Как устроен мозг человека: отделы, строение, функции. Клетка мозга
ГОЛОВНОЙ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА | Энциклопедия Кругосвет
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 АНАТОМИЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ.
www.krugosvet.ru
Четыре мифа о клетках человеческого мозга
17.07.2018
Любой психолог должен иметь представление о том, как работает наш мозг. В течение многих лет студентам и широкой публике вещали о том, что в процессе старения мы теряем определенное количество мозговых клеток. Обзор Кристофера фон Бартельда из Университета Невады показывает, что это не совсем верно («Журнал химической нейроанатомии» 2017 год).
Современные методы исследований дали возможность развенчать четыре мифа о клетках мозга и выявить одну нерешенную проблему.
1. Итак, утверждение о том, что значительная потеря нейронов является нормальной частью старения, является не более чем мифом
«Унылая» картина, которую нарисовали нам ученые, является результатом исследований, проведенных на животных в 1950-80-х годах. Данные свидетельствовали о том, что мы теряем примерно 1% клеток головного мозга в год, а это означает, что мозг пожилых людей уже потерял от 35 до 55 процентов. В 70-х и 80-х годах решили, что с этим ничего не поделаешь, и в старости мы уже не имеем того интеллектуального мастерства, какое было у нас в молодости.
Более того, Бартельд предположил, что это распространенное заблуждение могло привести к массовому появлению суицидальных идей, которое наблюдалось среди пожилых людей в то время.
Потерю клеток связывали с неспособностью мозга адаптироваться к естественной «усадке» в результате возраста. Сейчас известно, что «старые» мозги действительно становятся меньше, но сохраняют основную часть своих нейронов за счет более плотной «упаковки».
Исследования, проведенные в 1990-х и 2000-х годах, либо не обнаружили потери нейронов, либо выявили минимальные значения таких потерь. На протяжении всей жизни мы теряем всего от 2 до 4 процентов нейронов. Бартельд указывает на то, что при нормальном старении количество кортикальных нейронов практически не снижается, а снижение интеллекта может быть связано с численным сокращением небольших и весьма специфических нейронных популяций.
2. Второй миф гласит, что глиальные клетки настолько просты, что не заслуживают особого внимания
Клетки в головном мозге можно грубо разделить на нейроны и глиальные клетки. До недавнего времени большинство ученых проявляли интерес именно к нейронам, считая глиальные клетки чем-то вроде поддержки жизнедеятельности нейронов. Однако теперь известно, что некоторые глиальные клетки (в частности, астроциты) играют непосредственную роль в обработке информации. Астроциты помогают создавать и уничтожать синапсы (связующие точки) между нейронами. Главный исследователь в этой области Майкен Недергард говорит, что мы должны рассматривать глиальные клетки не как помощников, а как прародителей нейронов.
3. Третий миф касается также глиальных клеток: предполагалось, что их количество превосходит число нейронов в 10 раз
Поразительно, но на протяжении многих десятилетий ученые поддерживали эту ошибочную теорию. Она упоминалась в многочисленных изданиях, в том числе в работе лауреата Нобелевской премии Эрика Кандела «Принципы нейронной науки».
Бартельд говорит, что миф возник в результате исследований 60-х годов, когда производили подсчеты глиальных клеток в частях ствола мозга. В 2000 году была разработана новая методика подсчета — изотропное фракционирование, позволяющее легко и точно определять количество разных типов клеток по всему мозгу.
Используя эту технику, нейробиолог из Бразилии Сюзанна Геркулано-Хоузель установила, что в мозге примерно равное количество глиальных клеток и нейронов. И сейчас эти выводы постепенно становятся все более популярными.
4. Четвертый миф состоит в том, что злоупотребление алкоголем вызывает большую потерю мозговых клеток
Злоупотребление алкоголем явно вредит нашему здоровью, в том числе и мозгу. Однако утверждение о том, что алкоголь буквально разрушает мозг, не соответствует истине. Идея возникла в результате исследований на животных, у которых алкоголь действительно приводил к значительной потере нейронов или глиальных клеток.
У человека чрезмерное употребление алкоголя в большинстве случаев наносит вред белому веществу, которое окружает аксоны. Это ухудшает их функционирование, но не приводит к гибели клеток. В особо уязвимых регионах (лобной доле) могут возникать некоторые потери нейронов, но они не влияют на состояние мозга, что является хорошей новостью для бывших и выздоравливающих алкоголиков. Ухудшение функций аксонов — потенциально обратимый процесс.
