В чем заключается работа мозга. Головной мозг. Отделы головного мозга и их функции: кора

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 . Головной мозг - симметричная структура, как и большинство других частей тела. При рождении его вес составляет примерно 0,3 кг, тогда как у взрослого он - ок. 1,5 кг. При внешнем осмотре мозга внимание прежде всего привлекают два больших полушария, скрывающие под собой более глубинные образования. Поверхность полушарий покрыта бороздами и извилинами, увеличивающими поверхность коры (наружного слоя мозга). Сзади помещается мозжечок, поверхность которого более тонко изрезана. Ниже больших полушарий расположен ствол мозга, переходящий в спинной мозг. От ствола и спинного мозга отходят нервы, по которым к мозгу стекается информация от внутренних и наружных рецепторов, а в обратном направлении идут сигналы к мышцам и железам. От головного мозга отходят 12 пар черепно-мозговых нервов. 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
Головной мозг можно условно разделить на три основные части: передний мозг, ствол мозга и мозжечок. В переднем мозгу выделяют большие полушария, таламус, гипоталамус и гипофиз (одну из важнейших нейроэндокринных желез). Ствол мозга состоит из продолговатого мозга, моста (варолиева моста) и среднего 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. Через средний и промежуточный мозг, как и через весь ствол, проходят двигательные пути, идущие к спинному мозгу, а также некоторые чувствительные пути от спинного мозга к вышележащим отделам головного мозга. Ниже среднего мозга расположен мост, связанный нервными волокнами с мозжечком. Самая нижняя часть ствола - продолговатый мозг - непосредственно переходит в спинной. В продолговатом мозгу расположены центры, регулирующие деятельность сердца и дыхание в зависимости от внешних обстоятельств, а также контролирующие кровяное давление, перистальтику желудка и кишечника. 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). Ретикулярная формация - сеть нейронов, протянувшаяся через весь ствол к таламусу и далее связанная с обширными областями коры. Она участвует в регуляции сна и бодрствования, поддерживает активное состояние коры и способствует фокусированию внимания на определенных объектах.
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 - вещества, способные специфически связываться с определенными рецепторами в мозгу и вызывать изменение поведения. Выявлено несколько механизмов их действия. Одни влияют на синтез нейромедиаторов, другие - на их накопление и высвобождение из синаптических пузырьков (например, амфетамин вызывает быстрое высвобождение норадреналина). Третий механизм состоит в связывании с рецепторами и имитации действия естественного нейромедиатора, например эффект ЛСД (диэтиламида лизергиновой кислоты) объясняют его способностью связываться с серотониновыми рецепторами. Четвертый тип действия препаратов - блокада рецепторов, т.е. антагонизм с нейромедиаторами. Такие широко используемые антипсихотические средства, как фенотиазины (например, хлорпромазин, или аминазин), блокируют дофаминовые рецепторы и тем самым снижают эффект дофамина на постсинаптические нейроны. Наконец, последний из распространенных механизмов действия - торможение инактивации нейромедиаторов (многие пестициды препятствуют инактивации ацетилхолина). Давно известно, что морфин (очищенный продукт опийного мака) обладает не только выраженным обезболивающим (анальгетическим) действием, но и свойством вызывать эйфорию. Именно поэтому его и используют как наркотик. Действие морфина связано с его способностью связываться с рецепторами эндорфин-энкефалиновой системы человека (см. также НАРКОТИК). Это лишь один из многих примеров того, что химическое вещество иного биологического происхождения (в данном случае растительного) способно влиять на работу мозга животных и человека, взаимодействуя со специфическими нейромедиаторными системами. Другой хорошо известный пример - кураре, получаемое из тропического растения и способное блокировать ацетилхолиновые рецепторы. Индейцы Южной Америки смазывали кураре наконечники стрел, используя его парализующее действие, связанное с блокадой нервно-мышечной передачи.
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

Кора головного мозга (см. верхний рисунок). Этот отдел головного мозга, который в свою очередь, подразделяется на: затылочную долю, височную долю, теменную долю и лобную долю. Здесь расположены участки, отвечающие за деятельность таких функций организма, как зрение, речь, слух и т.д. Некоторые из этих участков отвечают сразу за несколько функций. А теперь рассмотрим подробней основные отделы головного мозга (см. нижний рисунок):

1)Передний мозг – связан с важнейшими умственными процессами, такими как мышление, планирование и принятие каких-либо решений. Гиппокамп отвечает за функционирование памяти. Таламус же служит как ретранслятор всей поступающей в мозг информации. Ну а нервные клетки, расположенные в гипоталамусе обрабатывают информацию, поступающую от вегетативной нервной системы (таким образом, служа проводником для регулятивных систем организма) и затем подают организму сигналы к какому-либо действию.

2)В среднем мозге расположены две маленьких возвышенности – иначе говоря, колликулы. Колликулы – скопления клеток, передающие информацию от органов чувств в мозг.

3)Задний мозг состоит из варолиева моста и продолговатого мозга, контролирующих процесс дыхания и сердцебиение; и мозжечка, который отвчает за движение и когнитивные процессы связанные с точным контролем временни.

Ежегодные расходы на лечение заболеваний нервной системы и головного мозга (опрос проводился среди жителей США):

В нашей стране, к огромному сожалению, этим заболеваниям не уделяется должного внимания и подобная статистика недоступна, но очевидно, что они есть и необходимо заниматься этими вопросами.

Нейрон – основная «рабочая сила» человеческого мозга. Первоочерёдная функция нейронов – передавать информацию в другие нервные клетки, мышцы или в железистые клетки. Множество взаимосвязанных друг с другом нейронов формируют саму структуру мозга. В среднем, человеческий мозг содержит от одного до ста миллиардов нервных клеток (этот показатель может варьироваться в зависимости от многих факторов).

