Как выглядит мозг человека

Головной мозг человека

Нервная система человека представлена головным мозгом, расположенном в полости черепа; спинным мозгом, расположенном в полости позвоночника, и разветвленной системой нервов, которые отходят от головного мозга (черепно-мозговые нервы) и иннервируют органы головы; системой нервов, которые ответвляются от спинного мозга и иннервируют руки, ноги, туловище, внутренние органы. Головной и спинной мозг – представляют центральную нервную систему, а система нервов – периферическую нервную систему.

Все образования нервной системы состоят из множества нейронов (клеток нервной системы) и их отростков, по которым передаются нервные импульсы в восходящем и нисходящем направлениях за счёт многообразных связей, существующими между нейронами.

Несмотря на то, что разные нейроны выполняют различные функции, и имеют различия в строении, все они имеют тело, воспринимающая структура, и отросток, дендрит, проводящая структура.

Нервная клетка выполняет две основные функции: 1) переработка поступающей информации, передача нервного импульса и 2) биосинтетическая, направленная на поддержание своей жизнедеятельности.

Так схематически выглядит строение нейрона.

Так выглядит головной мозг человека.

Это сложнейшая структура, состоящая из множества различных образований, находящихся в тесном взаимодействии; осуществляющая проводящую, анализирующую, регулирующую и координирующую функции. Все движения тела, чувства человека, работа внутренних органов, его разум, интеллект, память, сознание, сон, бодрствование, всё контролируется головным мозгом. Мозг человека можно сравнить со сложнейшим компьютером с заложенными в него программами, постоянно модифицирующимися в течение жизни человека.

В лобных долях находятся центры регуляции произвольных движений, при поражении которых развивается слабость в руках, ногах с одной стороны, или только руки или ноги. В лобных долях находятся и центры «произвольного» поворота глаз и головы, при поражении которых возникает отклонение глаз и головы в сторону патологического очага. В лобных долях находятся и центры координации движений, при поражении которых возникают нарушения стояния и ходьбы. И, наконец, при поражении коры лобных долей развиваются поведенческие и психические расстройства.

Теменные доли отвечают за способность человека узнавать предметы наощупь, способность производить сложные целенаправленные действия, способность расшифровывать письменные знаки и способность письма.

Височные доли несут слуховые, вкусовые и обонятельные центры, центры понимания и воспроизведения речи, центры координации движений.

В стволе головного мозга находятся центры регуляции жизнеобеспечивающих систем органов, дыхательной, сердечно-сосудистой, промежуточные центры регуляции черепно-мозговых нервов, проводящие пути двигательной и чувствительной систем.

В стволе головного мозга в его покрышке располагаются ядра черепно-мозговых нервов, тела нервных клеток, ответственных за иннервацию органов головы, лица, обеспечивающих выполнение функции вкусового, слухового, зрительного, вестибулярного и обонятельного анализатора.

Различают черепно-мозговые нервы каудальной группы: 1) Добавочный нерв, 11 пара, иннервирует мышцу, поворачивающую голову в сторону. 2) Подъязычный нерв, 12 пара, иннервирующий язык. 3) Языкоглоточный нерв, 9 пара, иннервирующий глоточную мускулатуру, язык, нёбо, среднее ухо, слюнные железы. 4) Блуждающий нерв, 10 пара, иннервирующий мускулатуру глотки, мягкого нёба, гортани, гладкую мускулатуру бронхов, трахеи, пищевода, желудка, кишечника.

Далее различают черепно-мозговые нервы мосто-мозжечкового угла: 1) Лицевой нерв, 7 пара, иннервирующий мышцы лица. 2) Вестибуло-кохлеарный нерв, 8 пара, иннервирующий внутреннее ухо. 3) Тройничный нерв, 3 пара, иннервирующий кожу лица, челюсти, жевательные мышцы.
Далее следует группа глазодвигательных нервов: 3, 4, 6 пары.

И наконец, зрительный нерв, 2 пара, иннервирующий сетчатку глаза, и обонятельный нерв, 1 пара, иннервирующий слизистую носовой полости.

Источник

Голова – предмет тёмный, но исследованию подлежит. Что за что отвечает в головном мозге?

Способность дышать и двигаться, чувствовать боль и любить, создавать гениальные творения и совершать зло, подчас не поддающееся объяснению. Благодаря чему всё это возможно? Где скрывается наше «я»?

Как устроен головной мозг человека, как соотносятся его строение и функции, и каковы их особенности?

Попробуем разобраться в некоторых из них.

Существует положение, что чем более проста некая функция, тем точнее место ее локализации в головном мозге. С другой стороны, наиболее сложные функции обеспечиваются слаженной работой всего мозга, в связи с чем понятие «коркового центра» (определённой области коры головного мозга) большей частью относительное и условное.

Внезапно залаяла собака во дворе? Ориентировочный рефлекс в ответ на резкий звук возможен благодаря среднему мозгу. Кроме того, через этот отдел проходят пути, обеспечивающие зрение, слух, способность к движению и бдительности, контроль температуры и ряд других, которыми занимаются другие отделы мозга.

КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ИМЕЕТ СЛОЖНОЕ
СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ 12-18 МЛРД НЕРВНЫХ
КЛЕТОК И БОРОЗДАМИ ДЕЛИТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ДОЛЕЙ

А теперь закройте глаза и коснитесь пальцами кончика носа. Получилось без особого труда, не так ли? Это при том, что в этом плавном действии было задействовано много разных мышц. За координацию, равновесие, нормальные движения спасибо мозжечку.

Сложнее, сложнее

Эмоции, такие эмоции. Без них наша жизнь была бы не такой счастливой (несчастной?). Внутренняя борьба, иногда заставляющая нас сделать то, о чем мы потом пожалеем. Знакомо? Благодарим лимбическую систему. Интересно что это такое? Чуть подробнее о ней (и ее частях).

Беспокоитесь, грустите? А может вам страшно? Это возможно благодаря миндалевидному телу (миндалине). Любопытный факт: с левой миндалиной бывает связано и чувство счастья, а вот у правой «настроение» плохое всегда.

Читайте материал по теме: Билл Гейтс и его синдром Аспергера

И наконец.

Итак, какова ее роль?

Читайте материал по теме: Что происходит с мозгом аутистов?

С лобной долей связана также наша способность к движению (благодаря моторной коре), чёткому и разборчивому письму, артикуляции.

Ассоциативные функции обеспечиваются теменной долей коры. Здесь располагаются области, отвечающие за осязание, чёткие, комбинированные целенаправленные движения, чтение, познавание предметов, явлений, их смысла и символического значения.

Бросается в глаза, что.

Наиболее сложные функции памяти и мышления не имеют чёткого расположения, в их реализации принимают участие различные области мозга.

Почему важно знать, как связаны функция и структура головного мозга?

Диагностика. Представьте: у человека сильно разболелась голова. Спустя несколько минут он уже не смог поднять правую руку, а его речь стала невнятной. У пациента ухудшилось зрение с одной стороны, тогда как офтальмолог патологию со стороны глаз не обнаружил. Или, например, человек перестал понимать обращённую к нему речь.

Читайте материал по теме: Как предотвратить инсульт?

Зная о том, какие отделы в головном мозге отвечают за ту или иную способность, можно предполагать место расположения патологического процесса.

Лечение и реабилитация. Предположим, что в результате повреждения участка головного мозга после инсульта у человека «выпала» какая-то функция. Значит ли это, что теперь она не вернётся? Нет, далеко не всегда.

Благодаря такому свойству мозга, как пластичность, возможно эту функцию восстановить. Говоря простыми словами, под пластичностью можно понимать способность других областей мозга брать на себя функцию повреждённой его части. Однако этим процессом нужно целенаправленно заниматься. Поэтому после инсульта больному бывает необходим курс нейрореабилитации, в процессе которого он заново учится говорить, ходить, обслуживать себя.

Нет. Приведённые выше описания взаимоотношений структуры и функции далеко не исчерпывающие: на деле всё гораздо сложнее и выходит далеко за рамки объёма небольшой статьи.

Источник

Как на самом деле выглядит мозг, извлеченный из тела

Наш мозг работает круглые сутки – именно благодаря ему мы можем мыслить. Но как часто вы задумываетесь о самом мозге, надежно спрятанном в черепной коробке?

Из соображений этики мы не стали встраивать этот ролик в статью, но вы можете ознакомиться с ним на Youtube, просто перейдя по ссылке.

Видео, опубликованное командой Neuroscience Initiative Университета штата Юта еще в 2013 году, предназначено для студентов, у которых нет доступа к «свежим» мозгам, таким как этот. Без сомнения, это куда лучше моделей и схематических изображений из учебников – ведь работать будущим врачам придется с настоящим телом человека, а не с рисунком в книжке.

«Студенты склонны думать, что мозг похож на резиновый мяч, и это потому, что в качестве учебной модели чаще всего выступает мозг, зафиксированный формалином и ставший более жестким», — поясняет нейроанатом Сюзанн Стенсаас.

«Однако, если вы хирург-травматолог или нейрохирург, вы понимаете, что мозг на самом деле очень, очень мягкий и гораздо более уязвимый, чем может показаться со стороны», — добавляет она.

В руках у доктора – здоровый мозг человека, умершего от рака. Он весит всего 1400 граммов и в обычной жизни защищен несколькими мембранами, смягченными спинномозговой жидкостью и заключен в прочную оболочку черепа.

Оказывается, даже когда мозг сохраняется в фиксирующем растворе, его нельзя оставлять в покое на дне резервуара. Этот орган настолько мягок и уязвим, что в таком положении он просто потеряет форму — поэтому ученые продевают веревку через одну из артерий и подвешивают его внутри контейнера.

Вы также можете увидеть то, что выглядит как кусок ткани, застрявший между двумя полушариями — на самом деле это твердая мозговая оболочка, самая внешняя из трех мембран, защищающих мозг.

По мере того как Стенсаас указывает на различные анатомические особенности, мы также получаем четкое представление о стволе мозга, который выглядит шокирующе тонким, учитывая, сколько наших жизненно важных нервных импульсов проходит туда и обратно через этот крошечный пучок нервов.