Веб-сайты «Факты о мозге» и «Neuroscience» прямо говорят о том, что умеренное потребление алкоголя не убивает клетки мозга.
Неразрешенная проблема
Установлено, что мозг мужчин больше, чем мозг женщин, но означает ли это, что у мужчин также больше мозговых клеток? Не обязательно, потому что в женском мозге клетки могут быть более плотно «упакованы». Четыре крупных исследования (1990 гг.) показали, что у мужчин на 16% больше кортикальных нейронов (23,7 миллиарда), чем у женщин (19,8). Но учитывая отсутствие исследований с использованием изотропного фракционирования (так называемого «мозгового супа»), этот вывод не является окончательным. Кроме того, количество нейронов не приравнивается к показателям интеллекта, а средний IQ у обоих полов практически идентичен. Вполне возможно, что решающим параметром должно быть число синапсов.
Таким образом, когда дело доходит до изучения клеточного состава человеческого мозга, нам нужно проявлять известную долю скептицизма. Наука о мозге до сих пор находится в зачаточном состоянии, и мы должны держать ум открытым. Подробнее о ноотропных препаратах.
nootropics.ru
Ткани мозга
Нейромедиа́торы (нейротрансмиттеры,посредники) — биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрического импульса снервной клеткичерезсинаптическое пространствомежду нейронами. Нервный импульс, поступающий в пресинаптическое окончание, вызывает освобождение в синаптическую щель медиатора. Молекулы медиаторов реагируют со специфическими рецепторными белкамиклеточной мембраны, инициируя цепь биохимических реакций, вызывающих изменение трансмембранного тока ионов, что приводит к деполяризации мембраны и возникновению потенциала действия.
Нейромедиаторы являются, как и гормоны, первичными мессенджерами, но их высвобождение и механизм действия в химическихсинапсахсильно отличается от такового гормонов. В пресинаптической клетке везикулы, содержащие нейромедиатор, высвобождают его локально в очень маленький объем синаптической щели. Высвобожденный нейромедиатор затем диффундирует через щель и связывается с рецепторами на постсинаптической мембране. Диффузия является медленным процессом, но пересечение такой короткой дистанции, которая разделяет пре- и постсинаптические мембраны (0,1 мкм или меньше), происходит достаточно быстро и позволяет осуществлять быструю передачу сигнала между нейронами или между нейроном и мышцей.
Недостаток какого-либо из нейромедиаторов может вызывать разнообразные нарушения, например, различные виды депрессии. Также считается[1], что формирование зависимости отнаркотиковитабакасвязано с тем, что при употреблении этих веществ задействуются механизмы производства нейромедиаторасеротонина, а также других нейромедиаторов, блокирующие (вытесняющие) аналогичные естественные механизмы.
Адреналин (эпинефрин) (L-1(3,4-Диоксифенил)-2-метиламиноэтанол) — основной гормонмозгового вещества надпочечников, а такженейромедиатор. По химическому строению являетсякатехоламином. Адреналин содержится в разныхорганахитканях, в значительных количествах образуется в хромаффинной ткани, особенно вмозговом веществе надпочечниковДействие адреналина связано с влиянием на α- и β-адренорецепторыи во многом совпадает с эффектами возбуждения симпатических нервных волокон. Адреналин участвует в реализации реакций типа «бей или беги», его секреция резко повышается пристрессовыхсостояниях,пограничных ситуациях, ощущении опасности, при тревоге,страхе, при травмах, ожогах ишоковыхсостояниях. Он вызываетсужение сосудоворганов брюшной полости, кожи и слизистых оболочек; в меньшей степени сужает сосуды скелетной мускулатуры. Артериальное давление под действием адреналина повышается. Однако прессорный эффект адреналина в связи с возбуждением β-адренорецепторов менее постоянен, чем эффектнорадреналина. Изменения сердечной деятельности носят сложный характер: стимулируя адренорецепторы сердца, адреналин способствует значительному усилению и учащению сердечных сокращений; одновременно, однако, в связи с рефлекторными изменениями из-за повышения артериального давления происходит возбуждение центраблуждающих нервов, оказывающих на сердце тормозящее влияние; в результате этого сердечная деятельность может замедляться. Могут возникатьаритмиисердца, особенно в условияхгипоксии.Адреналин вызывает расслабление гладкой мускулатурыбронховикишечника, расширениезрачков(вследствие сокращения радиальных мышц радужной оболочки, имеющих адренергическую иннервацию).Под влиянием адреналина происходит повышение содержания глюкозы в крови и усиление тканевого обмена. Адреналин усиливаетглюконеогенезигликогенолиз, тормозит синтезгликогенав печени и скелетных мышцах, усиливает захват и утилизациюглюкозытканями, повышая активность гликолитических ферментов. Также адреналин усиливаетлиполиз(распад жиров) и тормозит синтез жиров. В высоких концентрациях адреналин усиливаеткатаболизмбелков.