Нейрон состоит из: тела клетки, дендритов, а также аксона. Тело клетки состоит из ядра и цитоплазмы. Аксон, получивший электрический импульс, вырывается за пределы тела клетки и в большинстве случаев устанавливает взаимосвязь с нервными окончаниями.Дендриты также выходят за пределы тела клетки, после чего они принимают информацию, исходящую от других нервных клеток. Синапс – область контакта нервных клеток между собой или с иннервируемыми ими тканями. Формируясь из остатков аксонов, полученных от других нервных клеток, синапс полностью покрывает собой тело клетки и дендриты. Нейронный сигнал представляет собой передачу аксоном электрических импульсов, чья протяжённость может колебаться от пары сантиметров до одного метра и более. Многие аксоны также покрыты оболочкой из миелина, который служит как катализатор процесса передачи информации. Состав этой оболочки может варьироваться в зависимости от местонахождения самой нервной клетки: к примеру, в головном мозге эту оболочку составляют так называемые олигодендроциты, а в периферической нервной системе – шванновские клетки (или нейролеммоциты). Также нервные импульсы влекут за собой цикличное открытие и закрытие ионных каналов (проницаемых водонаполненных образований), благодаря чему ионы (заряженные атомы) и меньшие частицы могут двигаться не только в пределах клетки, но и выходить за её пределы. А затем поток ионов создаёт небольшой поток электичества, который влечёт за собой незначительные изменения в клеточной мембране.
Нейроны могут вырабатывать электричество главным образом благодаря тому, что их внутренняя и внешняя часть имеют различную полярность. Когда возникает электрический импульс, то смена полярности с отрицательной на положительную влечёт за собой накопление электрического заряда в клеточной мембране. Это явление уже вошло в науку под названием «потенциал действия». Затем, накопленный импульс со скоростью около 200-300 километров в час проходит через мембрану.
Пройдя через мембрану и достигнув границы аксона, электрический заряд стимулирует выброс нейротрансмиттеров (вырабатываемые организмом вещества, незаменимые в большинстве процессов жизнедеятельности). Нейротрансмиттеры, как правило, выбрасываются в районе нервных окончаний. Затем они прицепляются к поверхности какой-либо клетки так, чтобы могли перемещаться вместе с ней. Чаще всего в качестве своей «жертвы» они избирают нервную клетку, но бывает и так, что это оказывается железистая клетка или часть мышечной ткани. Рецепторы клетки служат своего рода «выключателем». За каждым из них закреплён свой чётко обозначенный участок головного мозга, который может совершенно по-разному реагировать на рецепторы, в зависимости от того, какой из нейротрансмиттеров они несут. То, как нейротрансмиттеры попадают на этот самый участок, можно сравнить с тем, как ключ открывает замок. Когда трансмиттер наконец окажется на месте, он тут же вызывает реакцию, которая может быть разной: накопление потенциала действия, сокращение определённой мышцы или группы мышц, стимуляция выработки ферментов или временное блокирование выброса нейротрансмиттеров.
В целом, понятие «нейротрансмиттеры» и то, как они появляются и какие функции выполняют в нашем организме – один из основных и наиболее тщательно исследуемых разделов нейрологии.
Поведение нейротрансмиттеров главным образом изучается у животных, но учёные уверены, что сделанные в этой области открытия смогут найти применение и для людей – к примеру, помогут выявить (и в дальнейшем устранить) причины возникновения болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона. Изучая циркуляцию различных химических веществ в организме, можно узнать и понять очень многое: как работает наша память, почему у нас такая высокая сексуальная потребность, как ментальные заболевания или расстройства проявляются в организме и т.д.

Нейротрансмиттеры и нейромодуляторы.