Источник

Нейроны и нейромедиаторы

Химические цепочки

Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).

Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.

Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств

Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).

Серотонин

Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.

В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.

Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.

Дофамин

Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.

С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.

Гамма-аминомасляная кислота

Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.

Гормоны

Химическое взаимодействие

Источник

Как устроен мозг человека и каковы его функции?

«Да он же безмозглый, ничего не соображает!», «Она же тупая, совсем мозгов нет!», «А вот те ребята умные, у них мозги работают, как надо!» Как правило, в повседневной жизни люди вспоминают про мозг исключительно в контексте чьих-либо способностей к мыслительной деятельности. Хотя из школьной программы должны смутно помнить, что задачи мозга гораздо шире, чем думать и запоминать.

Улучшить свои навыки мышления можно на нашей программе «Когнитивистика», а сегодня мы поговорим о многообразии функций человеческого мозга и о том, как устроен мозг человека. По ходу изложения пойдем от простого к более сложному, чтобы не запутаться в хитросплетениях строения и функций.

Общая структура мозга

Чтобы упростить задачу, мы возьмем за основу материал из школьного учебника биологии за 8 класс, где как раз и объясняется строение организма человека [В. Пасечник, 2010]. А чтобы было интереснее, будем дополнять разъяснения занимательными фактами из других источников.

Итак, мозг находится в черепной коробке и занимает до 80% ее объема. Вес мозга в среднем составляет 2% от общей массы человека. Именно этим объясняется разница между средним весом мозга мужчин и женщин: мужчины весят в среднем больше, чем женщины. Интересно, что линейной взаимосвязи между весо-габаритными характеристиками мозга и интеллектом человека не обнаружено, и больше вовсе не означает лучше.

История свидетельствует, что мозг-рекордсмен весом 2850 граммов был обнаружен у молодого человека, страдавшего эпилепсией и идиотией [G. Elliot, 1925]. В то же время, как утверждает руководитель отдела эмбриологии НИИ морфологии человека профессор Сергей Савельев, у 72% одаренных людей мозг превышает среднюю массу [С. Кузина, 2010].

Так или иначе, при всех различиях в объеме и способностях, все люди имеют одинаковую структуру головного мозга. Устройство мозга рассматривают, во-первых, в контексте функций полушарий, во-вторых, в контексте функций различных частей или долей мозга. Из школьного курса биологии мы помним (или не помним), что мозг состоит из следующих частей:

Кроме того, из головного мозга берет свое начало спинной мозг. Поскольку спинной мозг не является темой сегодняшнего материала, мы его рассматривать не будем, а вот общую схему строения головного мозга предлагаем изучить:

Самые внимательные из вас заметили, что на схеме отсутствует изображение некоторых частей мозга из выше приведенного перечня. Все верно, потому что на схеме изображено лишь наружное устройство этого органа. Все, что внутри, скрыто наружными долями и частями мозга.

Чтобы не загромождать схему и не запутать вас в деталях и нюансах, как устроен головной мозг человека, мы будем давать представление о расположении внутренних компонентов мозга относительно наружных на отдельных картинках по мере рассмотрения частей мозга. А теперь перейдем к изучению функций каждой из них.

Продолговатый мозг

Он является продолжением спинного мозга, а его основная функция – проводниковая. Через продолговатый мозг передается информация в остальные отделы и идет обратный трансфер информации из головного мозга в спинной.

Помимо этого, данная часть мозга отвечает за множество различных защитных рефлексов, в частности, за чихание и кашель. Тут же находятся центры дыхательных и пищеварительных рефлексов, таких как глотание и слюноотделение.

Мост примыкает к продолговатому мозгу и его основная функция напрямую связана с ним же. Именно через эту «промежуточную станцию» продолговатый мозг передает сигналы в остальные части мозга и через нее же получает сигналы, идущие из разных отделов мозга.

В медицинской литературе можно встретить второе название «Варолиев мост», названный так в честь итальянского врача и анатома Констанзо Варолия (1543-1575), внесшего огромный вклад в изучение строения мозга.

Средний мозг

Эта часть мозга отвечает за первичную обработку зрительной и слуховой информации, в том числе за так называемое «скрытое» или «боковое зрение». Информация обо всем, что попало в наше поле зрения, поступает в мозг, однако вспомнить увиденное скрытым зрением несколько сложнее, нежели то, на чем мы сознательно фокусировали взгляд.

Кроме того, средний мозг отвечает за некоторые жизненно важные рефлексы, например, за ориентировочный. Когда мы вздрагиваем от неожиданного громкого звука (гром, падение предмета, скрип тормозов) или яркой вспышки (молния, взрыв), а потом пытаемся выяснить происхождение звука или вспышки, это и есть пример работы ориентировочного рефлекса и среднего мозга.

Как мы выяснили только что, средний мозг ведет первичную обработку зрительной и слуховой информации, а ориентировочный рефлекс напрямую связан с этими функциями.

Промежуточный мозг (таламус, гипоталамус, гипофиз)

Здесь мы скажем об основных компонентах промежуточного мозга: таламусе, гипоталамусе и гипофизе. Гипоталамус отвечает за такие рефлексы как жажда и голод, регулирует сон, поддерживает стабильность внутренней среды всего организма и участвует в формировании эмоций. Например, таких, как любовь и агрессия.

Таламус иногда называют «центральной релейно-трансформаторной станцией головного мозга», где собирается практически вся сенсорная и моторная информация за исключением сигналов органов обоняния. Кроме того, таламус участвует в управлении двигательными функциями, речью и памятью.

Гипофиз, в принципе, является органом эндокринной системы, в котором осуществляется синтез гормонов, влияющих на метаболизм, рост и репродуктивную функцию. Гипофиз тесно взаимосвязан с гипоталамусом и формирует гипоталамо-гипофизарную систему, регулирующую множество функций организма, связанных с метаболизмом, репродуктивной функцией, ростом.

Мозжечок

Мозжечок анатомически располагается за продолговатым мозгом и мостом и отвечает за координацию движений, равновесие, сохранение нужного положения тела и мышечный тонус. Традиционный способ проверки функций мозжечка заключается в том, чтобы с закрытыми глазами вытянуть руки перед собой, а потом дотронуться до кончика носа, не открывая глаз. У здорового человека это получается запросто притом, что в этом простом движении задействовано около30 мышц.

Помимо координации движений, данная часть мозга выполняет адаптационно-трофическую функцию, которая обеспечивает адаптацию организма к изменяющимся условиям.

Затылочная доля

Затылочная доля граничит с теменной и височной долями. В этой части мозга концентрируются зрительные анализаторы. Они включают в себя так называемую «первичную зрительную кору» и зоны визуальных ассоциаций.

Чтобы было яснее, о чем речь, скажем, что нарушения в первичной зрительной коре приводят к специфическому расстройству зрения, синдрому Антона Бабинского. Это когда люди не различают объекты по внешнему виду, однако при этом даже не подозревают о своем расстройстве и уверены, что они видят именно то, что есть на самом деле. Подробнее об этом синдроме можно узнать из видеолекции, посвященной данной проблеме:

Височная доля

Височная доля соседствует с лобной, затылочной и теменной долями. В этой части мозга концентрируются слуховые и вкусовые анализаторы. Благодаря слуховым анализаторам мы распознаем речь и можем воспринимать музыку. Если есть нарушения в правой доле, человек теряет способность воспринимать музыку, если в левой, у него будет расстройство построения речи.

Здесь же, в височных долях, находится гиппокамп. Это парная структура, которая вместе с корой (внешним покрытием) височной доли участвует в формировании эмоций, долговременной и пространственной памяти.

Кроме того, в височных долях локализуется так называемое «миндалевидное тело». Это тоже парная структура, по одному «телу» с каждой стороны. Миндалевидное тело ответственно за формирование многих эмоциональных реакций, например, страха, и принятие решений.

Если оно будет разрушено, допустим, из-за болезни, человек не будет испытывать чувства страха и не сможет принять решение, адекватное грозящей опасности.

Теменная доля

Теменная доля соседствует с лобной, височной и затылочной частью мозга. Она отвечает за обработку и интеграцию сенсорной информации. Например, за восприятие взаимосвязи между тактильными ощущениями и болью. Таким образом человек усваивает, что если прикоснуться к чему-то горячему, будет больно и можно получить ожог.

Кроме того, эта часть мозга позволяет сориентироваться в пространстве, понять, какая именно часть тела затронута ощущениями. Например, прикоснулись вы к горячему предмету пальцем или ладонью или случайно зацепили локтем.

Лобная доля

Лобная доля охватывает передние отделы полушарий головного мозга. Она соседствует с теменной и височной долями. Лобная доля отвечает за обучение, восприятие информации, память и мышление. Таким образом, когда кого-либо называют «безмозглым», подразумевается, по сути, не слишком качественная работа лобных долей, а не всего головного мозга.

В целом лобные доли можно представить, как «командный пункт» всего головного мозга. Здоровье и сохранность этих долей мозга предопределяет способность человека анализировать обстановку, проявлять инициативу, принимать самостоятельные решения, контролировать свое поведение.

При поражении этой части мозга у человека часто наблюдаются симптомы, сходные с симптомами лени: отсутствие интереса к происходящему, безынициативность, неадекватная беззаботность. Помимо этого, человек может утратить социальный контроль за своим поведением и, к примеру, начать использовать ненормативную лексику в общественных местах.

Еще одна сложность, которая сопровождает расстройства лобных долей, – это потеря ранее наработанных навыков. Например, человек забывает, как приготовить то или иное блюдо, которое он готовил раньше. Освоение новых навыков в этом случае тоже затруднено, а иногда и невозможно.

Признаком расстройства в этой части мозга служит и персеверация в речи (например, необоснованное ситуацией повторение слов) либо в действиях (бессмысленное перекладывание вещей с места на место). И, наконец, лобные доли отвечают за прямохождение и поддержание вертикального положения тела. При поражении долей может наблюдаться специфичная «семенящая» походка и постоянная сутулость.