Имитируя эффекты стимуляции «трофических» симпатических нервных волокон, адреналин в умеренных концентрациях, не оказывающих чрезмерного катаболического воздействия, оказывает трофическое действие на миокард и скелетные мышцы. При продолжительном воздействии умеренных концентраций адреналина отмечается увеличение размеров (функциональная гипертрофия) миокарда и скелетных мышц. Предположительно этот эффект является одним из механизмов адаптации организма к длительному хроническому стрессу и повышенным физическим нагрузкам. Вместе с тем длительное воздействие высоких концентраций адреналина приводит к усиленному белковому катаболизму, уменьшению мышечной массы и силы, похуданию и истощению. Это объясняет исхудание и истощение при дистрессе (стрессе, превышающем адаптационные возможности организма).Адреналин улучшает функциональную способность скелетных мышц (особенно при утомлении). Его действие сходно в этом отношении с эффектом возбуждения симпатических нервных волокон.Адреналин оказывает стимулирующее воздействие наЦНС, хотя и слабо проникает черезгемато-энцефалический барьер. Он повышает уровень бодрствования, психическую энергию и активность, вызывает психическую мобилизацию, реакцию ориентировки и ощущение тревоги, беспокойства или напряжения, генерируется припограничных ситуациях.Адреналин также оказывает выраженное противоаллергическое и противовоспалительное действие, тормозит высвобождениегистамина,серотонина,кининови других медиаторов аллергии и воспаления из тучных клеток, понижает чувствительность тканей к этим веществам. Адреналин вызывает повышение числалейкоцитовв крови, частично за счёт выхода лейкоцитов из депо в селезёнке, частично за счёт перераспределения форменных элементов крови при спазме сосудов, частично за счёт выхода не полностью зрелых лейкоцитов из костномозгового депо. Одним из физиологических механизмов ограничения воспалительных и аллергических реакций является повышение секреции адреналина мозговым слоем надпочечников, происходящее при многих острых инфекциях, воспалительных процессах, аллергических реакциях.Также адреналин вызывает повышение числа и функциональной активности тромбоцитов, что, наряду со спазмом мелких капилляров, обуславливает гемостатическое (кровоостанавливающее) действие адреналина. Одним из физиологических механизмов, способствующих гемостазу, является повышение концентрации адреналина в крови при кровопотере.
Норадреналин, норэпинефрин[1],L-1-(3,4-Диоксифенил)-2-аминоэтанол—гормонмозгового вещества надпочечниковинейромедиатор. Относится кбиогенным аминам, к группекатехоламинов.Норадреналин является предшественникомадреналина. По химическому строению норадреналин отличается от него отсутствием метильной группы у атомаазотааминогруппы боковой цепи, его действие как гормона во многом синергично с действием адреналина. Считается одним из важнейших «медиаторовбодрствования». Норадренергические проекции участвуют в восходящей ретикулярной активирующей системе.Синтез норадреналина Предшественником норадреналина являетсядофамин(он синтезируется изтирозина, который, в свою очередь — производноефенилаланина), который с помощью фермента дофамин-бета-гидроксилазы гидроксилируется (присоединяет OH-группу) до норадреналина ввезикулахсинаптических окончаний. При этом норадреналин тормозит фермент, превращающий тирозин в предшественник дофамина, благодаря чему осуществляется саморегуляция его синтеза.Рецепторы норадреналинаВыделяют альфа-1, альфа-2 и бета-рецепторы к норадреналину. Каждая группа делится на подгруппы, различающиеся сродством к разным агонистам, антагонистам и, частично, функциями. Альфа-1 и бета-рецепторы могут быть только постсинаптическими и стимулируют аденилатциклазу, альфа-2 могут быть и пост-, и пре-синаптическими, и тормозят аденилатциклазу. Бета-рецепторы стимулируютлиполиз.Деградация норадреналина.У норадреналина несколько путей деградации, обеспечивающихся двумя ферментами: моноаминооксидазой-А (МАОА) и катехол-О-метил-трансферазой (COMT). В конечном итоге норадреналин превращается либо в 3-метокси-4-гидроксифенилгликоль (en:3-Methoxy-4-hydroxyphenylglycol), либо вванилилминдальную кислоту(en:Vanillyl mandelic acid).Норадренергическая система.Норадреналин является медиатором какголубоватого пятна(лат.locus caeruleus)ствола мозга, так и окончанийсимпатической нервной системы. Количество норадренергических нейронов вЦНСневелико (несколько тысяч), но у них весьма широкое поле иннервации в головном мозге.
