The proper starting point is to ask what students should know and be able to do as a

result of their education.

Human achievement in every field is driven by the desire to explore, to test and prod, to see what happens, to question how things work, and to wonder why and ask, what if?

Ken Robertson and Lou Aronica. Creative Schools. Viking Penguin. 2015

For some of us, curiosity about some things may be short-lived and quickly satisfied. For others, it may become a sustaining passion on which whole lives and careers are spent. In any case, a lifelong sense of curiosity is one of the greatest gifts that schools can give their students.

Ken Robertson and Lou Aronica. Creative Schools. Viking Penguin. 2015

It is not enough to teach man a specialty. Through it he may become a kind of useful machine but not a harmoniously developed personality. It is essential that the student acquire an understanding of and a lively feeling for values... Otherwise he-with his specialized knowledge-more closely resembles a well-trained dog than a harmoniously developed person.

A.Einstein. Ideas and Opinions. Crown Publishers, 1954.

Cogito, ergo sumDubito, ergo cogito

R.Descartes – Discurs despre metodă. 1637

Sum, ergo creo

Mă îndoiesc, deci gândesc Gândesc, deci exist Exist, deci creez

…din gândirea unui analfabet funcțional cu licență în medicină. Extras din lucrarea pentru examen admitere doctorat. 2014

Norme de parteneriat

participare la curs; cursul=creație

pregătire pentru curs

dialog cu profesorul

verificare cunoștiințe, seminarii-ex.

studenți buni

Neurofiziologie -curs

Transmiterea şi procesarea semnalului în sistemul nervos

Fiziologia senzorială

Mecanisme neurobiologice ale excitabilității

Integrarea funcțiilor cerebrale

Noţiuni introductive

Organizarea morfofuncţională a sistemului nervos

Macroscopică

Microscopică

Funcţională

Organizare morfofuncţională a SNMacroscopică

-sistem nervos central

-sistem nervos periferic

Microscopică

-celule: neuroni

-celule: celule gliale sinapse

Somatic Vegetativ(autonom)

-teoria neuronală – H. von Waldeyer.1891

-bariera hemato-encefalică

Aspectul macroscopic

H Berger - de la telepatie la EEG -1926

Suport electric- L Galvani 1791

Aristotel 384-322 î.c.- inima sediul mişcării si vieţii psihice. T.inexcitabilităţii cerebrale 1870

Medicul regelui Filip cel frumos după 1300 scrie: “creierul este... rece şi umed pt. a diminua extrema căldură şi uscăciune a inimii, alb pt. a fi ca o tabula rasa şi a primi orice imagine, lax şi moderat de vâscos pt. ca lucrurile percepute să-l străbată uşor...

The brain is a kludge. David J. Linden

But nanobot-mediated virtual reality is only the beginning. Kurzweil predicts that by the late 2030s, we will be able to routinely scan an individual’s brain with such molecular precision and with such a complete understanding of the rules underlying neuronal function and plasticity that we will be able to “upload” his mental processes into a vastly powerful and capacious future computer. As Kurzweil describes it, “This process would capture a person’s entire personality, memory, skills and history.

A more controversial application than the scanning-the-brain-to-understand-it scenario is scanning the brain to upload it. Uploading a human brain means scanning all of its salient details and then reinstantiating those details into a suitably powerful computational substrate. This process would capture aperson's entire personality, memory, skills, and history.

Ray Kurzweil. The Singularity Is Near. Viking Penguin.2005

Boron pag. 276

Gigandet X, et al. Estimating the Confidence Level of White Matter Connections Obtained with MRI Tractography. PLoS ONE 3(12): . (2008)

Essayed I. Walid. White matter tractography for neurosurgical

planning: A topography-based review of the current state of the art.