Кроме всего перечисленного, в медицинской литературе можно встретить такой термин как «конечный мозг». Тут подразумеваются покрытые корой большие полушария мозга, мозолистое тело, полосатое тело и обонятельный мозг. Про кору полушарий мозга мы расскажем подробнее чуть позже, когда будем рассматривать строение тканей головного мозга. А об остальных компонентах конечного мозга скажем пару слов прямо сейчас.

Мозолистое тело отвечает за координацию полушарий и передачу информации из одного полушария в другое:

Полосатое тело регулирует мышечный тонус, принимает участие в формировании условных рефлексов и регулировании работы внутренних органов:

Обонятельный мозг, как понятно из названия, отвечает за обоняние и входит в так называемую «лимбическую систему» мозга, под которой понимается совокупность компонентов мозга и их связей, участвующих в управлении инстинктивным поведением и вегетативными функциями:

Это, скажем так, «знание для продвинутых», поэтому подробно останавливаться на устройстве данной части мозга не будем. Здесь мы привели эти сведения для того, чтобы вы понимали, о чем речь, если вам вдруг встретятся эти термины в специальной литературе.

К слову, иногда лимбическую систему называют «животной частью» мозга, потому что это больше о рефлексах, нежели о сознательном. В этом плане весьма интересна книга «Воля и самоконтроль. Как гены и мозг мешают нам бороться с соблазнами» [И. Якутенко, 2020].

Итак, мы выяснили, как устроены мозги человека, и теперь знаем, что головной мозг симметричен. Из школьного курса биологии и общего развития нам известно, что мозг разделяется бороздой на два полушария, правое и левое, и что функции этих полушарий различны.

Возникает закономерный вопрос: если мы уже изучили в общих чертах функции всех частей мозга, как именно должны отличаться функции правого и левого полушарий? Для понимания этого нюанса следует знать, что левое полушарие обрабатывает информацию, поступающую постепенно, а правое полушарие мгновенно создает цельный образ. В левом полушарии хранится информация, которую нужно обдумать и скоординировать, а в правом хранятся ранее созданные и запечатленные образы.

Таким образом, когда вы готовитесь к докладу или экзамену, работает левое полушарие, а когда вам в голову приходит спонтанная идея, пусть даже касающаяся темы доклада или экзаменационного билета, это означает, что в процесс «включилось» правое полушарие. Если у вас доминирует правое полушарие, вы сможете образно представить разницу между полушариями, просто взглянув на картинку с примерами работы правого и левого полушария:

Даже беглого взгляда достаточно, чтобы понять: то, как устроен мозг человека, и психология человека тесно взаимосвязаны. Основы процессов, предопределяющих поведение человека, его успех или отсутствие достижений в жизни, наличие или отсутствие талантов к музыке, живописи или стихосложению, проистекают из недр головного мозга.

Именно поэтому так велик интерес ученых к строению мозга, его тайнам и секретам. Причем считается, что человеческий мозг до сих пор не изучен полностью, и новые открытия еще впереди.

Если вам проще воспринимать информацию на слух, чем из текста, можем посоветовать на тему «Как устроен мозг человека» видео – урок биологии за 8 класс:

Тут рассказывается, как устроен мозг человека, для детей, поэтому изложение простое, понятное и дающее общее представление по теме, вполне достаточное для человека, в силу своей профессии не связанного с медициной. Из этого видео вы можете узнать как о структуре, так и строении тканей головного мозга. Мы остановимся на строении тканей чуть подробнее.

Строение тканей мозга

Головной мозг – очень сложная и весьма хрупкая структура, поэтому природой создана тройная система защиты мозга. В результате головной мозг покрыт тремя защитными слоями.

Это, во-первых, мягкая сосудистая оболочка, которая срастается с мозгом и заполняет все его пространство.

Во-вторых, это паутинная оболочка, которая срастается с мягкой и соединяется с твердой.

И, в-третьих, это твердая оболочка, которая срастается с надкостницей черепа и соединяется с паутинной.

Схематично строение оболочек можно представить следующим образом:

Терминами «эпидуральное пространство», «субдуральное пространство»,

«субарахноидальное пространство», которые вы можете прочитать на схеме, обозначается пространство между слоями мозга. Ликвороносные каналы – это каналы, по которым циркулирует спинномозговая жидкость. Иногда ее еще называют церебральной жидкостью.

Ликвор генерируется из плазмы крови, проникает в пространство под оболочками и «уходит» в лимфатические узлы. Спинномозговая жидкость питает нервные клетки, поддерживает стабильность внутричерепного давления, предохраняет мозг от сотрясений и удаляет вредоносные продукты метаболизма.

Сам мозг состоит из серого и белого веществ. Серое вещество находится снаружи, образуя кору головного мозга, белое вещество находится внутри. Слой серого вещества может составлять от 1,3 до 4,5 миллиметров, причем в передней части мозга этот слой толще.

В сером веществе находятся нейроны и глии – вспомогательные клетки центральной нервной системы. Именно от количества нейронных связей и зависит эффективность мышления человека, способность сопоставлять новую информацию с уже имеющейся и т.д.

Количество нейронов мозга исчисляется миллиардами. Так, есть данные, что мозг взрослого мужчины содержит в среднем 86,1 миллиарда нейронов +/- 8,1 миллиарда [F. Azevedoet al., 2009]. А некоторые ученые считают, что количество нейронов головного мозга человека может достигать 100 миллиардов [R. Hodson, 2019].

У нейронов есть отростки – аксоны и дендриты. Функция аксонов –распространение нервных импульсов, функция дендритов – получение нервных импульсов. Схематично соотношение аксонов и дендритов можно представить следующим образом:

За слаженную работу нейронов отвечают глиальные клетки (глии), обеспечивающие нейроны питательными веществами. Кора головного мозга играет ведущую роль в высшей нервной деятельности, обеспечивает связь между клетками мозга, корректирует отклонения в функционировании систем и органов человека.

Белое вещество головного мозга состоит преимущественно из аксонов, которые покрыты миелином. Отсюда и название «белое вещество», потому что миелин белого цвета. Обратите внимание, что в сером веществе концентрируются так называемые безмиелиновые аксоны, не покрытые миелином.

Белое вещество соединяет различные области серого вещества, где расположены нервные клетки, друг с другом, и обеспечивают трансфер импульсов между нейронами. Миелиновое покрытие в данном случае функционирует, как ускоритель сигнала.

Головной мозг содержит 12 пар нервов, каждая из которых обеспечивает определенную функцию:

В целом функции нервов понятны из их названий, поэтому пояснения в скобках содержатся лишь там, где названия не слишком информативны. Ознакомиться со схемой расположения нервов головного мозга можно на следующей картинке:

Кора головного мозга разделена на доли, расположение и функции которых мы рассмотрели выше, и испещрена извилинами, за счет чего площадь поверхности коры может достигать 2-2,5 квадратных метров. Чем больше извилин, тем больше серого вещества «помещается» в мозге и тем больше нейронных связей потенциально может образоваться, и тем выше производительность мозга. Появление большого количества извилин является продуктом эволюции, в результате чего сложные когнитивные структуры могут развиваться без увеличения объема черепной коробки.

Итак, мы рассмотрели в самом общем упрощенном виде, как устроен мозг человека, его структуру и строение тканей, из которых он состоит. Этого, в целом, достаточно, чтобы понимать общие закономерности работы мозга и того, от чего же на самом деле зависят мыслительные процессы. А глубже проработать техники мышления можно, изучив нашу программу «Когнитивистика».

Мы желаем, чтобы ваш мозг всегда функционировал безупречно и никогда не подводил вас. А в заключение предлагаем пройти небольшой проверочный тест по теме статьи:

Источник

Как выглядит мозг человека

Строение головного мозга человека

Головной мозг человека – это 1,5-килограммовый орган мягкой губчатой ​​плотности. Мозг состоит из 50-100 млрд. нервных клеток (нейронов), связанных более чем биллиардом соединений. Это делает человеческий головной мозг (ГМ) самой сложной и – в настоящее время – совершенной известной структурой. Его функция заключается в интеграции и управлении всей информацией, стимулами из внутренней и внешней среды. Основной компонент – липиды (около 60%). Питание осуществляется за счет снабжения кровью и обогащения кислородом. На вид ГМ человека напоминает грецкий орех.

Взгляд в историю и современность

Изначально органом мыслей и чувств считалось сердце. Однако с развитием человечества была определена связь между поведением и ГМ (в соответствии со следами проведения трепанации на найденных черепах). Эта нейрохирургия, вероятно, использовалась для лечения головных болей, переломов черепа, психических заболеваний.

С точки зрения исторического понимания, мозг в центр внимания попадает в древнегреческой философии, когда Пифагор, а позже Платон и Гален, понимали его, как орган души. Значительные продвижения в определении мозговых функций обеспечили выводы врачей, которые, исходя из вскрытий, исследовали анатомию органа.

Сегодня для исследования ГМ и его активности врачи используют ЭЭГ – устройство, записывающее мозговую активность посредством электродов. Метод также применяется для диагностики церебральной опухоли.

Для устранения новообразования современная медицина предлагает неинвазывный способ (без разреза) – стереохирургию. Но ее применение не исключает использование химической терапии.

Эмбриональное развитие

ГМ развивается во время эмбрионального развития от передней части нервной трубки, возникающей на 3-й неделе (20-27 день развития). В головном конце нейронной трубки формируются 3 первичные церебральные везикулы – передний, средний, задний. В то же время создаются затылочная, лобная область.

На 5-й неделе развития ребенка формируются вторичные мозговые везикулы, образующие основные части взрослого мозга. Фронтальный мозг разделяется на промежуточный и конечный, задний – на Варолиев мост, мозжечок.

В камерах образуется цереброспинальная жидкость.

Анатомия

ГМ как энергетический, контрольный, организационный центр нервной системы хранится в нейрокраниуме. У взрослых людей его объем (вес) составляет около 1500 г. Однако, специализированная литература показывает большую изменчивость массы ГМ (как у человека, так и у животных, например, у обезьян). Наименьший вес – 241 г и 369 г, а также самый большой вес – 2850 г были найдены у представителей популяции с тяжелой умственной отсталостью. Отличается и объем между полами. Вес мужского мозга примерно на 100 г больше, чем женского.