Дофами́н (допами́н[1],DA) —нейромедиатор, а такжегормон, вырабатываемыймозговым веществом надпочечникови другими тканями (например,почками).По химической структуре дофамин относится кбиогенным аминам, конкретно ккатехоламинам. Дофамин является предшественникомнорадреналина(и, соответственно,адреналина) в его биосинтезе. Дофамин является одним из химическихфакторов внутреннего подкрепления(ФВП). Как и у большинства таких факторов, у дофамина существуют наркотические аналоги, например,амфетамин,метамфетамин,эфедрин,меткатинон.Кокаинявляетсяингибиторомобратного захвата дофамина.Резерпинблокирует накачку дофамина в пресинаптические везикулы
Серотонин, 5-гидрокситриптамин,5-НТ— важныйнейромедиаторигормон. По химическому строению серотонин относится кбиогенным аминам, классутриптаминов.Серотонин как нейромедиатор Серотонин играет рольнейромедиаторавЦНС. Серотонинергические нейроны группируются встволе мозга: вваролиевом мостуи ядрах шва. От моста идут нисходящие проекции вспинной мозг, нейроны ядер шва дают восходящие проекции к мозжечку, лимбической системе, базальным ганглиям, коре. При этом нейроны дорсального и медиальногоядер швадают аксоны, различающиеся морфологически, электрофизиологически, мишенями иннервации и чувствительностью к некоторым нейротоксическим агентам, например,экстази
Ацетилхолин (лат.Асеtуlchоlinum) — биогенныйамин, относящийся к веществам, образующимся в организме. Синонимы названия: acetylchlolinum chloratum, acecoline, citocholine, miochol и др.
Головной мозг заключен в надежную оболочку черепа (за исключением простых организмов). Кроме того, он покрыт оболочками (лат.meninges) из соединительной ткани — твёрдой (лат.dura mater) и мягкой (лат.pia mater), между которыми расположена сосудистая, или паутинная (лат.arachnoidea) оболочка. Между оболочками и поверхностью головного и спинного мозга расположена цереброспинальная (часто её называют спинномозговая) жидкость — ликвор (лат.liquor).Цереброспинальная жидкостьтакже содержится вжелудочках головного мозга. Избыток этой жидкости называетсягидроцефалией. Гидроцефалия бывает врождённой (чаще), встречается у новорожденных детей, и приобретённой.
Головной мозг высших позвоночныхорганизмов состоит из ряда структур: коры больших полушарий, базальных ганглиев, таламуса, мозжечка, ствола мозга. Эти структуры соединены между собой нервными волокнами (проводящие пути). Часть мозга, состоящая преимущественно из клеток, называется серым веществом, из нервных волокон — белым веществом. Белый цвет — это цветмиелина, вещества, покрывающего волокна.Демиелинизацияволокон приводит к тяжелым нарушениям в головном мозге — (рассеянный склероз).
Клетки мозга
Клетки мозга включают нейроны(клетки, генерирующие и передающие нервные импульсы) иглиальныеклетки, выполняющие важные дополнительные функции. (Можно считать, что нейроны являютсяпаренхимоймозга, а глиальные клеткистромой). Нейроны делятся навозбуждающие(то есть активирующие разряды других нейронов) итормозные(препятствующие возбуждению других нейронов).
Коммуникация между нейронами происходит посредством синаптическойпередачи. Каждый нейрон имеет длинный отросток, называемыйаксоном, по которому он передает импульсы другим нейронам. Аксон разветвляется и в месте контакта с другими нейронами образуетсинапсы— на теле нейронов идендритах(коротких отростках). Значительно реже встречаются аксо-аксональные и дендро-дендритические синапсы. Таким образом, один нейрон принимает сигналы от многих нейронов и в свою очередь посылает импульсы ко многим другим.