Ацетилхолин (ACh) был первым обнаруженным нейротрансмиттером (его открыли около 75 лет назад). За выработку ацетилхолина отвечают две группы нервных клеток: те, которые контролируют сердцебиение и те, которые заставляют сокращаться определённые группы мышц (так называемые «произвольно сокращающиеся мышцы»). Действие ацетилхолина затрагивает практически все участки головного мозга.
ACh формируется на концевых участках аксона (также называемых «аксонные терминали»). Когда потенциал действия (импульс, описанный выше) достигает нервных окончаний, происходит массовый выброс заряженных ионов кальция, после чего ацетилхолин проходит сначала через синапс, а затем присоединяется к рецепторам клетки. Находясь в мышечных тканях, ACh стимулирует циркуляцию натрия, что вызывает сокращение мышц. Затем ацетилхолин расщепляется другим веществом, называемым «Ацетилхолинэстераза» (AChE), после чего повторно синтезируется вновь. Существуют также антитела, блокирующие клеточные рецепторы, к которым присоединяется ACh. Доказано, что эти антитела вызывают бульбоспинальный паралич – болезнь, характеризующуюся повышенной утомляемостью и слабостью мышц.
Намного в меньшей степени изучена циркуляция ацетилхолина в головном мозге. Но, как показали недавние исследования в этой сфере, ацетилхолин является неотъемлемой частью таких явлений, как память, внимание и сон. Первичная цель учёных на настоящий момент – найти способы регенерации нервных клеток, контролирующих выброс ацетилхолина (а именно отсутствие этих клеток приводит к болезни Альцгеймера). Используемые в медицине препараты для излечения болезни Альцгеймера препятствуют действию ацетилхолинэстеразы и таким образом предотвращают снижение уровня ацетилхолина в организме.
Аминокислоты – «строительные блоки», расположенные по всему телу, в том числе и в головном мозге. Определённые виды аминокислот также могут выполнять функции нейротрансмиттеров.
Трансмиттеры глицин и гамма-аминомасляная кислота предотвращают отмирание нервных клеток. Эффект гамма-аминомасляной кислоты можно усилить при помощибензодиазепинов или противосудорожных препаратов. В ходе болезни Хантингтона концентрация гамма-аминомасляной кислоты в организме снижается, отчего, в свою очередь, ухудшается координация движений.
Глутамат и аспартат в организме выполняют функцию возбудителей. Они активируют различные рецепторы, в том числе и N-метил- D-аспартиновые (NMDA) рецепторы, которые отвечают за множество процессов, протекающих в организме – начиная от процесса обучения и развития памяти, и заканчивая развитием нервной системы в целом. Стимуляция NDMA-рецепторов влечёт за собой существенные изменения в головном мозге, однако избыточная стимуляция может нанести непоправимый вред организму – вплоть до уничтожения нервных клеток.
NDMA-рецепторы, их функционирование, структура, расположение в организме – всё это активно изучается учёными и по сей день. Для лечения различных расстройств как неврологического, так и психиатрического характера, уже разрабатываются лекарственные препараты, способные стимулировать или, наоборот, блокировать работу NDMA-рецепторов.
Катехоламины. Дофамин и норэпинефрин – неотъемлемые составляющие как головного мозга, так и периферической нервной системы. Дофамин в основном содержится в трёх участках головного мозга: в контролирующем движения организма участке, в вызывающем внешние проявления симптомов психического заболевания участке и в контролирующем гормональный отклик участке. Первый из этих участков непосредственно связан с возникновением различного рода заболеваний, как показали последние научные исследования. Симптомы болезни Паркинсона (дрожание в мышцах, потеря гибкости, затруднённые движения) проявляются как раз из-за недостатка дофамина в головном мозге. Учёными-медиками было сделано открытие: воздействие налеводопу (т.е. вещество, из которого состоит дофамин) благотворно влияет на страдающих болезнью Паркинсона, давая больным возможность более свободно двигаться и ходить.
Второй из вышеотмеченных участков (вызывающий внешние проявления симптомов психического заболевания) играет, помимо всего прочего, огромную роль в работе сознания и проявлении эмоций. Научно доказано, что шизофрения непосредственно связана с нарушениями работы этого участка. Хотя препараты, блокирующие излишнюю выработку дофамина довольно-таки успешно справляются со своей задачей – устранить симптомы психического заболевания – лучше всё-таки изучить проблему «изнутри». Детальное изучение дофамина помогает учёным лучше понять саму природу психических заболеваний.
И наконец, дофамин, содержащийся в третьем участке мозга (контролирующем гормональный отклик), контролирует работу эндокринной системы. Благодаря ему гормоны вырабатываются в гипоталамусе и затем накапливаются в гипофизе, чтобы по мере надобности быть выпущенными в кровь.
Нервные волокна, содержащие норэпинефрин, находятся за пределами головного мозга. Недостаточная или избыточная концентрация этого вещества, помимо болезней Альцгеймера и Паркинсона, также ведёт к корсаковскому синдрому (также называемому «дизнойя Корсакова») – болезнью, носящую те же симптомы, что и хронический алкоголизм. По мнению учёных, норэпинефрин также может влиять на процесс обучения и память. Также при помощи норэпинефрина симпатическая нервная система регулирует сердцебиение и кровяное давление. В ходе сильного стресса органы симпатической системы и надпочечники немедленно активизируются, начиная вырабатывать этот гормон.
Серотонин. Этот нейротрансмиттер находится не только в головном мозге, но также и за его пределами – в основном в тромбоцитах и в желудочно-кишечном тракте. Расположенный в головном мозге серотонин отвечает за такие процессы и чувства, как сон, настроение, страхи и депрессии. Учёными установлено, что вещества, схожие по строению с серотонином (к примеру, флуоксетин), могут так же, как и он, избавлять от симптомов депрессии и постоянного нервного напряжения.
Пептиды. Пептиды – это связанные между собой цепи аминокислот. Их не следует путать с протеинами – протеины имеют более обширную и более сложную структуру.
В 1973 году учёными была обнаружена область головного мозга, вырабатывающая опиаты. Это позволило сделать вывод о том, что человеческий мозг может вырабатывать вещества, оказывающие примерно такое же воздействие, что и опиум. Спустя некоторое время в ходе научного исследования был обнаружен опиат, напоминающий по своей структуре морфий (разновидность опиума, используемая ранее в медицине как обезболивающее). Это вещество получило название «энкефалин» (название буквально переводится как «в голове»). Немногим позже были открыты эндорфины – ещё один вид опиатных пептидов (слово «эндорфин» образовано от «эндогенный морфин»). Подобно морфию, эндорфины утишают боль и вызывают сонливость.
Пока ещё точно не известно, какой цели служат опиатные пептиды в нашем организме. Предположительно, они вырабатываются мозговыми клетками в моменты сильного стресса, чтобы облегчить боль и помочь адаптироваться к стрессовой ситуации, чтобы как можно быстрей преодолеть её. Если эта гипотеза верна, то она объясняет, почему травмы, полученные в ходе стресса или, например, драки, замечаются нами порой только спустя несколько часов – нервные клетки под действием эндорфинов не воспринимают сигналы о боли, полученные от органов чувств.