Расположение мозга в голове видно на срезе.

Головной мозг, наряду со спинным, образует ЦНС. Мозг расположен в черепе, защищен от повреждения жидкостью, которой заполнена черепная полость, цереброспинальной жидкостью. Строение головного мозга человека очень сложное – оно включает кору, делящуюся на 2 полушария, которые функционально различаются.

Функция правого полушария заключается в решении творческих задач. Оно отвечает за выражение эмоций, восприятие изображений, цветов, музыки, распознавание лиц, чувствительность, является источником интуиции. Когда человек впервые сталкивается с задачей, проблемой, начинает работать именно это полушарие.

Левое полушарие доминирует при задачах, с которыми человек уже научился справляться. Метафорически левое полушарие можно назвать научным, поскольку оно включает логическое, аналитическое, критическое мышление, подсчет и использование языковых навыков, интеллект.

В составе мозга имеются 2 вещества – серое и белое. Серое вещество на поверхности мозга производит кору. Белое вещество состоит из большого количества аксонов с миелиновыми оболочками. Оно находится под серым веществом. Связки белого вещества, проходящие через ЦНС, называются нервными трактами. Эти тракты обеспечивают передачу сигналов другим структурам ЦНС. В зависимости от функции пути делятся на афферентные и эфферентные:

Защита мозга

Защита ГМ включает череп, оболочки (менинги), спинномозговую жидкость. Кроме ткани, нервные клетки ЦНС также защищены от воздействия вредных веществ из крови гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). ГЭБ – это смежный слой эндотелиальных клеток, тесно связанных между собой, препятствующих прохождению веществ через межклеточные пространства. В патологических состояниях, таких как воспаление (менингит), целостность ГЭБ бывает нарушенной.

Оболочки

Головной и спинной мозг покрывают 3 слоя оболочек – твердая, паутинная, мягкая. Составляющие компоненты оболочек – соединительные ткани мозга. Общая их функция состоит в защите ЦНС, кровеносных сосудов, снабжающих ЦНС, сбор цереброспинальной жидкости.

Основные отделы мозга и их функции

ГМ разделяется на несколько частей – отделов, выполняющих разные функции, но работающих вместе, образуя главный орган. Сколько отделов в ГМ и какой мозг отвечает за определенные способности организма?

Из чего состоит мозг человека – отделы:

Продолговатый мозг

Продолговатый мозг – это продолжение спинного мозга. Он расположен в задней части черепа.

Мозжечок

Мозжечок формирует 11% общей доли мозга.

Контролируя активность движения, мозжечок оценивает информацию, полученную из статокинетического аппарата (внутреннее ухо), и проприорецепторов в сухожилиях, связанных с положением и движением тела в настоящий момент. Мозжечок также получает информацию о запланированных движениях от моторной коры ГМ, сравнивает ее с текущими движениями тела и, в конечном итоге, направляет сигналы в кору. Она затем наводит движения так, как они были запланированы. Используя такую обратную связь, кора может восстанавливать команды, отправлять их прямо в спинной мозг. В результате человек может делать хорошо скоординированные действия.

Варолиев мост

Он образует поперечную волну над продолговатым мозгом, связан с мозжечком.

Средний мозг

Это – самая маленькая мозговая часть, филогенетически старый мозговой центр, часть мозгового ствола. Верхнюю часть среднего мозга формирует четверохолмие.

Промежуточный мозг (Diencephalon)

Промежуточный мозг в значительной степени закрыт конечным. Это – один из 4-х основных мозговых частей. Состоит из 3 пар структур – таламуса, гипоталамуса, эпиталамуса. Отдельные части ограничивают III желудочек. К гипоталамусу через воронку присоединен гипофиз.

Функция таламуса

Таламус составляет 80% от промежуточного мозга, является основой для боковых стенок желудочка. Ядра таламуса переориентируют сенсорную информацию от тела (спинного мозга) – боль, касание, визуальные или слуховые сигналы – в определенные мозговые области. Любая информация, направляющаяся в кору головного мозга, должна переориентироваться в таламусе – это ворота в мозговую кору. Информация в таламусе активно обрабатывается, меняется – он увеличивает или уменьшает сигналы, предназначенные для коры. Некоторые из ядер таламуса двигательные.

Функция гипоталамуса

Это нижняя часть промежуточного мозга, на нижней стороне которой находятся пересечения зрительных нервов (chiasma opticum), по направлению вниз расположен гипофиз, секретирующий большое количество гормонов. В гипоталамусе хранится большое количество ядер серого вещества, функционально он является главным центром для управления органами тела:

Функция эпиталамуса

Это наиболее задняя часть промежуточного мозга, состоящая из шишковидной железы – эпифиза. Секретирует гормон мелатонин. Мелатонин сигнализирует телу о подготовке к циклу сна, влияет на биологические часы, наступление половой зрелости и т.д.

Функция гипофиза

Эндокринная железа, аденогипофиз – производство гормонов (СТГ, АКТГ, ТТГ, ЛГ, ФСГ, пролактин); нейрогипофиз – секреция гормонов, вырабатываемых в гипоталамусе: АДГ, окситоцин.

Конечный мозг

Этот элемент устройства мозга – самая большая часть человеческой ЦНС. Его поверхность состоит из серой коры. Ниже находится белое вещество и базальные ганглии.

Области коры

На поверхности полушарий присутствуют постоянные борозды, делящие их на 5 долей. Лобная доля (lobus frontalis) лежит перед центральной бороздой (sulcus centralis). Затылочная доля простирается от центральной до теменно-затылочной борозды (sulcus parietooccipitalis).

Области лобной доли

Основная моторная область – расположена перед центральной бороздой, где находятся пирамидальные клетки, аксоны которых образуют пирамидальный (корковый) путь. Эти пути обеспечивают точные и удобные движения тела, особенно предплечий, пальцев, лицевых мышц.

Премоторная кора. Эта область расположена перед основной моторной областью, контролирует более сложные движения свободной активности, зависящие от сенсорной обратной связи – захват предметов, перемещение над препятствиями.

Центр речи Брока – находится в нижней части, как правило, левого или доминирующего полушария. Центр Брока в левом полушарии (если оно доминирует) контролирует речь, в правом полушарии – поддерживает эмоциональный окрас произносимого слова; эта область также участвует в кратковременной памяти слов и речи. Центр Брока связан с предпочтительным использованием одной руки для работы – левой или правой.

Зрительная область – это моторная часть, контролирующая требуемые быстрые движения глаз при просмотре движущейся цели.

Обонятельная область – находится на основании лобных долей, отвечает за восприятия запаха. Обонятельная кора соединяется с обонятельными областями в нижних центрах лимбической системы.

Префронтальная кора – большая область лобной доли, отвечающая за когнитивные функции: мышление, восприятие, сознательное запоминание информации, абстрактное мышление, самосознание, самоконтроль, упорство.

Области теменной доли

Чувствительная область коры – находится прямо за центральной бороздой. Отвечает за восприятие общих телесных ощущений – восприятие кожи (прикосновение, тепло, холод, боль), вкуса. Этот центр способен локализовать пространственное восприятие.

Соматочувствительная область – расположена за чувствительной. Участвует в признании предметов в зависимости от их формы, основываясь на предыдущем опыте.

Области затылочной доли

Основная зрительная область – расположена в конце затылочной доли. Она получает визуальную информацию от сетчатки глаза, обрабатывает информацию из обоих глаз вместе. Здесь воспринимается ориентация объектов.

Ассоциативная зрительная область – находится перед основной, содействует с ней для определения цвета, формы, движения объектов. Она также содействует с другими частями мозга через передние и задние пути. Передний путь проходит вдоль нижнего края полушарий, участвует в распознавании слов во время чтения, распознавании лиц. Задний путь проходит в теменную долю, участвует в пространственных связях между предметами.

Области височной доли

Зона слуха и вестибулярная область – расположены в височной доле. Различается основная и ассоциативная область. Основная – воспринимает громкость, высоту тона, ритм. Ассоциативная – основанная на запоминании звуков, музыки.

Речевая область

Область речи – обширная область, связанная с речью. Доминирует левое полушарие (у правшей). На сегодняшний день было идентифицировано 5 областей:

Правое полушарие не участвует в речевом процессе у правшей, но работает над интерпретацией слов и их эмоциональной окраской.

Латеральность полушарий

Существуют различия в функционировании левого и правого полушарий. Оба полушария координируют противоположные части тела, имеют разные когнитивные функции. У большинства людей (90-95%) левое полушарие контролирует, в особенности, языковые навыки, математику, логику. Напротив, правое полушарие управляет визуальными пространственными способностями, мимикой, интуицией, эмоциями, художественными и музыкальными способностями. Правое полушарие работает с большим изображением, а левое – с небольшими деталями, которые затем логически объясняет. У остальной части населения (5-10%) функции обоих полушарий противоположны, или оба полушария имеют одинаковую степень когнитивной функции. Функциональные различия между полушариями, как правило, выше у мужчин, чем у женщин.

Базальные ганглии

Базальные ганглии находятся глубоко в белом веществе. Они работают как сложная нервная структура, содействующая с корой для контроля движений. Они начинают, останавливают, регулируют интенсивность свободных движений, контролируемы корой головного мозга, могут выбирать соответствующие мышцы или движения для определенной задачи, тормозить противостоящие мышцы. При нарушении их функции развивается болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона.

Цереброспинальная жидкость

Цереброспинальная жидкость – это прозрачная жидкость, окружающая мозг. Объем жидкости составляет 100-160 мл, состав похож на плазму крови, из которой она возникает. Однако цереброспинальная жидкость содержит больше ионов натрия и хлорида, меньше белков. В камерах содержится лишь небольшая часть (около 20%), наибольший процент находится в субарахноидальном пространстве.

Функции

Цереброспинальная жидкость формирует жидкую оболочку, облегчает структуры ЦНС (уменьшает массу ГМ до 97%), защищает от повреждений собственным весом, шока, питает мозг, удаляет отходы нервных клеток, помогает передавать химические сигналы между различными частями ЦНС.