В большинстве синапсов передача сигнала осуществляется химическим путем — посредством нейромедиаторов. Медиаторы действуют на постсинаптические клетки, связываясь с мембраннымирецепторами, для которых они являются специфическимилигандами. Рецепторы могут быть лиганд-зависимымиионными каналами, их называют ещёионотропнымирецепторами, или могут быть связаны с системами внутриклеточныхвторичных мессенджеров(такие рецепторы называютметаботропными). Токи ионотропных рецепторов непосредственно изменяют заряд клеточной мембраны, что ведёт к её возбуждению или торможению. Примерами ионотропных рецепторов могут служить рецепторы кГАМК(тормозной, представляет собой хлоридный канал), илиглутамату(возбуждающий, натриевый канал). Примеры метаботропных рецепторов — мускариновый рецептор кацетилхолину, рецепторы кнорадреналину,эндорфинам,серотонину. Поскольку действие ионотропных рецепторов непосредственно ведёт к торможению или возбуждению, их эффекты развиваются быстрее, чем в случае метаботропных рецепторов (1—2 миллисекунды против 50 миллисекунд — нескольких минут).
Форма и размеры нейронов головного мозга очень разнообразны, в каждом его отделе разные типы клеток. Различают принципиальные нейроны, аксоны которых передают импульсы другим отделам, и интернейроны, осуществляющие коммуникацию внутри каждого отдела. Примерами принципиальных нейронов являютсяпирамидные клеткикоры больших полушарий иклетки Пуркиньемозжечка. Примерами интернейронов являютсякорзиночные клеткикоры.
Активность нейронов в некоторых отделах головного мозга может модулироваться также гормонами.
studfiles.net
Ученые обнаружили новые клетки человеческого мозга
Исследователи открыли у человека клетки головного мозга, которые никогда не были замечены у мышей или других животных, изучаемых в лабораторных условиях, - пишет sciencedaily.com со ссылкой на Nature Neuroscience.
Исследователи открыли у человека клетки головного мозга, которые никогда не были замечены у мышей или других животных, изучаемых в лабораторных условиях, - пишет sciencedaily.com со ссылкой на Nature Neuroscience.
Находка может приблизить ученых к ответу на один из самых интригующих и сложных вопросов о человеческом мозге: что отличает его от мозга других животных?
«Мы действительно не понимаем, что делает человеческий мозг особенным, - объясняет Эд Лейн из института исследований мозга Аллена. - Изучение различий на уровне клеток и связей - это хорошо для начала, и теперь у нас есть новые инструменты для этого».
В новом исследовании Лейн и его коллеги находят один из возможных ответов на этот сложный вопрос. Исследовательская группа, возглавляемая Лейном и Габором Тамасом - кандидатом наук, неврологом из Университета Сегеда в Венгрии, обнаружила новый тип клеток мозга человека, который никогда не был замечен у мышей и других изучаемых в лаборатории животных.
Тамас и аспирант Университета Сегеда Эстер Болдог назвали эти новые клетки «нейронами шиповника». Им показалось, что плотный пучок, который образует аксоны каждой клетки мозга вокруг центра клетки, выглядит как роза после того, как ее лепестки опали. Недавно обнаруженные клетки относятся к классу нейронов, известных как ингибирующие нейроны, которые тормозят активность других нейронов в головном мозге.
Исследование не доказало, что эти клетки мозга существуют исключительно у людей. Но тот факт, что открытый нейрон не встречался у грызунов, интригует, и это автоматически добавляет клетки в очень короткий список специализированных нейронов, которые могут существовать только у людей или приматов.
Ученые пока не понимают функции нейронов в человеческом мозге, но их отсутствие у мышей показывает, насколько трудно моделировать заболевания мозга человека у лабораторных животных. Дальше ученые хотят обнаружить «нейроны шиповника» у умерших людей с нейропсихиатрическими расстройствами, чтобы определить, изменяются ли эти специализированные клетки при заболеваниях человека.
Конвергенция методов
В своем исследовании ученые использовали образцы тканей мозга двух мужчин, которые умерли в возрасте 50 лет. Они сконцентрировалась на участках верхнего слоя коры головного мозга, которая отвечает за человеческое сознание и многие другие функции, которые мы считаем уникальными для нашего вида. По сравнению с размером тела человека, этот участок мозга у него гораздо больше, чем у других животных.
«Это самая сложная часть мозга и даже считается самой сложной структурой в природе», - сказал Лейн.
Исследовательская лаборатория Тамаса в Венгрии изучает мозг человека, используя классический подход к нейронауке, проводя детальные исследования форм клеток и их электрических свойств. В Институте Аллена Лейн возглавляет группу, которая занимается раскрытием набора генов, которые делают человеческие клетки мозга уникальными для каждого человека и отличными от клеток мозга мышей.