NeuroImage: Clinical 15 (2017) 659–672

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/

Lungimea totală a capilarelor cerebrale- 400 mile

Distanța neuron-capilar - 20 µm

Circulația cerebrală -bariera hemato-encefalică

- bariera hemato lichidiană

Organizare morfofuncţională a SN

-14.000 gene exprimate în dezvoltarea și funcționarea creierului

-Genomul uman- cca. 22.000 gene

Suportul genetic al SN

This neuroepigenetic view suggests that DNA, RNA and protein each influence one another to produce a holisticcellular state that contributes to the formation and maintenance of memory, and predicts a parallel and distributed system for the consolidation, storage and retrieval of the engram.

Marshall P. Bredy T W. Cognitive neuroepigenetics: the next evolution in our understanding of the molecular mechanisms underlying learning and memory?. NPJ Sci Learn. 2016.

Organizarea funcţională a SN

Boron pag. 283

Boron pag. 285

Funcții principale ale neuronului

-metabolism energetic

-sinteza moleculară

-transport-anterograd -retrograd

-generarea și conducerea potențialului de acțiune

Boron pag.256

Boron pag.260

Boron pag.260

Boron pag.260

Boron pag.258

Mecanisme celulare şi

moleculare ale

excitabilităţii

Excitabilitate - capacitatea

(condiţia) unui sistem viu de a

capta semnale specifice, ca formă

de actualizare a informaţiei,

necesară organizării lui întru

adaptabilitate şi continuitate.

Excitabilitate- noțiuni generale

Câmpul electromagnetic este realitatea fizică cu care suntem în contact permanent şi nemijlocit, deşi nu avem simţuri pentru a o percepe. În odaia în care stăm, în parcurile în care ne plimbăm, în noi înşine, totul este plin de câmp electromagnetic, în fiecare moment, datorită câmpului electromagnetic, fiecare cută a fiinţei noastre este pătrunsă de toate melodiile care se cântă pe Pământ, ba şi de şoapte din afara lui, rostite poate cu miliarde de ani în urmă. A.Ţugulea- Câmpul electromagnetic? Ed. Agir, 2011

Nicole Kelly was born without her lower right arm, but using a cutting-edge prosthesis she got last year, she can now grind pepper, play cards, and open beers — just by thinking about the action.

...Johns Hopkins Univ. bioengineering lab that is developing a glove that can feel pain just like a real hand.

https://futurism.com/the-byte/prostheses-arm-nerves.

La nivelul cel mai

elementar, noi nu

suntem o reacţie

chimică ci o sarcină electrică...

In timp ce curentul electric într-un fir metalic este generat de prin fluxul de electroni, curenții electrici membranari sunt generaţi de ionii anorganici

principali ai lichidelor biologice: Ca2+, Na+, K+, Cl− și HCO3−.La nivel molecular, curentul electric care traversează membrana celulară se propagă prin: canale ionice, transportori ionici electrogenici

•și pompe ionice electrogenice.

Interacţiunea stimul - receptor - răspuns

chimic

fizic

stimul

R e

c e

p t

o r

P r

o c

e s

o r

?răspuns

?-ritmicitate, activitate neuronală spontană (ANS)

Molecule

hidrofobe Subst.

steroidice

O2

CO2N2

Apă

Glicerol

Uree

ZaharozăGlucoză

Na+, H+, K+

Ca2+, Mg2+

HCO3-, Cl-

Molecule

mici

nepolare

Molecule

mari

nepolare

Ioni

Boron pag.103

-osmolalitate -electroneutralitate

-transport cuplat/necuplat-gradient electrochimic

-volum celular -EXCITABILITATE Er. 105

Boron pag.104

Boron pag.106

Sistem de transport ionic membranar

transp. pasiv

transport membranar

difuzie

simpla

mediată

de canalemediată de

transportori

mediată de

pompe

transport activ

bistrat

lipidic

canal

proteic transportori

Gradient de

concentraţie

adaptat după MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL. 2008

Boron pag.109

Boron pag.109

Canale de Na+ voltaj- dependente

Structura canal de Na voltaj dependent

identificat 1970

PP

Curent de poarta

_ _ SCTXTTX

+ +

+ +

+ +

+

+ +

+ +

+ +

+

__ __

LA

Senzor de voltaj

Bis

trat

lip

idic

BTX

Poarta

Po

r

Extracelular_ _ SCTXSCTXTTXTTX

+ +

+ +

+ +

++

+ +

++

+ +

+ +

+ +

+ +

+

__ __

LALA

Senzor de voltaj

Bis

trat

lip

idic

BTXBTX

Poarta

Po

r

Extracelular

poartă de

inactivare

poartă de

activare

extracelular

membrană

celulară+

Canale de Na+ voltaj- dependente

REPAUS (închis)