Источник

ГОЛОВНОЙ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА

ГОЛОВНОЙ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА, орган, координирующий и регулирующий все жизненные функции организма и контролирующий поведение. Все наши мысли, чувства, ощущения, желания и движения связаны с работой мозга, и если он не функционирует, человек переходит в вегетативное состояние: утрачивается способность к каким-либо действиям, ощущениям или реакциям на внешние воздействия. Данная статья посвящена мозгу человека, более сложному и высокоорганизованному, чем мозг животных. Однако существует значительное сходство в устройстве мозга человека и других млекопитающих, как, впрочем, и большинства видов позвоночных.

Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга. Она связана с различными частями тела периферическими нервами – двигательными и чувствительными. См. также НЕРВНАЯ СИСТЕМА.

Внутри мозга различают серое вещество, состоящее преимущественно из тел нервных клеток и образующее кору, и белое вещество – нервные волокна, которые формируют проводящие пути (тракты), связывающие между собой различные отделы мозга, а также образуют нервы, выходящие за пределы ЦНС и идущие к различным органам.

Головной и спинной мозг защищены костными футлярами – черепом и позвоночником. Между веществом мозга и костными стенками располагаются три оболочки: наружная – твердая мозговая оболочка, внутренняя – мягкая, а между ними – тонкая паутинная оболочка. Пространство между оболочками заполнено спинномозговой (цереброспинальной) жидкостью, которая по составу сходна с плазмой крови, вырабатывается во внутримозговых полостях (желудочках мозга) и циркулирует в головном и спинном мозгу, снабжая его питательными веществами и другими необходимыми для жизнедеятельности факторами.

Кровоснабжение головного мозга обеспечивают в первую очередь сонные артерии; у основания мозга они разделяются на крупные ветви, идущие к различным его отделам. Хотя вес мозга составляет всего 2,5% веса тела, к нему постоянно, днем и ночью, поступает 20% циркулирующей в организме крови и соответственно кислорода. Энергетические запасы самого мозга крайне невелики, так что он чрезвычайно зависим от снабжения кислородом. Существуют защитные механизмы, способные поддержать мозговой кровоток в случае кровотечения или травмы. Особенностью мозгового кровообращения является также наличие т.н. гематоэнцефалического барьера. Он состоит из нескольких мембран, ограничивающих проницаемость сосудистых стенок и поступление многих соединений из крови в вещество мозга; таким образом, этот барьер выполняет защитные функции. Через него не проникают, например, многие лекарственные вещества.

КЛЕТКИ МОЗГА

Клетки ЦНС называются нейронами; их функция – обработка информации. В мозгу человека от 5 до 20 млрд. нейронов. В состав мозга входят также глиальные клетки, их примерно в 10 раз больше, чем нейронов. Глия заполняет пространство между нейронами, образуя несущий каркас нервной ткани, а также выполняет метаболические и другие функции.

Нейрон, как и все другие клетки, окружен полупроницаемой (плазматической) мембраной. От тела клетки отходят два типа отростков – дендриты и аксоны. У большинства нейронов много ветвящихся дендритов, но лишь один аксон. Дендриты обычно очень короткие, тогда как длина аксона колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Тело нейрона содержит ядро и другие органеллы, такие же, как и в других клетках тела (см. также КЛЕТКА).

Нервные импульсы.

Передача информации в мозгу, как и нервной системе в целом, осуществляется посредством нервных импульсов. Они распространяются в направлении от тела клетки к концевому отделу аксона, который может ветвиться, образуя множество окончаний, контактирующих с другими нейронами через узкую щель – синапс; передача импульсов через синапс опосредована химическими веществами – нейромедиаторами.

Нервный импульс обычно зарождается в дендритах – тонких ветвящихся отростках нейрона, специализирующихся на получении информации от других нейронов и передаче ее телу нейрона. На дендритах и, в меньшем числе, на теле клетки имеются тысячи синапсов; именно через синапсы аксон, несущий информацию от тела нейрона, передает ее дендритам других нейронов.

В окончании аксона, которое образует пресинаптическую часть синапса, содержатся маленькие пузырьки с нейромедиатором. Когда импульс достигает пресинаптической мембраны, нейромедиатор из пузырька высвобождается в синаптическую щель. Окончание аксона содержит только один тип нейромедиатора, часто в сочетании с одним или несколькими типами нейромодуляторов (см. ниже Нейрохимия мозга).

Нейромедиатор, выделившийся из пресинаптической мембраны аксона, связывается с рецепторами на дендритах постсинаптического нейрона. Мозг использует разнообразные нейромедиаторы, каждый из которых связывается со своим особым рецептором.

С рецепторами на дендритах соединены каналы в полупроницаемой постсинаптической мембране, которые контролируют движение ионов через мембрану. В покое нейрон обладает электрическим потенциалом в 70 милливольт (потенциал покоя), при этом внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной. Хотя существуют различные медиаторы, все они оказывают на постсинаптический нейрон либо возбуждающее, либо тормозное действие. Возбуждающее влияние реализуется через усиление потока определенных ионов, главным образом натрия и калия, через мембрану. В результате отрицательный заряд внутренней поверхности уменьшается – происходит деполяризация. Тормозное влияние осуществляется в основном через изменение потока калия и хлоридов, в результате отрицательный заряд внутренней поверхности становится больше, чем в покое, и происходит гиперполяризация.

Функция нейрона состоит в интеграции всех воздействий, воспринимаемых через синапсы на его теле и дендритах. Поскольку эти влияния могут быть возбуждающими или тормозными и не совпадать по времени, нейрон должен исчислять общий эффект синаптической активности как функцию времени. Если возбуждающее действие преобладает над тормозным и деполяризация мембраны превышает пороговую величину, происходит активация определенной части мембраны нейрона – в области основания его аксона (аксонного бугорка). Здесь в результате открытия каналов для ионов натрия и калия возникает потенциал действия (нервный импульс).

Этот потенциал распространяется далее по аксону к его окончанию со скоростью от 0,1 м/с до 100 м/с (чем толще аксон, тем выше скорость проведения). Когда потенциал действия достигает окончания аксона, активируется еще один тип ионных каналов, зависящий от разности потенциалов, – кальциевые каналы. По ним кальций входит внутрь аксона, что приводит к мобилизации пузырьков с нейромедиатором, которые приближаются к пресинаптической мембране, сливаются с ней и высвобождают нейромедиатор в синапс.

Миелин и глиальные клетки.

Многие аксоны покрыты миелиновой оболочкой, которая образована многократно закрученной мембраной глиальных клеток. Миелин состоит преимущественно из липидов, что и придает характерный вид белому веществу головного и спинного мозга. Благодаря миелиновой оболочке скорость проведения потенциала действия по аксону увеличивается, так как ионы могут перемещаться через мембрану аксона лишь в местах, не покрытых миелином, – т.н. перехватах Ранвье. Между перехватами импульсы проводятся по миелиновой оболочке как по электрическому кабелю. Поскольку открытие канала и прохождение по нему ионов занимает какое-то время, устранение постоянного открывания каналов и ограничение их сферы действия небольшими зонами мембраны, не покрытыми миелином, ускоряет проведение импульсов по аксону примерно в 10 раз.

Только часть глиальных клеток участвует в формировании миелиновой оболочки нервов (шванновские клетки) или нервных трактов (олигодендроциты). Гораздо более многочисленные глиальные клетки (астроциты, микроглиоциты) выполняют иные функции: образуют несущий каркас нервной ткани, обеспечивают ее метаболические потребности и восстановление после травм и инфекций.

КАК РАБОТАЕТ МОЗГ

Рассмотрим простой пример. Что происходит, когда мы берем в руку карандаш, лежащий на столе? Свет, отраженный от карандаша, фокусируется в глазу хрусталиком и направляется на сетчатку, где возникает изображение карандаша; оно воспринимается соответствующими клетками, от которых сигнал идет в основные чувствительные передающие ядра головного мозга, расположенные в таламусе (зрительном бугре), преимущественно в той его части, которую называют латеральным коленчатым телом. Там активируются многочисленные нейроны, которые реагируют на распределение света и темноты. Аксоны нейронов латерального коленчатого тела идут к первичной зрительной коре, расположенной в затылочной доле больших полушарий. Импульсы, пришедшие из таламуса в эту часть коры, преобразуются в ней в сложную последовательность разрядов корковых нейронов, одни из которых реагируют на границу между карандашом и столом, другие – на углы в изображении карандаша и т.д. Из первичной зрительной коры информация по аксонам поступает в ассоциативную зрительную кору, где происходит распознавание образов, в данном случае карандаша. Распознавание в этой части коры основано на предварительно накопленных знаниях о внешних очертаниях предметов.

Планирование движения (т.е. взятия карандаша) происходит, вероятно, в коре лобных долей больших полушарий. В этой же области коры расположены двигательные нейроны, которые отдают команды мышцам руки и пальцев. Приближение руки к карандашу контролируется зрительной системой и интерорецепторами, воспринимающими положение мышц и суставов, информация от которых поступает в ЦНС. Когда мы берем карандаш в руку, рецепторы в кончиках пальцев, воспринимающие давление, сообщают, хорошо ли пальцы обхватили карандаш и каким должно быть усилие, чтобы его удержать. Если мы захотим написать карандашом свое имя, потребуется активация другой хранящейся в мозге информации, обеспечивающей это более сложное движение, а зрительный контроль будет способствовать повышению его точности.

На приведенном примере видно, что выполнение довольно простого действия вовлекает обширные области мозга, простирающиеся от коры до подкорковых отделов. При более сложных формах поведения, связанных с речью или мышлением, активируются другие нейронные цепи, охватывающие еще более обширные области мозга.

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Большие полушария

– самая большая часть мозга, составляющая у взрослых примерно 70% его веса. В норме полушария симметричны. Они соединены между собой массивным пучком аксонов (мозолистым телом), обеспечивающим обмен информацией.

Каждое полушарие состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной. В коре лобных долей содержатся центры, регулирующие двигательную активность, а также, вероятно, центры планирования и предвидения. В коре теменных долей, расположенных позади лобных, находятся зоны телесных ощущений, в том числе осязания и суставно-мышечного чувства. Сбоку к теменной доле примыкает височная, в которой расположены первичная слуховая кора, а также центры речи и других высших функций. Задние отделы мозга занимает затылочная доля, расположенная над мозжечком; ее кора содержит зоны зрительных ощущений.