Опиаты неразрывно связаны с участками головного мозга, которые активируются поступающими сигналами о боли или физических травмах. Сигналы о боли передаются вцентральную нервную систему (головной и спинной мозг) при помощи миелированных волокон, главным образом класса «С» (миелированные волокна подразделяются на несколько классов в зависимости от выполняемых функций; помимо С- волокон также существуют A?-волокна, A?-волокна и т.д.). Как показали недавние открытия учёных, в С-волокнах содержится так называемое «вещество Р» - именно из-за него мы чувствуем жгучую боль при травме или во время болезни. Вещество Р вырабатывается в организме под воздействием капсацина (который, кстати, входит в состав острого перца чили).
Трофические факторы. В ходе научных исследований учёными были открыты протеины микроскопических размеров, которые, как оказалось, очень важны для развития и функционирования определённых групп нейронов. Эти протеины вырабатываются в головном мозге и никогда не покидают его пределов. Также учёными был открыт генетический код, влияющий на то, к каким из нервных клеток могут присоединяться эти протеины, а к каким – не могут. Это открытие позволило науке сделать огромный шаг к пониманию того, что собой представляют трофические факторы. Также благодаря этому открытию в будущем можно будет разработать новые методы лечения различных отклонений в работе головного мозга и таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
Гормоны. Эндокринная система, подобно нервной системе, служит также в качестве коммуникационной системы нашего организма. Гормоны выполняют в эндокринной системе примерно ту же функцию, что и нейротрансмиттеры выполняют в нервной системе. В нашем организме насчитывается множество источников гормонов: поджелудочная железа, почка, сердце, надпочечники, гонады, щитовидная и околощитовидная железа, вилочковая железа и т.д. Но основную роль в эндокринной системе выполняет гипофиз, направляющий поток гормонов в кровь. Эндорфины, выбрасываемые гипофизом в кровь, также могут функционировать в качестве гормонов. Эндокринная система отвечает за множество естественных процессов и потребностей человеческого организма: секс, эмоции, реакция на стресс, а также рост, размножение, метаболизм и т.д. Благодаря гормонам, наш мозг становится «пластичным», т.е. может быстро реагировать на любые внешние раздражители.
Существуют две группы гормонов: тироидные и стероидные. Стероидные гормоны, в свою очередь, подразделяются на шесть видов – андрогены, эстрогены, прогестины, глюкокортикоиды, минералокортикоиды и витамин D. Рецепторы гормонов расположены во многих органах человеческого тела, но наибольшее их количество находится в головном мозге. Как тироидные, так и стероидные гормоны способны соединяться с протеинами, которые, в свою очередь, связываются с ДНК и воздействуют на генную структуру организма. Изменения в генной структуре влекут за собой изменения в клеточной структуре организма и затрагивают многие процессы, протекающие в ней.
А вообще, головной подвергается влиянию не только тех гормонов, о которых было рассказано выше. Наряду с ними существуют метаболические гормоны, такие какинсулин (известный также как «гормон роста»), грелин и лептин. Этот вид гормонов влияет на активность нервной системы, а также на её структуру.
В моменты стресса или нарушения наших «внутренних часов» гормоны незамедлительно поступают в кровь, а затем уже распределяются по всему организму. Попадая в головной мозг, гормоны стимулируют выработку продуктов генов, которые могут, во-первых, служить в качестве синаптических нейротрансмиттеров, а во-вторых, воздействуют на структуру мозговых клеток.
В результате чего структура самого мозга также меняется – как говорится, «медленно, но верно». Также наш мозг приспосабливается к постоянной меняющейся обстановке вокруг нас. Гормоны незаменимы в ходе этой адаптации, а также защите от возможных стресс-факторов. Однако гормоны стресса - к примеру глюкокортикоид кортизол – также могут существенно повлиять на фундаментальные процессы головного мозга, включая и процесс обучения. Сильный и продолжительный стресс может нанести необратимый вред головному мозгу.
Возьмём процесс размножения у женщин как пример, чтобы на нём показать как гормоны циркулируют по нашему телу и к каким результатам это приводит. Нервные клетки гипоталамуса вырабатывают гонадолиберин – пептид, воздействующий на клетки гипофиза. Затем, и в женском, и в мужском организме вырабатываются два гормона:фолликулостимулирующий гормон (также называемый «пролан А» или «ФСГ») илютеинизирующий гормон («пролан Б», «ЛГ»). Далее, в мужском организме эти два гормона циркулируют к яичкам, где они высвобождают мужской гормон тестостерон (андроген), направляя его в кровь. В женском организме ФСГ и ЛГ воздействуют на яичники, в результате чего выделяются женские гормоны – эстроген и прогестерон. Тестостерон, эстроген и прогестерон часто называют «гормоны секса».
Повышенный уровень тестостерона у мужчин или эстрогена и прогестерона у женщин также влечёт за собой изменения в клеточной структуре, вызывая более высокую сексуальную активность. Гормоны секса также воздействуют на многие функции нашего организма: внимание, настроение, память, боль и т.д. «Половая принадлежность» головного мозга определяется тем, какие гормоны воздействовали на него в большей степени во внутриутробном и послеродовом периоде его развития, хотя последние научные изыскания выявили зависимость также от количества генов в Y-хромосоме. Тем не менее, учёными было обнаружено множество существенных физических различий между мозгом мужчины и мозгом женщины. К примеру, у них различна структура и размер нейронных соединений гипоталамуса, а также коры и гиппокампа.
Половая принадлежность – это далеко не только сексуальное поведение и различия в процессе размножения. Она затрагивает множество участков головного мозга и большинство его функций, начиная от способов восприятия болевых ощущений и реакции на стресс до выработки стратегий для решения какой-либо когнитивной задачи. Но, хотя различия и существует, всё же справедливо будет отметить, что между мозгом мужчины и мозгом женщины больше сходств, чем различий.
Также исследования в области анатомии выявили, что существуют различия между мозгом людей традиционной сексуальной ориентации и нетрадиционной. Основываясь на этом, можно сделать вывод о том, что гормоны и гены, воздействующие на организм человека в самом начале его развития формируют также и сексуальную ориентацию и вообще всё, что может быть обобщено словом «сексуальный», но об этом судить пока рано: учёные всё ещё пытаются найти последние недостающие фрагменты в этой мозаике.
Газы. Доказано, что газы также могут служить в качестве нейротрансмиттеров. Тем не менее, эти два газа – оксид азота и моноксид углерода (угарный газ) функционируют не совсем в точности так же, как и нейротрансмиттеры. Благодаря их структуре они не скапливаются в каком-либо определённом участке организма. Они вырабатываются при помощи ферментов, которые по мере надобности производятся нервными клетками. Газы не задействуют рецепторы, как это делают обычные нейротрансмиттеры. Они просто проникают в соседние клетки и уже находясь в них действуют на различные их участки или на ферменты, содержащиеся в них.
Хотя роль моноксида углерода в организме ещё до конца не изучена, уже научно подтверждено, что оксид азота выполняет сразу несколько функций. К примеру, благодаря циркуляции оксида азота мужчины могут испытывать эрекцию. Находясь в нервных окончаниях кишечника, он регулирует процесс пищеварения. Находясь в головном мозге, он контролирует работу циклического гуанозинмофосфата. Вред, наносимый нервным клеткам в ходе сильного стресса из-за избыточной концентрации вырабатываемого глутамата, также может иметь связь с оксидом азота.