+

INACTIVAT (închis)

ACTIVAT (deschis)

+

Saxitoxină

Novocaina

TEA

TTX

Variaţia PA indusă de blocanti (agenți farmacologici). PA de control (linie

continuă) este modificat prin administrarea de agenți farmacalogici (tetrodoxină,

novocaină și saxitoxină pentru canalele de Na voltaj-dependente și

tetraetilamoniu pentru canalele de K voltaj-dependente) linia discontinuă. Se

constată modificări ale amplitudinii sau duratei PA, cu efecte asupra

excitabilității.

Mordecai P. Blaustein. Cell. Physiol.and Neurophysio. Ed. Elsevier 2012

Tipuri de receptori /canale ionice

Schema generala a receptorului de NMDA

N-metil-D-aspartat; PCP- fenciclidina; MK-801 - dizocilpina

Ka

ina

t

20

0 n

M,

CA

3

CONTROL CRIZĂ CRIZĂ EVOCATĂ SPONTANĂ

Bic

ucu

lin

ă

20

M

, C

A3

B

A

Echilibrul excitatie inhibitie/relația agonist-antagonist

Legenda pt. relația agonist-antagonist

A. Administrarea de Kainat (agonist glutamat-

ergic) induce după cca. 10 min activitate

electrică epileptiformă (aee), inițial, după

stimulare electrică, ulterior, în mod spontan.

B. Administrarea de Bicuculină (antagonist

GABAergic), induce după cca. 10 min activitate

electrică epileptiformă (aee), inițial, după

stimulare electrică, ulterior, în mod spontan.

Inregistrările aee au fost realizate pe secțiuni de

creier animal, perfuzate cu lichid cefalorahidian

artificial, in care au fost administrate kainat și

bicuculină.

membrană

celulară

poartăproteină

fibrilară

situs de

ancorareextrcelular

intracelular

Când celula este alungită, proteina fibrilară

fixată pe situsul de ancorare deschide

poarta canalelor ionice

membrană

celulară

extrcelular

intracelular

membrană celulară

intracelularsitus de ancorare

proteină fibrilară

Când distanța dintre două celule învecinate

crește, proteina fibrilară fixată pe situsul de

ancorare dintr-o celulă, deschide poarta

canalelor ionice din celula învecinată

Canale voltaj-dependente- Canale pentru Na+

- distribuţie – 30-10000/µm²- 10 gene pt. Na V

-subunitatea α - (α1- α9/ Nav 1- 9)

-subunitatea β

-1800-2000 aa- formează porul canalului

- controlează transportul ionic- ancorează canalul în membrana

celulară

- structură

Like Sisyphus, ATPase pumps are condemned to push Ca2+ uphill for eternity into the endoplasmic reticulum (ER) (via sarcoendoplasmic reticular Ca2+ ATPases; SERCA pumps) or out of the cell (via plasma membrane Ca2+ ATPases; PMCA pumps) Clapham DE.Calcium Signaling. Cell. 2007. Dec 14;131(6):1047-58.

Pompa de CalciuCalcium ions (Ca2+) impact nearly every aspect of cellular life. ... changes in protein conformations Ca2+-mediated signal transduction and its specific roles in excitability, exocytosis, motility, apoptosis, and transcription. ...Calcium ions and phosphate ions have come to rule cell signaling.

Maintaining and Using Ca2+ Gradients for Signaling.