Области коры, непосредственно не связанные с регуляцией движений или анализом сенсорной информации, именуются ассоциативной корой. В этих специализированных зонах образуются ассоциативные связи между различными областями и отделами мозга и интегрируется поступающая от них информация. Ассоциативная кора обеспечивает такие сложные функции, как научение, память, речь и мышление.

Подкорковые структуры.

Ниже коры залегает ряд важных мозговых структур, или ядер, представляющих собой скопление нейронов. К их числу относятся таламус, базальные ганглии и гипоталамус. Таламус – это основное сенсорное передающее ядро; он получает информацию от органов чувств и, в свою очередь, переадресует ее соответствующим отделам сенсорной коры. В нем имеются также неспецифические зоны, которые связаны практически со всей корой и, вероятно, обеспечивают процессы ее активации и поддержания бодрствования и внимания. Базальные ганглии – это совокупность ядер (т.н. скорлупа, бледный шар и хвостатое ядро), которые участвуют в регуляции координированных движений (запускают и прекращают их).

Гипоталамус – маленькая область в основании мозга, лежащая под таламусом. Богато снабжаемый кровью, гипоталамус – важный центр, контролирующий гомеостатические функции организма. Он вырабатывает вещества, регулирующие синтез и высвобождение гормонов гипофиза (см. также ГИПОФИЗ). В гипоталамусе расположены многие ядра, выполняющие специфические функции, такие, как регуляция водного обмена, распределения запасаемого жира, температуры тела, полового поведения, сна и бодрствования.

Ствол мозга

расположен у основания черепа. Он соединяет спинной мозг с передним мозгом и состоит из продолговатого мозга, моста, среднего и промежуточного мозга.

На уровне ствола проводящие пути, связывающие каждое из больших полушарий с мозжечком, перекрещиваются. Поэтому каждое из полушарий управляет противоположной стороной тела и связано с противоположным полушарием мозжечка.

Мозжечок

расположен под затылочными долями больших полушарий. Через проводящие пути моста он связан с вышележащими отделами мозга. Мозжечок осуществляет регуляцию тонких автоматических движений, координируя активность различных мышечных групп при выполнении стереотипных поведенческих актов; он также постоянно контролирует положение головы, туловища и конечностей, т.е. участвует в поддержании равновесия. Согласно последним данным, мозжечок играет весьма существенную роль в формировании двигательных навыков, способствуя запоминанию последовательности движений.

Другие системы.

Лимбическая система – широкая сеть связанных между собой областей мозга, которые регулируют эмоциональные состояния, а также обеспечивают научение и память. К ядрам, образующим лимбическую систему, относятся миндалевидные тела и гиппокамп (входящие в состав височной доли), а также гипоталамус и ядра т.н. прозрачной перегородки (расположенные в подкорковых отделах мозга).

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МОЗГА

С помощью электродов, размещенных на поверхности головы или введенных в вещество мозга, можно зафиксировать электрическую активность мозга, обусловленную разрядами его клеток. Запись электрической активности мозга с помощью электродов на поверхности головы называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Она не позволяет записать разряд отдельного нейрона. Только в результате синхронизированной активности тысяч или миллионов нейронов появляются заметные колебания (волны) на записываемой кривой.

При постоянной регистрации на ЭЭГ выявляются циклические изменения, отражающие общий уровень активности индивида. В состоянии активного бодрствования ЭЭГ фиксирует низкоамплитудные неритмичные бета-волны. В состоянии расслабленного бодрствования с закрытыми глазами преобладают альфа-волны частотой 7–12 циклов в секунду. О наступлении сна свидетельствует появление высокоамплитудных медленных волн (дельта-волн). В периоды сна со сновидениями на ЭЭГ вновь появляются бета-волны, и на основании ЭЭГ может создаться ложное впечатление, что человек бодрствует (отсюда термин «парадоксальный сон»). Сновидения часто сопровождаются быстрыми движениями глаз (при закрытых веках). Поэтому сон со сновидениями называют также сном с быстрыми движениями глаз (см. также СОН). ЭЭГ позволяет диагностировать некоторые заболевания мозга, в частности эпилепсию (см. ЭПИЛЕПСИЯ).

Если регистрировать электрическую активность мозга во время действия определенного стимула (зрительного, слухового или тактильного), то можно выявить т.н. вызванные потенциалы – синхронные разряды определенной группы нейронов, возникающие в ответ на специфический внешний стимул. Исследование вызванных потенциалов позволило уточнить локализацию мозговых функций, в частности связать функцию речи с определенными зонами височной и лобной долей. Это исследование помогает также оценить состояние сенсорных систем у больных с нарушением чувствительности.

НЕЙРОХИМИЯ МОЗГА

К числу самых важных нейромедиаторов мозга относятся ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, глутамат, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), эндорфины и энкефалины. Помимо этих хорошо известных веществ, в мозге, вероятно, функционирует большое количество других, пока не изученных. Некоторые нейромедиаторы действуют только в определенных областях мозга. Так, эндорфины и энкефалины обнаружены лишь в путях, проводящих болевые импульсы. Другие медиаторы, такие, как глутамат или ГАМК, более широко распространены.

Действие нейромедиаторов.

Как уже отмечалось, нейромедиаторы, воздействуя на постсинаптическую мембрану, изменяют ее проводимость для ионов. Часто это происходит через активацию в постсинаптическом нейроне системы второго «посредника», например циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Действие нейромедиаторов может видоизменяться под влиянием другого класса нейрохимических веществ – пептидных нейромодуляторов. Высвобождаемые пресинаптической мембраной одновременно с медиатором, они обладают способностью усиливать или иным образом изменять эффект медиаторов на постсинаптическую мембрану.

Важное значение имеет недавно открытая эндорфин-энкефалиновая система. Энкефалины и эндорфины – небольшие пептиды, которые тормозят проведение болевых импульсов, связываясь с рецепторами в ЦНС, в том числе в высших зонах коры. Это семейство нейромедиаторов подавляет субъективное восприятие боли.

Психоактивные средства

ИССЛЕДОВАНИЯ МОЗГА

Исследования мозга затруднены по двум основным причинам. Во-первых, к мозгу, надежно защищенному черепом, невозможен прямой доступ. Во-вторых, нейроны мозга не регенерируют, поэтому любое вмешательство может привести к необратимому повреждению.

Несмотря на эти трудности, исследования мозга и некоторые формы его лечения (прежде всего нейрохирургическое вмешательство) известны с древних времен. Археологические находки показывают, что уже в древности человек производил трепанацию черепа, чтобы получить доступ к мозгу. Особенно интенсивные исследования мозга проводились в периоды войн, когда можно было наблюдать разнообразные черепно-мозговые травмы.

Повреждение мозга в результате ранения на фронте или травмы, полученной в мирное время, – своеобразный аналог эксперимента, при котором разрушают определенные участки мозга. Поскольку это единственно возможная форма «эксперимента» на мозге человека, другим важным методом исследований стали опыты на лабораторных животных. Наблюдая поведенческие или физиологические последствия повреждения определенной мозговой структуры, можно судить о ее функции.

Электрическую активность мозга у экспериментальных животных регистрируют с помощью электродов, размещенных на поверхности головы или мозга либо введенных в вещество мозга. Таким образом удается определить активность небольших групп нейронов или отдельных нейронов, а также выявить изменения ионных потоков через мембрану. С помощью стереотаксического прибора, позволяющего ввести электрод в определенную точку мозга, исследуют его малодоступные глубинные отделы.

Другой подход состоит в том, что извлекают небольшие участки живой мозговой ткани, после чего ее существование поддерживают в виде среза, помещенного в питательную среду, или же клетки разобщают и изучают в клеточных культурах. В первом случае можно исследовать взаимодействие нейронов, во втором – жизнедеятельность отдельных клеток.

При изучении электрической активности отдельных нейронов или их групп в различных областях мозга вначале обычно регистрируют исходную активность, затем определяют эффект того или иного воздействия на функцию клеток. Согласно другому методу, через имплантированный электрод подается электрический импульс, с тем чтобы искусственно активировать ближайшие нейроны. Так можно изучать воздействие определенных зон мозга на другие его области. Этот метод электрической стимуляции оказался полезен при исследовании стволовых активирующих систем, проходящих через средний мозг; к нему прибегают также и при попытках понять, как протекают процессы научения и памяти на синаптическом уровне.

Уже сто лет назад стало ясно, что функции левого и правого полушарий различны. Французский хирург П.Брока, наблюдая за больными с нарушением мозгового кровообращения (инсультом), обнаружил, что расстройством речи страдали только больные с повреждением левого полушария. В дальнейшем исследования специализации полушарий были продолжены с помощью иных методов, например регистрации ЭЭГ и вызванных потенциалов.

В последние годы для получения изображения (визуализации) мозга используют сложные технологии. Так, компьютерная томография (КТ) произвела революцию в клинической неврологии, позволив получать прижизненное детальное (послойное) изображение структур мозга. Другой метод визуализации – позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) – дает картину метаболической активности мозга. В этом случае человеку вводится короткоживущий радиоизотоп, который накапливается в различных отделах мозга, причем тем больше, чем выше их метаболическая активность. С помощью ПЭТ было также показано, что речевые функции у большинства обследованных связаны с левым полушарием. Поскольку мозг работает с использованием огромного числа параллельных структур, ПЭТ дает такую информацию о функциях мозга, которая не может быть получена с помощью одиночных электродов.

Как правило, исследования мозга проводятся с применением комплекса методов. Например, американский нейробиолог Р.Сперри с сотрудниками в качестве лечебной процедуры производил перерезку мозолистого тела (пучка аксонов, связывающих оба полушария) у некоторых больных эпилепсией. В последующем у этих больных с «расщепленным» мозгом исследовалась специализация полушарий. Было выявлено, что за речь и другие логические и аналитические функции ответственно преимущественно доминантное (обычно левое) полушарие, тогда как недоминантное полушарие анализирует пространственно-временные параметры внешней среды. Так, оно активируется, когда мы слушаем музыку. Мозаичная картина активности мозга свидетельствует о том, что внутри коры и подкорковых структур существуют многочисленные специализированные области; одновременная активность этих областей подтверждает концепцию мозга как вычислительного устройства с параллельной обработкой данных.