Вторичные мессенджеры.

После нейротрансмиттеров в работу включаются так называемые «вторичные мессенджеры» («вторичные передатчики») – вещества, активирующие различные биохимические процессы, протекающие внутри клеток. Внутриклеточные изменения могут повлечь за собой радикальные и длительные изменения в нервной системе. Если описать этот процесс в двух словах, то вторичные мессенджеры передают «химическую почту» от клеточной мембраны к внутренней биохимической структуре клетки. Эффект от действия вторичных месседжеров может быть различным: от нескольких миллисекунд до минут или даже часов.
В активации вторничных мессенджеров непосредственное участие принимаетаденозинтрифосфат (АТР) – химический источник энергии клеток, который есть во всех клетках организма. АТР, как правило, расположен в цитоплазме.
Здесь неплохо было бы привести пример. Выстроим последовательность событий:
1)норэпинефрин присоединяется к нейрону;
2)активированный рецептор нейрона, в свою очередь, вовлекает G-белок в клеточную мембрану;
3)уже находясь внутри клеточной мембраны, G-белок заставляет ферментАденилатциклазу трансформировать АТР в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ);
4)вторичный мессенджер цАМФ воздействует на множество внутриклеточных процессов: начиная от изменений в работе ионных каналов и заканчивая изменениями в структуре генов в белке (естественно, при этом он продолжает выполнять свою роль передатчика).
Также считается, хоть и не доказано, что вторичные мессенджеры также играют роль в выработке и последующему выбросу нейротрансмиттеров, а также в межклеточных циркуляциях различного рода.
Сюда же стоит добавить участие вторичных мессенджеров в процессе метаболизма головного мозга и в таких процессах, как рост и развитие организма. Также стоит отметить, что воздействие мессенджеров на генную структуру клеток может привести к долговременным изменениям клеточной структуры, а как следствие – и поведения самого организма в целом.

Нейрон. Активизируясь, нейрон передаёт электрические импульсы по аксону. Когда импульсы достигают конечной точки аксона, они стимулируют выброс нейротрансмиттеров (скапливающихся в так называемых везикулах). Затем нейротрансмиттеры присоединяются к молекулам-рецепторам, расположенным на соседних нейронах. Точка, в которой нейроны соприкасаются друг с другом, называется «синапс».

1. Мозг не чувствует боль

Tatiana Ayazo / rd.com

Вы когда-нибудь задумывались, как нейрохирурги проводят операции на мозге без наркоза? Просто в мозге нет болевых рецепторов. Зато они есть в мозговых оболочках и кровеносных сосудах. Поэтому, когда мы испытываем головную боль, болит вовсе не сам мозг, а окружающие его ткани.

2. Мозг работает активнее, когда мы спим

Tatiana Ayazo / rd.com

Работая, мозг создаёт электрические поля, которые можно измерить на поверхности кожи головы с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ). Нам кажется, что во время сна мозг выключен, но на самом деле он работает даже активнее, чем днём. В период бодрствования он производит альфа- и бета-волны, а во время сна, особенно на его начальных стадиях, тета-волны. Их амплитуда больше, чем у других волн.

3. Клетки мозга - это не только нейроны

Tatiana Ayazo / rd.com

На один нейрон приходится около десяти глиальных клеток. Они обеспечивают нейронам доступ питательных веществ и кислорода, отделяют нейроны друг от друга, участвуют в метаболических процессах и передаче нервных импульсов.

4. Влюблённость можно увидеть на фМРТ-снимках

Tatiana Ayazo / rd.com

Кто-то считает, что влюблённость - это просто концепция, но фМРТ-снимки мозга доказывают обратное. У людей в этом состоянии активны области мозга, связанные с . На снимках видно, как «загораются» места, в которых присутствует дофамин - нейромедиатор, вызывающий приятные ощущения.

5. Мозг производит достаточно электричества, чтобы загорелась небольшая лампочка

Tatiana Ayazo / rd.com

9. На мозг, как и на мышцы, распространяется правило «Используй или потеряешь»

Tatiana Ayazo / rd.com

Мы можем расширить свой когнитивный резерв, или врождённую способность мозга восстанавливаться, с помощью разных видов обучения и новых впечатлений. Было доказано, что люди с более развитым когнитивным резервом лучше справляются с неожиданностями. Но если мозг не использовать, этот резерв будет сокращаться.

10. Кратковременной памяти хватает на 20–30 секунд

Tatiana Ayazo / rd.com

Вы когда-нибудь задумывались, почему после того, как мы ненадолго отвлеклись, мы забываем, что хотели сказать? Это связано со способностью мозга удерживать в памяти небольшие объёмы информации. Он сохраняет её для быстрого доступа, но всего лишь в течение 20–30 секунд. Числа, например, удерживаются в памяти в среднем 7,3 секунды, а буквы - 9,3.

Человек – это сложный организм, состоящий из множества органов, объединённых в единую сеть, работа которой регулируется точно и безукоризненно. Основную функцию регулирования работы организма осуществляет центральная нервная система (ЦНС). Это сложнейшая система, включающая несколько органов и периферийных нервных окончаний и рецепторов. Важнейшим органом этой системы является головной мозг — сложный вычислительный центр, отвечающий за правильную работу всего организма.

Общая информация о строении мозга

Изучить его пытаются давно, но за все время ученые так и не смогли точно и однозначно на все 100% ответтить на вопрос что это и как работает данный орган. Многие функции изучены, по некоторым имеются только догадки.

Визуально его можно разделить на три основные части: , мозжечок и большие полушария. Однако это деление не отображает всей многогранности функционирования этого органа. Более детально эти части подразделяют на отделы, отвечающие за определенные функции организма.

Продолговатый отдел

Центральная нервная система человека является неразрывным механизмом. Плавным переходным элементом от спиномозгового сегмента цнс является продолговатый отдел. Визуально его можно представить в виде усеченного конуса с основанием вверху или небольшой головки лука с расходящимися от него утолщениями — , соединяющимися с промежуточным отделом.

Выделяют три различные функции отдела — сенсорные, рефлекторные и проводниковые. В его задачи входит контроль за основными защитными (рвотный рефлекс, чхание, кашель) и бессознательными рефлексами (сердцебиение, дыхание, моргание, слюноотделение, секреция желудочного сока, глотание, обмен веществ). Кроме этого, продолговатый мозг отвечает за такие чувства, как равновесие и координацию движений.