The cytoplasmic Ca2+ level is low in resting cells.Clapham DE.Calcium Signaling. Cell. 2007. Dec 14;131(6):1047-58.

Maintaining and Using Ca2+ Gradients for Signaling. The cytoplasmic Ca2+ level is low in resting cells. Cytoplasmic [Ca2+] is maintained at ~100 nM by extrusion via plasma membrane Ca2+ ATPase(PMCA) and smooth endoplasmic reticular Ca2+ ATPase (SERCA) pumps (transporters)

Clapham DE.Calcium Signaling. Cell. 2007. Dec 14;131(6):1047-58.

The Na/Ca exchanger (NCX), a major secondary regulator of [Ca2+],is electrogenic, exchanging three Na ions for one Ca2+. Intracellular Ca2+ hyperpolarizes many cells by activating K+ channels, and in some cells, Cl−

channels. This decreases CaV channel activity but increases the driving force across active Ca2+ -permeant channels

Maintaining and Using Ca2+ Gradients for Signaling.

The cytoplasmic Ca2+ level is low in resting cells.Clapham DE.Calcium Signaling. Cell. 2007. Dec 14;131(6):1047-58.

Maintaining and Using Ca2+ Gradients for Signaling. The core of the Ca2+ signaling network. In excitatory Ca2+ signaling, plasma membrane ion channels are triggered to open by changes in voltage,or extra- or intracellular ligand binding.

Clapham DE.Calcium Signaling. Cell. 2007. Dec 14;131(6):1047-58.

When open, ~1 million Ca2+ ions/s/channel flow down the 20,000 fold [Ca2+]i gradient (ECa~+150 mV). Initial increases in [Ca2+] trigger more release, primarily from ER via Ca2+ -sensitive ryanodine receptors (RyR).

Boron pag.116

Boron pag.116

Boron pag.121

Boron pag.121

Boron pag.124

Boron pag.125

Permeabilitatea membranei

celulare depinde de:

-interacţiunea ionilor cu apa

-bistratul lipidic membranar

-canale ionice

Boron pag.146

Boron pag.130

Boron pag.131

Boron pag.131

Aquaporina Boron pag.111

timp (ms)

+20

- 60

Pm

(m

V)

Variaţia potenţialului de membrană în raport cu

activitatea celulei nervoase

repolarizaredepolarizare

hiperpolarizare

depolarizare

repolarizare

Nerst

Vm = lnzXF

RT [X]i

[X]o

Potenţial de acţiune

50

0

m

V PA

Na+

K+

Boron pag.143

…Due to its ability to give rise to spontaneous activity, the brain does not simply process information but also generates information.

György Buzsáki

...spontaneous neuron activity, far from being mere noise, is actually the source of cognitive abilities.

...the source of spontaneous neuron activity (noise), has never been identified and has been assumed to result from brain’s imperfections.

Celule miocardice embrionare izolate în cultură. Imediat după punerea în

cultură se observă contracția celulelor individuale, la diferite ritmuri,

Ritmicitate...

http://www.cellsalive.com/myocyte.htm

Dupa 2-3 zile în vitro, miocitele se conectează prin joncțiuni gap, care asigură

activarea și contracția lor sincronă.

Signal processing methods were used to reject the external and internal interferences, to visualize uterine activity, and to detect activity of fetal heart and brain.

A simulation study was carried out for a scanner with an array of magnetic field sensors placed all around the torso from the chest to the hip within a horizontal magnetic shielding enclosure

•S. Lew. Toward noninvasive monitoring of ongoing electrical activity of humanuterus and fetal heart and brain. Clinical Neurophysiology 128 (2017) 2470–2481

Ritmicitate, activitate neuronală spontană (ANS)

Semnificație funcțională

- cardiovascular

- respirator

- digestiv

-endocrin

- ritm circadian

-excitabilitate

Funcțiile transportului ionic transmembranar

-reglare metabolică

-cuplare metab.-excitabilitate

-metab. neurotransmițători

-presiune osmotică, volum celular

Fiziologia este cea mai integrativă știință a Ființei Umane