С появлением новых методов исследования представления о функциях мозга, вероятно, будут видоизменяться. Применение аппаратов, позволяющих получать «карту» метаболической активности различных отделов мозга, а также использование молекулярно-генетических подходов должны углубить наши знания о протекающих в мозгу процессах. См. также НЕЙРОПСИХОЛОГИЯ.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ

У различных видов позвоночных устройство мозга удивительно схоже. Если проводить сопоставление на уровне нейронов, то обнаруживается отчетливое сходство таких характеристик, как используемые нейромедиаторы, колебания концентраций ионов, типы клеток и физиологические функции. Фундаментальные различия выявляются лишь при сравнении с беспозвоночными. Нейроны беспозвоночных значительно крупнее; часто они связаны друг с другом не химическими, а электрическими синапсами, редко встречающимися в мозгу человека. В нервной системе беспозвоночных выявляются некоторые нейромедиаторы, не свойственные позвоночным.

Среди позвоночных различия в устройстве мозга касаются главным образом соотношения отдельных его структур. Оценивая сходство и различия мозга рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих (в том числе человека), можно вывести несколько общих закономерностей. Во-первых, у всех этих животных строение и функции нейронов одни и те же. Во-вторых, весьма сходны устройство и функции спинного мозга и ствола головного мозга. В-третьих, эволюция млекопитающих сопровождается ярко выраженным увеличением корковых структур, которые достигают максимального развития у приматов. У земноводных кора составляет лишь малую часть мозга, тогда как у человека – это доминирующая структура. Считается, однако, что принципы функционирования мозга всех позвоночных практически одинаковы. Различия же определяются числом межнейронных связей и взаимодействий, которое тем выше, чем более сложно организован мозг. См. также АНАТОМИЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ.

Источник

Что особенного в мозге человека?

15 февраля 2019

Что особенного в мозге человека?

Морфологическая реконструкция нейрона коры мозга человека. Внизу показаны подпороговые осцилляции трансмембранного потенциала нейрона в биофизической модели. На фоне показаны человеческие нейроны 2/3 слоя коры, окрашенные с помощью антител.

Автор

Редакторы

Нейроны человека и других млекопитающих очень похожи, если смотреть «издалека». Тем не менее есть и важные различия. Недавно ученые из Института Аллена (среди которых и автор этой статьи) опубликовали работу в журнале Neuron, где показали, что возбудимости нейронов мозга человека и мыши заметно различаются. Оказалось, что нейроны коры мозга человека имеют гораздо большее количество HCN-каналов, которые особым образом влияют на возбудимость нейронов. Что это значит с точки зрения эволюции и какой эффект оказывает на поведение отдельных нейронов?

Довольно долго считалось, что базовые элементы нервной системы — нейроны — всех млекопитающих похожи друг на друга. Такую мысль высказывал, например, Сантьяго Рамон-и-Кахаль [1]. Нейрон получает входные сигналы от других нейронов за счет синапсов, которые расположены на дендритах и соме [2]. В результате меняется величина трансмембранного потенциала [3], и если она превышает порог, то нейрон генерирует потенциал действия, или спайк (от англ. spike — шип). После этого спайк распространяется по аксону и активирует другие нейроны, с которыми он связан с помощью синапсов. Несмотря на схожие свойства нейронов животных, ученые получают всё большее количество данных о том, что отдельные детали значительно различаются.

Мозги человека и других млекопитающих очень похожи. Именно это позволяет нам, изучая мозг других животных, узнать что-то о своем собственном. В частности, структура коры мозга, появившейся позже всего в течение эволюции, очень схожа у всех млекопитающих. Именно она отвечает за множество высших психических функций (восприятие, память, речь), которыми мы обладаем.

Но если кора у нас и мышек устроена одинаково, почему же мышки не играют на скрипке и не делают научные открытия, а люди на это способны хотя бы изредка? Иными словами, что делает нас особенными по сравнению с другими млекопитающими?

Довольно давно стало понятно, что это очень сложный вопрос, на который существует много разных ответов. Один из них наша научная группа пытается дать в Институте Аллена (Allen institute for brain science), изучая и сравнивая нейроны человека и мыши. Наша работа была недавно опубликована в международном журнале Neuron [4].

Известно, что объем мозга человека и площадь коры увеличивались в ходе эволюции очень быстро. За последние 75 миллионов лет площадь коры мозга человека стала больше примерно в 1000 раз по сравнению с общим предком мыши и человека. Поэтому нейроны человеческого мозга должны были адаптироваться к эволюционно быстрым изменениям его свойств.

Кора млекопитающих обладает удивительно сложной анатомической организацией. Она состоит из шести слоев клеток, которые связаны между собой. В каждом слое есть возбуждающие и тормозные нейроны разных типов. Типы нейронов отличаются между собой по форме дендритного дерева, по возбудимости мембраны и специальным белкам, которые позволяют «увидеть» эти нейроны с помощью иммуногистохимических методов [5]. Зачастую в коре нейроны определенных типов связаны между собой строго специфическим образом, поэтому, анализируя активность нейронов, важно знать, к какому типу они относятся.

Чтобы не сравнивать яблоки с апельсинами, мы рассмотрели свойства самых часто встречающихся нейронов коры — пирамидальных нейронов 2/3 слоя. Поскольку границу между вторым и третьим слоем анатомически сложно провести, нейроны этих слоев объединяют вместе как нейроны 2/3 слоя. Именно этот слой самый толстый в коре человека по сравнению с корой мыши. Нейроны именно этого слоя коры наиболее сильно изменились у человека по сравнению с другими млекопитающими. Ширина 2/3 слоя около одного миллиметра, и он толще других слоев примерно в 2–3 раза.

Изучая ответы отдельных нейронов в этом слое коры, мы обнаружили, что нейроны человека и мыши по-разному отвечают на электрические стимулы (рис. 1). Оказалось, что нейроны одного и того же 2/3 слоя коры у мыши и человека обладают различными резонансными частотами (рис. 1 в и г). Иными словами, при предъявлении стимула (ток, подаваемый в нейрон), нейроны человека и мыши по-разному на него отвечают. Нейроны человека обладают резонансами более высокой частоты, при этом частота этих резонансов зависит от глубины расположения нейронов в коре. Чем глубже эти нейроны в слое 2/3 у человека, тем выше их частота (рис. 1 в и г). При этом частота резонансов у мыши гораздо ниже и увеличивается медленнее при продвижении в глубину в слоя 2/3.

Рисунок 1. Нейроны человека и мыши обладают различными резонансными свойствами. а — Подпороговый ответ нейронов мыши 2/3 слоя коры в ответ на синусоидальный стимул с увеличивающейся амплитудой. Сверху показан ответ нейронов верхней части 2/3 слоя коры, снизу — ответ более глубоких нейронов того же слоя. Справа показан спектр частоты колебаний и электрический импеданс трансмембранного потенциала в ответ на синусоидальный стимул наверху и внизу слоя 2/3. б — То же самое для нейронов человека. в — Слева показана резонансная частота нейронов мыши 2/3 слоя в зависимости от глубины внутри этого слоя (резонансная частот соответствует пику в спектре на панели а справа). Справа показано отсечение спектра после трех децибел. г — тоже самое для нейронов человека. Результаты, относящиеся к нейронам мыши, показаны черным; к нейронам человека — красным.

Для того чтобы объяснить эти физиологические свойства нейронов человека, мы проанализировали биофизические свойства нейронов коры человека и мыши. Дело в том, что в генерации спайков, а также в поддержании трансмембранного потенциала участвует большое количество различных белков (преимущественно ионных каналов). Основными являются натриевые и калиевые каналы, но также существует большое количество других белков, которые изменяют свойства потенциала действия и синапсов. Так, одна из наших прежних работ посвящена изучению связи эпилепсии с гомеостазом ионов хлора в нейронах мозга [6].

Одними из таких каналов, тонко настраивающих сигнализацию нейронов, являются HCN-каналы, пропускающие ионы калия при гиперполяризации мембраны. Это явление необычно тем, что «обычные» потенциал-чувствительные каналы открываются при деполяризации (потенциал идет «вверх»), а этот тип каналов — напротив, при гиперполяризации (потенциал идет «вниз») трансмембранного потенциала. Поэтому данный ток получил специальное обозначение — h-ток, напоминающее о его hyper-активации (hyperpolarization activated в названии канала — (англ.) активирующийся благодаря гиперполяризации).

Когда нейрон получает отрицательный синаптический вход от тормозных нейронов, это приводит к активации h-тока. Но после того как стимуляция исчезает, возникает кратковременная деполяризация мембраны нейрона, что часто приводит к генерации спайков. Иными словами, действие h-тока похоже на пружину, которую сначала сжимают (отрицательный вход), а потом резко отпускают (отсутствие стимуляции), после чего она распрямляется еще больше, чем в изначальном состоянии. Эти каналы есть не только в нейронах мозга: их также можно обнаружить в кардиомиоцитах сердца [7], где они помогают синхронизировать активность клеток во время сердечных сокращений.

Мы обнаружили, что в мембране человеческих нейронов 2/3 слоя есть особенно большое количество h-тока, анализируя ответы нейронов в ответ на электрические стимулы (рис. 1). Анализ мРНК из тех же нейронов подтвердил эти результаты и показал, что в клетках 2/3 слоя коры человека имеется гораздо большее количество фрагментов, кодирующих HCN1-каналы (подтип HCN-каналов). В нейронах коры мыши тоже имеется большое количество HCN1-каналов, но их не так много, как в нейронах человека (рис. 2). Более того, оказалось, что HCN1-каналов больше в каждом слое коры человека, а не только в слое 2/3. Чтобы понять, что значат эти данные в отношении отдельных клеток, мы совместно использовали электрофизиологию и математическое моделирование.