Средний мозг

Следующим отделом, отвечающим за связь со спинным мозгом является средний. Но основная функция данного отдела – обработка нервных импульсов и корректировка работоспособности слухового аппарата и зрительного центра человека. После обработки поступившей информации эта формация подает импульсные сигналы для ответной реакции на раздражители: поворот головы в сторону звука, изменение положения тела в случае опасности. К дополнительным функциям можно отнести регулирование температурного режима тела, мышечного тонуса, возбуждение.

Средний мозг человека отвечает за такую важную способность организма, как сон.

Средний отдел имеет сложное строение. Выделяют 4 скопления нервных клеток – бугров, два из которых отвечают за зрительное восприятие, два других за слух. Между собой и с другими отделами головного и спинного мозга связаны нервные скопления все той же нервнопроводящей тканью, визуально похожих на ножки. Общий размер сегмента не превышает 2 см у взрослого человека.

Промежуточный мозг

Еще более сложный по строению и выполняемым функциям отдел. Анатомически промежуточный мозг делится на несколько частей: Гипофиз. Это небольшой придаток мозга, который отвечает за секрецию необходимых гормонов и регулирование эндокринной системы организма.

Условно разделен на несколько частей, каждая из которых выполняет свою функцию:

• Аденогипофиз – регулятор периферийных эндокринных желез.
• Нейрогипофиз – связан с гипоталамусом и накапливает в себе выработанные им гормоны.

Гипоталамус

Небольшой участок мозга, важнейшей функцией которого является контроль сердечного ритма и давления крови в сосудах. Дополнительно гипоталамус отвечает за часть эмоциональных проявлений путем выработки необходимых гормонов для подавления стрессовых ситуаций. Еще одна важная функция – контроль голода, насыщения и жажды. В довершение, гипоталамус является центром сексуальной активности и удовольствия.

Эпиталамус

Основная задача этого отдела – регулирование суточного биологического ритма. При помощи вырабатываемых гормонов влияет на продолжительность сна в ночное время и нормального бодрствования в дневное. Именно эпиталамус приспосабливает наш организм к условиям «светового дня» и делит людей на «сов» и «жаворонков». Еще одна задача эпиталамуса – регулирование обмена веществ организма.

Таламус

Данная формация очень важна для правильного осознания окружающего нас мира. Именно таламус отвечает за обработку и интерпритацию импульов, поступающих от переферийных рецепторов. В данный центр обработки информации сходятся данные от зриттельных нервой, слухового аппарата, температурных рецепторов тела, обонятельных рецепторов и болевых точек.

Задний отдел

Как и предыдущие отделы задний мозг включает в себя подразделы. Основная часть – мозжечок, вторая – варолиев мост, представляющий собой небольшой валик нервных тканей для связи мозжечка с другими отделами и кровеносных сосудов, питающих мозг.

Мозжечок

По своей форме мозжечок напоминает большие полушария, он состоит из двух частей, соединённый «червяком» — комплексом проводящей нервной ткани. Основные полушария состоят из ядер нервных клеток или «серого вещества», собранных для увеличения поверхности и объема в складки. Эта часть располагается в затылочной части черепной коробки и полностью занимает всю ее заднюю ямку.

Основная функция этого отдела — координация двигательных функций. Однако мозжечок не инициирует движения рук или ног – только контролирует точность и четкость, порядок выполнения движений, моторика и осанка.

Второй немаловажной задачей является регулирование когнитивных функций. К ним относятся: внимание, понимание, осознание языка, регулирование ощущения страха, ощущение времени, осознание характера удовольствия.

Большие полушария мозга

Основная масса и объем мозга приходиться именно на конечный отдел или большие полушария. Полушарий два: левое – большей часть отвечающее за аналитическое мышление и речевые функции организма, и правое — основная задача которого абстрактное мышление и все процессы, связанные с творчеством и взаимодействием с окружающим миром.

Строение конечного мозга

Большие полушария мозга — это основной «процессорный блок» ЦНС. Несмотря на различную «специализацию» эти сегменты являются дополнением друг друга.

Большие полушария представляют собой сложную систему взаимодействия ядер нервных клеток и нервнопроводящих тканей соединяющих основные участки мозга. Верхняя поверхность,называемая корой, состоит из огромного количества нервных клеток. Её называют серым веществом. В свете общего эволюционного развития, кора – это самое молодое и наиболее развитое образование ЦНС и наивысшее развитие достигло именно у человека. Именно она ответственна за становление высших нервно-психических функций и сложных форм поведения человека. Для увеличения полезной площади поверхность полушарий собрана в складки или извилины. Внутренняя поверхность больших полушарий состоит из белого вещества – отростков нервных клеток, отвечающих за проведение нервных импульсов и связь с остальным сегментами ЦНС.

В свою очередь, каждое из полушарий условно разделяют на 4 части или доли: затылочные, теменные, височные и лобные.

Затылочные доли

Главной функцией этой условной части является обработка нейронных сигналов, поступающих от зрителных центров. Именно тут из световых раздражителей формируются привычные понятия цвета, объема и прочих трехмерных свойств видимого объекта.

Теменные доли

Этот сегмент ответственен за возникновение болевых ощущений и обработку сигналов от тепловых рецепторов организма. На этом их общая работа заканчивается.

Теменная доля левого полушария отвечает за структурирование информационных пакетов, позволяет оперировать логическими операторами, считать и читать. Также этот участок формирует осознание целостной структуры тела человека, определение правой и левой частей, координация отдельных движений в единое целое.

Правая же, занимается обобщением информационных потоков, которые генерируются затылочными долями и левой теменной. На этом участке формируется общая объемная картина восприятия окружающей среды, пространственного положения и риентации, просчет перспективы.

Височные доли

Данный сегмент можно сравнить с «жестким диском» компьютера – долговременное хранилище информации. Именно тут хранятся все воспоминая и знания человека, собранные за всю жизнь. Правая височная доля отвечает за визуальную память – память образов. Левая – тут хранятся все понятия и описания отдельных объектов, происходит интерпретация и сопоставление образов, их названий и характеристик.

Что касается распознавания речи, то в данной процедуре участвуют обе височные доли. Однако функции у них разные. Если левая доля призвана распознавать смысловую нагрузку услышанных слов, то правая интерпретирует интонационную окраску и сопоставление её с мимикой говорящего. Еще одной функцией данного участка мозга является восприятие и расшифровка нейронных импульсов приходящих от обонятельных рецепторов носа.

