7. К мышце или внутреннему органу нервный импульс поступает по
а)рецептор б)вставочный нейрон
в)чувствительный нейрон г)двигательный нейрон
А8.Центр жажды и голода находится в
в)мост г)средний мозг
А8 .Постоянство внутренней среды организма контролируется
а)кора головного мозга б)промежуточный мозг
в)мост г)средний мозг
А9.Обонятельные и вкусовые зоны находятся в …. доле
а)лобной б)височной
в)затылочной г)теменной
А9 .Нейроны зрительной зоны находятся в… доле
а)лобной б)височной
в)затылочной г)теменной
А10.Верны ли следующие суждения?
А. Рефлекс начинается с раздражения рецепторов.
Б.В рефлекторную дугу входят рецепторы, головной мозг и рабочий орган
А10 .Верны ли следующие суждения?
А. Рефлексы, приобретённые в процессе жизни,называют безусловными.
Б. Рефлекторной дугой называют путь,по которому сигналы от рецептора идут к исполнительному органу.
а)верно только А б)верно только Б
в)верны оба суждения г)оба суждения неверны
В1.Выберите 3 правильных,по вашему мнению, ответа из 6 и запишите цифры, под которыми они указаны.
Какие особенности характерны для вегетативной нервной системы
4)регулируется гипоталамусом
В1 .Выберите 3 правильных,по вашему мнению ответа,из 6 и запишите цифры, под которыми они указаны.
Какие особенности характерны для соматической нервной системы
1)управляет внутренними органами, гладкой мускулатурой
2)подчиняется волевому контролю
3)не подчиняется воле человека
4)регулируется гипоталамусом
5)центром её является кора больших полушарий головного мозга
6)регулирует работу поперечнополосатой мышечной ткани скелетных мышц
В2.Установите соответствие между отделами головного мозга и их функциями
Функции отделы
А. регулирует работу органов левой части туловища 1.правое полушарие
Б. отвечает за способности к музыке и изобразительному искусству 2.левое полушарие
В. контролирует речь, а также способности к чтению и письму
Г. отвечает за логику и анализ
Д. с пециализируется на обработке информации, которая выражается в символах и образах
Е. регулирует работу органов правой части туловища
В2 .Установите соответствие между отделами головного мозга и их функциями
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции отделы
А. регуляция мышечного тонуса 1.средний мозг
Б. центр слюноотделения и глотания 2.продолговатый мозг
В. центр вдоха и выдоха
Г. отвечает за ориентировочный рефлекс
Д.регулирует величину зрачка и кривизну хрусталика
Е.находится центр защитных рефлексов
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции подотделы
А. активизируется в экстремальных условиях 1. симпатический
Б. снижает артериальное давление 2. парасимпатический
В. повышает тонус скелетных мышц
Г. увеличивается содержание сахара в крови
Д. активизируется работа органов пищеварения
Е. расширяются кожные сосуды
В3. Установите соответствие между подотделами нервной системы и их функциями
Впишите в таблицу цифры выбранных ответов
Функции подотделы
А. называют системой отбоя 1. симпатический
Б. повышает артериальное давление 2. парасимпатический
В. дыхание становится более ровным и глубоким
Г. уменьшается содержание сахара в крови
Д. органы пищеварения затормаживают свою деятельность
Е. сосуды кожи суживаются,кожные покровы бледнеют
С1.Какая доля коры головного мозга находится под №2 какие центры находятся в ней?
С1 .какая доля коры головного мозга находится под №1, какие центры находятся в ней?
С2. Почему парасимпатический подотдел вегетативной нервной системы называют «системой отбоя»?
С2. Почему симпатический подотдел вегетативной нервной системы называют «системой аварийных ситуаций»?
Ответы к тесту «Нервная система человека»
Задание А
№ варианта
Задание В.
№ варианта
Задание С.
№ варианта
Затылочная доля, зрительный центр
Он включается после напряжённой работы. Он возвращает деятельность сердца в состояние покоя, уменьшает давление и содержание сахара в крови. Под ее влиянием дыхание становится более редким, расширяется кожные сосуды и активизируются органы пищеварения.
Теменная доля.Центр кожно-мышечной чувствительности
Он активизируется всякий раз, когда организм находится в напряжении. Сердце усиливает свою работу, повышается кровяное давление, увеличивается содержание сахара в крови, сосуды кожи сужаются, человек бледнеет. Органы пищеварения под действием симпатических нервов затормаживают свою деятельность.