Рисунок 2. Оценка уровня экспрессии генов, кодирующих HCN-каналы, в нейронах человека (а) и мыши (б). Все данные получены на основании анализа мРНК, извлеченной из ядер отдельных нейронов разных слоев коры (L1–6 и тормозных нейронов всех слоев Inh). Результаты приведены в единицах RPKM (англ. Reads Per Kilobase Million — количество прочтений (гена HCN1) на один миллион пар оснований).

Некоторые подробности нейронного моделирования приведены в статье «От живого мозга к искусственному интеллекту» [8].

Рисунок 3. Биофизическая модель нейрона человека. а — Стимуляция биологического нейрона и математической модели стимулом с увеличивающейся частотой с помощью электрического тока. б — Спектр колебаний трансмембранного потенциала в ответ на стимуляцию с панели а. Черным показан стимул, зеленым — ответ биологического нейрона 2/3 нейрона коры, красным — ответ модели со включенными h-каналами (Ih(+)), синим — ответ модели с выключенными h-каналами (Ih(−)).

Рисунок 3. Биофизическая модель нейрона человека. в — Трехмерная реконструкция нейрона коры слоя 2/3. Красными кругами показано положение глутаматных синапсов [9]. г — Задержка между активностью синапса на дендритном дереве и ответом на соме нейрона в зависимости от расстояния от синапса до сомы. Красным показан ответ модели в присутствии h-тока (Ih(+)), синим — когда h-ток отсутствует (Ih(−)). д — Спектр колебаний трансмембранного потенциала на соме в модели с h-током и без h-тока в ответ на стимуляцию с помощью 1000 синапсов. Черные линии наверху соответствуют различным диапазонам частот, средние величины которых достоверно отличаются, в частности в тета-диапазоне.

Используя эту модель, мы воспроизвели поведение нейрона, когда он находится в нейронной сети коры. Для этого мы стимулировали модель нейрона с помощью 1000 глутаматных синапсов [9], каждый из которых активировался случайно со средней частотой около 4 Гц (рис. 3д). Поскольку разряды нейронов в большой сети генерируются случайно или хаотически [10], их можно описывать с помощью случайных процессов.

В ответ на синаптическую стимуляцию происходят колебания мембранного потенциала нейрона. Чтобы понять свойства этих колебаний, мы проанализировали их частоту в модели с h-током и без него (рис. 3). Оказалось, что h-ток позволяет нейрону лучше проводить колебания в тета-диапазоне (4–10 Гц) от дендритов к соме. При этом сами колебания мембранного потенциала генерируются синапсами, расположенными на дендритном дереве (рис. 3). Также мы обнаружили, что скорость проведения сигнала от дендритов к соме увеличивается при наличии h-тока (рис. 3д). Это происходит за счет способности HCN-каналов делать мембрану нейронов чуть более возбудимой, что приводит к более быстрому проведению изменений потенциала от дендритов к соме.

Дело в том, что человеческие нейроны гораздо больше нейронов мыши. Объем мозга и размер нейронов быстро увеличивались в ходе эволюции млекопитающих. С одной стороны, большой нейрон может связаться с бóльшим числом других нейронов, что позволяет более эффективно проводить информацию в сети; с другой стороны, скорость обработки информации в больших нейронах меньше, чем в маленьких. Вероятно, большое количество h-тока было одной из эволюционных адаптаций, которые позволили поддерживать прежнюю скорость проведения потенциалов действия, несмотря на бóльший размер нейронов. Этот механизм может быть особенно важен для более глубоких слоев коры (рис. 1), поскольку нейроны 2/3 слоя должны получать информацию от нейронов первого слоя коры с такой же задержкой, как и нейроны верхнего слоя 2/3.

Сравнивая нейроны человека и других животных, мы надеемся постепенно понять, что именно делает мозг человека особенным. Возможно, разница между мозгом человека и мыши такая же, как между игровой приставкой и суперкомпьютером. Оба они построены на микропроцессорах, но суперкомпьютер обладает гораздо большей производительностью за счет более быстрых элементов и большего их количества. В ближайшем будущем мы планируем изучить свойства нейронов коры человека и мыши во всех слоях коры и в разных ее областях. Это поможет нам понять, что делает мозг человека особенным по сравнению с мозгом других млекопитающих [11]. С практической точки зрения это позволит разрабатывать более эффективные лекарства, которые будут лучше работать для нейронов человека за счет особенных свойств наших с вами ионных каналов.

Источник

Мозг мужчины и женщины

Попытки выявить различия между представителями двух полов, велись учеными на протяжении тысячелетий. Достижения нейрофизиологии XX-XXI веков позволили сравнить размеры, особенности строения и работы головного мозга, чтобы наконец выяснить, существуют ли фундаментальные различия в работе и размерах этого органа.

Существует немало научных данных, которые, говоря про устройство ЦНС, подчеркивают, чем отличается мозг женщины от мозга мужчины. В двух словах: различия есть, и они достаточно весомы, чтоб их учитывать.

Различия: миф или реальность?

На протяжении веков велись споры о наличии или отсутствии особенностей строения главного органа у людей обоих полов. Благодаря исследованиям и технологиям нейровизуализации, точка в вечном споре поставлена [1].

Разница между женским и мужским мозгом доказанно существует. Отличительные особенности в строении и реакциях нервной системы, часто становятся причиной того, что сильный и слабый пол с разных точек зрения воспринимают происходящее вокруг.

Главные отличия следующие:

Все отличительные признаки относительны. У представителей обоих полов могут отмечаться параметры строения нейронов и функций, характерные для противоположного пола.

С точностью определить «мужской» или «женский» тип развития тех или иных участков невозможно. Большинство особенностей встречались у испытуемых с обеих сторон.

Вес и объем

В вечном споре женский мозг vs мужской мозг, очевидным различием является параметр веса, отличающийся по половому признаку. Это объясняется простейшими физиологическими особенностями организма.

Мужчины сами по себе, как правило, крупнее женщин, их черепная коробка вмещает больше, поэтому и мозг в ней чуть увеличен.

Развитие также идет неравнозначно. Некоторые отделы у женщин в большинстве развиты лучше. К ним относятся:

И некоторые другие отделы.

При сравнении людей среднестатистически, объем мозга у мужчин больше, чем у женщин – это доказанный наукой факт. Однако не стоит забывать, что интеллектуальные способности, уровень когнитивных функций, от объема серого и белого вещества зависят мало. Главную роль здесь играет количество связей между нейронами.

Среди других млекопитающих есть животные, у которых масса мозга больше человеческой. Эволюционных преимуществ, это им не дает.

Строение полушарий

Как устроен и работает мозг мужчины и женщины, как проявляются различия в строении и функции, можно увидеть на видео в ходе функциональной МРТ или на мониторинге ЭЭГ [2].

Различия начинаются еще в детстве, что объясняется влиянием гормона тестостерона у мальчиков.

Из-за этого правое полушарие быстрее растет и развивается в то время, как левое отстает. У девочек такого перекоса не возникает, что впоследствии сказывается на взаимодействии между полушариями.

Из-за этого правое полушарие быстрее растет и развивается в то время, как левое отстает. У девочек такого перекоса не возникает, что впоследствии сказывается на взаимодействии между полушариями.

Из-за подобной особенности в период формирования, возникают и дальнейшие различия:

Нейрофизиология помогает оценить особенности полушарий мозга у мужчин и женщин, определить, сколько функций в них работает, как они развиваются. Какими параметрами, влияющими на когнитивные умения и склад мышления, обладают нейроны у представителей рода человеческого.

Память

Разница между мозгом мужчины и женщины в юном возрасте, видна на примере этой когнитивной функции.

На этапе садика и школы, память у представительниц прекрасного пола развита лучше.

Они проще запоминают слова даже незнакомого языка, скорее усваивают новую информацию и навыки.

Подобное происходит до возраста утраты фертильности. После наступления, климакса меняется гормональный фон. С ним – и параметры работы головного мозга [3].

Способности леди к запоминанию, в возрасте сравниваются с мужчинами, а часто становятся даже ниже. Из-за этого, статистически, у женщин выше шанс развития старческой деменции.

Багаж и ресурс запомненной информации, порой, оказывает женщинам медвежью услугу. Из-за такой особенности работы мозга, у них трудно выявить развитие болезни Альцгеймера на ранних стадиях.

Дело в том, что тесты, нацеленные на выявление этого диагноза, строятся на запоминании и повторении слов. То есть, опираются на запоминании, которое женщинам легче дается изначально. Из-за этого, ранняя диагностика этого заболевания, для них редко дает желаемый результат.

Стрессовые ситуации

Разбираясь с отличиями мужского и женского мозга, ученые, выясняя как работает различное устройство полушарий, определили, кто тяжелее реагирует на стресс.

Отличия в ответах нервной системы на волнительные события и внезапные изменения во внешней среде – это тоже показатель различий в строении организма.

При переживании сильного потрясения, у мужчин активизируется левое полушарие, которое отвечает за рациональное восприятие окружающего мира и событий. У представительниц слабого пола, всплеск активности происходит в правом полушарии, отвечающем за эмоции.

Отсюда и разница в реакциях и запоминании ситуации:

При этом срабатывает еще одна гендерная особенность памяти. Девушки лучше запоминают моменты и события, вызвавшие сильный эмоциональный отклик.

Восприятие

Отличия мозга мужчин и женщин мы встретим, изучая восприятие окружающего мира, информации о нем. Из-за особенностей строения нейронной ткани, у двух полов по-разному происходит восприятие внешней информации:

Подобное различие сформировалось исторически из-за разных ролей, выполняемых в сообществе предками человека.

Вербальные навыки

Выясняя, чем мужской мозг отличается от женского, ученые обратили внимание на разницу в коммуникативных навыках. Уже с первых лет жизни становится видно, что девочки склонны к вербальному общению. Легче налаживают между собой контакт и быстрее обмениваются информацией.

Это происходит благодаря межполушарным связям, заложенным еще во внутриутробном периоде. Нервные волокна, связывающие левую и правую часть мозга, обеспечивают такие характеристики вербальным функциям:

Источник