Лобные доли

Эта часть ответственна за такие свойства нашего сознания, как критическая самооценка, адекватность поведения, осознания степени бессмысленности поступков, настроения. Общее поведение человека тоже зависит от правильной работы лобных долей мозга, нарушения приводят к неадекватности и асоциальности поступков. Процесс обучения, освоения навыков, приобретения условных рефлексов зависит от правильной работы этой части мозга. Это касается и степени активности и любознательности человека, его инициативности и осознанности решений.

Для систематизации функций ГМ они представлены таблицей:

Отдел мозга	Функции
Продолговатый мозг	Контроль основных защитных рефлексов. Контроль бессознательных рефлексов. Контроль равновесия и координации движений.
Средний мозг	Обработка нервных импульсов, зрительных и слуховых центров, ответная реакция на них. Регулирование температурного режима организма, мышечного тонуса, возбуждение, сон.
Промежуточный мозг Гипоталамус Эпиталамус	Секрецию гормонов и регулирование эндокринной системы организма. Осознание окружающего мира, обработка и интерпритацию импульсов, поступающих от переферийных рецепторов. Обработка информации от периферийных рецепторов Контроль сердечного ритма и давления крови. Выработка гормонов. Контроль состояния голода, жажды, насыщения. Регулирование суточного биологического ритма, регулирование обмена веществ организма.
Задний мозг Мозжечок	Координация двигательных функций. Регулирование когнитивных функций: внимание, понимание, осознание языка, регулирование ощущения страха, ощущение времени, осознание характера удовольствия.
Большие полушария мозга Затылочные доли Теменные доли Височные доли Лобные доли.	Обработка нейронных сигналов, поступающих от глаз. Интерпретация болевых и тепловых ощущений, ответственность за возможность читать и писать, логическая и аналитическая способность мышления. Долговременное хранилище информации. Интерпретация и сопоставление информации, распознавание речи и мимики, расшифровка нейронных импульсов приходящих от обонятельных рецепторов. Критическая самооценка, адекватность поведения, настроения. Процесс обучения, освоения навыков, приобретения условных рефлексов.

Взаимодействие отделов мозга

Кроме того, что каждый отдел мозга имеет собственные задачи, целостная структура определяет сознание, характер, темперамент и прочие психологические особенности поведения. Формирование определенных типов определяется различной степенью влияния и активности того или иного сегмента головного мозга.

Первый психотип или холерический. Формирование такого типа темперамента происходит при доминированном влиянии лобных долей коры и одного из подотделов промежуточного мозга – гипоталамуса. Первая генерирует целеустремленность и желание, второй участок подкрепляет эти эмоции необходимыми гормонами.

Характерным взаимодействием отделов, определяющим второй тип темперамента – сангвиника, является совместная работа гипоталамуса и гиппокампа (нижней части височных долей). Основная функция гиппокампа – поддержание краткосрочной памяти и конвертация получаемых знаний в долгосрочную. Результатом такого взаимодействия является открытый, любознательный и интересующийся тип поведения человека.

Меланхолики – третий тип темпераментного поведения. Такой вариант образуется при усиленном взаимодействии гиппокампа и другой формацией больших полушарий – миндалевидного тела. При этом активность коры и гипоталамуса снижена. Миндалина принимает на себя весь «удар» возбуждающих сигналов. Но так как восприятие основных участков мозга заторможено, то реакция на возбуждение низкая, что в свою очередь сказывается и на поведении.

В свою очередь, формируя прочные связи, лобная доля способна задать активную модель поведения. При взаимодействии коры этого участка и миндалин центральная нервная система генерирует только высокозначимые импульсы, игнорируя при этом малозначимые события. Все это приводит к формированию Флегматичной модели поведения – сильного, целеустремленного человека с осознанием приоритетных целей.

В человеческом организме мозг является, наверное, одним из самых загадочных и непонятных органов. Так, о механизме мыслительной деятельности учёные спорят до сих пор. Сегодня мы попробуем систематизировать их выводы. Также рассмотрим, из чего состоит мозг, каковы его функции и какие существуют самые распространённые заболевания этого органа.

Общее строение

Мозг защищает вокруг надёжная черепная коробка. В ней орган занимает свыше 90% места. При этом вес мозга у мужчин и женщин разный. В среднем это 1375 грамм у представителей сильного пола, 1275 грамм — у слабого. У новорождённых вес мозга составляет 10% от всего тела, а у взрослых - всего 2-2,5%. В структуру органа входят большие полушария, ствол и мозжечок.

Из чего состоит мозг? Наука выделяет следующие отделы этого органа:

• передний;
• задний;
• продолговатый;
• средний;
• промежуточный.

Рассмотрим эти участки подробнее. От спинного мозга берёт своё начало продолговатый. В него входит (проводящие каналы) и серое (ядра нервов). За ним располагается варолиев мост. Это валик из поперечных волокон нервов и серого вещества. Здесь проходит главная артерия. Она начинается в точке, расположенной выше продолговатого. Постепенно она переходит в мозжечок, состоящий из двух полушарий. Он попарно соединён с продолговатым мостом, средним мозгом и мозжечком.

В среднем отсеке расположено по паре зрительных и слуховых бугров. От них отходят нервные волокна, которые связывают головной и спинной мозг. Между заметна глубокая щель, внутри которого — мозолистое тело. Оно соединяет эти два больших отдела. Полушария покрыты корой. Именно здесь и происходит мыслительная деятельность.

Из чего состоит мозг ещё? У него есть три оболочки:

1. Твёрдая — это надкостница внутренней поверхности, где расположено большинство болевых рецепторов.
2. Паутинная — тесно прилегающая к коре, но не выстилающая извилины. Между нею и твёрдой оболочкой — серозная жидкость. Далее идёт спинномозговая, а затем и сама кора.
3. Мягкая — состоит из системы кровеносных сосудов и соединительной ткани, питающей мозг и контактирующей со всей поверхностью.

Задачи

Мозг обрабатывает информацию, которая поступает от каждого из рецепторов, регулирует движения и занимается мыслительным процессом. В каждом из отделов происходит своя работа. Например, в расположены нервные центры, которые обеспечивают нормальную работу защитных рефлексных механизмов, таких как кашель, моргание, чихание и рвота. В его функции входит также дыхание, глотание, выделение слюны и желудочного сока.

Варолиев мост обеспечивает движение глазных яблок и работу мышц мимики. Мозжечок регулирует координацию и согласованность движений. А в среднем мозгу реализуется регулятивная деятельность относительно остроты слуха и зрения. Благодаря его работе, зрачки, например, могут расширяться и сужаться. То есть от него зависит тонус глазных мышц. В него входят также нервные центры, отвечающие за ориентацию в пространстве.

А вот из чего состоит мозг промежуточный? Выделяют несколько его отсеков:

• Таламус. Его ещё называют коммутатором, так как здесь обрабатываются и образуются ощущения на основе болевых, температурных, мышечных, слуховых и других рецепторов. Благодаря этому центру, меняются состояния бодрствования и сна.
• Гипоталамус. Он контролирует сердечный ритм, давление крови и телесную терморегуляцию. Отвечает за эмоциональное состояние, так как отсюда происходит влияние на эндокринную систему для выработки гормонов преодоления стресса. Регулирует чувство жажды, голода и насыщения, удовольствие и сексуальность.
• Гипофиз. Тут вырабатываются гормоны при половом созревании, развитии и деятельности.
• Эпиталамус. Он состоит из эпифиза, посредством которого регулируются суточные ритмы, обеспечивается здоровый сон и нормальная активность днём, приспосабливаемость к различным условиям. У него есть способность чувствовать колебания световых волн даже через коробку черепа, выделяя для этого то или иное количество гормонов.

За что отвечают полушария мозга?

В правом хранится вся информация о мире и всесторонних взаимодействиях человека. Оно отвечает за активность правых его конечностей. В левом контролируется работа речевых органов. Здесь происходит аналитическое, и различные вычисления. С этой стороны обеспечивается мониторинг левых конечностей.

Отдельно стоит сказать о таких образованиях, как желудочки мозга. Они представляют собой пустоты, которые выстланы эпендимой. Они создаются из полости нервной трубки в виде пузырей, что трансформируются в желудочки мозга. Главная их функция - это продукция и циркуляция Отделы состоят из пары латеральных, третьего и четвёртого. Полушария разделены на 4 доли: лобную, височную, теменную и затылочную.

Лобная доля

Эта часть подобна штурману на корабле. Именно она отвечает за пребывание человеческого тела в вертикальном положении. Здесь формируются активность, самостоятельность, инициативность и любознательность. Также может создаваться и критичная самооценка. Словом, малейшие нарушения, случающиеся в лобной доле, приводят к неадекватному поведению человека, бессмысленным поступкам, депрессиям и различным перепадам настроения. Управление поведением происходит именно через неё. Поэтому работа центра контроля, расположенного также здесь, препятствует неадекватным и асоциальным поступкам. Лобная доля важна для интеллектуального развития. Благодаря ей также приобретаются определённые навыки, умения, которые способны быть доведены до автоматизма.

Височные доли

Здесь — хранилище долговременной памяти. В левой накапливаются конкретные названия, предметы, события и связи, а в правой — зрительные образы. распознают речь. При этом левая часть расшифровывает смысл сказанного, а правая — формирует понимание и, в соответствии с этим, мимический рисунок, показывая настроение и восприятие окружающим.

Теменные доли

Ими воспринимаются болевые ощущения, холод или тепло. Теменная доля состоит из двух частей: правой и левой. Так же как и другие отсеки органа, они функционально отличаются. Так, левая синтезирует отдельные фрагменты, соединяет их, благодаря чему человек способен читать и писать. Здесь усваиваются определённые алгоритмы для достижения того или иного результата. Правая теменная доля преобразует всю информацию, которая поступает от затылочных частей, и создаёт трёхмерную картину. Здесь обеспечивается пространственная ориентация, определяется расстояние и тому подобное.

Затылочная доля

Ею воспринимается зрительная информация. Мы видим объекты вокруг как раздражители, отражающие свет от сетчатки глаз. Через световые сигналы преобразуется информация о цвете, движениях объектов. Возникают трёхмерные образы.

Заболевания

Зона подвержена немалому количеству заболеваний. В число самых опасных входят следующие:

• опухоли;
• вирусы;
• болезни сосудов;
• нейродегенеративные недуги.

Рассмотрим их подробнее. Опухоли мозга могут быть самыми разнообразными. Причём, как и в других частях тела, они бывают как доброкачественными, так и злокачественными. Появляются эти образования из-за сбоя в репродуктивной функции клеток. Контроль нарушается. И они начинают сильно размножаться. Среди симптомов выделяется чувство тошноты, боль, судороги, потери сознания, галлюцинации и ухудшение зрения.

К вирусным заболеваниям относятся такие недуги:

1. Энцефалит. У человека сознание путается. Он всё время чувствует сонливость, есть риск впасть в кому.
2. Вирусный менингит. Чувствуется головная боль. Наблюдается высокая температура, рвота и общая слабость.
3. Энцефаломиелит. У пациента кружится голова, нарушается моторика, увеличивается температура, может наступать рвота.

При возникновении ряда заболеваний сужаются сосуды мозга. Происходит выпячивание их стенок, разрушение и прочее. Из-за этого может нарушаться память, кружиться голова, чувствоваться боли. Кровообращение мозга плохо функционирует при высоком артериальном давлении, разрыве аневризмы, инфаркте и так далее. А из-за нейродегенеративных заболеваний, например Гентингтона или Альцгеймера, нарушается память, теряется рассудок, чувствуются тремор в конечностях, боль, случаются судороги и спазмы.

Заключение

Таково строение нашего загадочного органа. Известно, что человек использует лишь мизерную долю тех возможностей, которые могут быть реализованы посредством этого органа. Возможно, когда-нибудь человечество сможет раскрывать свой потенциал намного шире, чем сегодня. А пока учёные пытаются узнать о его деятельности больше интересных фактов. Хотя, к слову сказать, эти попытки пока остаются не очень успешными.