Несколько лет назад Тамас посетил Институт Аллена, чтобы представить свои последние исследования по специализированным типам клеток человеческого мозга, и две исследовательские группы увидели, что они наткнулись на одну и ту же клетку, используя абсолютно разные методы.
«Мы поняли, что мы рассматриваем один и тот же тип клеток с абсолютно разных точек зрения», - сказал Тамас. Поэтому они решили сотрудничать.
Группа Института Аллена, в сотрудничестве с исследователями из Института Дж. Крейга Вентера, обнаружила, что нейроны «шиповника» включают уникальный набор генов, не встречающийся ни в одном из типов клеток головного мозга мыши, которые они изучали. Исследователи Университета Сегеда увидели, что нейроны «шиповника» образуют синапсы с другим типом нейронов в другой части коры человека, известном как пирамидальные нейроны.
Это одно из первых исследований коры головного мозга человека, объединяющих столь различные методы для изучения типов клеток, - сказала Ребекка Ходж - старший научный сотрудник Института исследований мозга Аллена и автор исследования.
«В одиночку эти методы являются мощными, но они не дают вам полную картину того, что может делать клетка, - сказала Ходж. - Вместе они демонстрируют вам дополнительные вещи о клетке, которые потенциально могут рассказать, как она функционирует в мозге».
Функции новых нейронов
Точная функция новых нейронов пока остается загадкой. Вероятно, они составляют всего от 10% до 15% ингибирующих нейронов в верхнем слое коры, а в других частях их должно быть еще меньше. Наличие точек соприкосновения с другими нейронами предполагает, что в сильном положении нейроны «шиповника» могут подавлять другие входящие, возбуждающие сигналы, благодаря которым сложные цепи нейронов активизируют друг друга по всему мозгу. Исследователи теперь планируют изучить, как нейроны «шиповника» организованы в этих более крупных схемах, и выяснить, может ли их дисфункция играть роль в нейропсихиатрических болезнях.
[Фото: sciencedaily.com, ptsdchat.org]
scientificrussia.ru
Строение головного мозга человека: отделы, оболочки, функции
Центральная нервная система – это та часть организма отвечающая за наше восприятие внешнего мира и себя самих. Она регулирует работу всего тела и, по сути, является физическим субстратом того, что мы называем «Я». Главный орган этой системы — головной мозг. Разберем, как устроены отделы головного мозга.
Функции и строение головного мозга человека
Этот орган преимущественно состоит из клеток под названием нейроны. Эти нервные клетки продуцируют электрические импульсы, благодаря которым работает нервная система.
Работу нейронов обеспечивают клетки под названием нейроглии – они составляют почти половину от общего количества клеток ЦНС.
Нейроны, в свою очередь, состоят из тела и отростков двух типов: аксоны (передающие импульс) и дендриты (принимающие импульс). Тела нервных клеток формируют тканевую массу, которую принято называть серым веществом, а их аксоны сплетаются в нервные волокна и представляют собой белое вещество.
В ходе эволюции мозг стал одним из самых важных органов во всём организме. Занимая всего одну пятидесятую часть от общей массы тела, он потребляет пятую часть всего попадающего в кровь кислорода.
Для его защиты природа сформировала целый арсенал различных средств. Снаружи отделы мозга защищает черепная коробка, под которой располагаются ещё три оболочки головного мозга:- Твёрдая. Представляет собой тонкую плёнку, одной стороной примыкающую к костной ткани черепа, а другой непосредственно к коре.
- Мягкая. Состоит из рыхлой ткани и плотно обволакивает поверхность полушарий, заходя во все щели и борозды. Её функция – это кровоснабжение органа.
- Паутинная. Располагается между первой и второй оболочками и осуществляет обмен ликвора (спинномозговой жидкости). Ликвор – природный амортизатор, защищающий мозг от повреждений при движении.
Далее рассмотрим подробнее, как устроен мозг человека. По морфо-функциональным характеристикам головной мозг также делится на три части. Самый нижний отдел называется ромбовидный. Там, где начинается ромбовидная часть, заканчивается спинной мозг – он переходит в продолговатый и задний (Варолиев мост и мозжечок).
Далее следует средний мозг, объединяющий нижние части с основным нервным центром – передним отделом. Последний включает конечный (большие полушария) и промежуточный мозг. Ключевые функции больших полушарий головного мозга заключаются в организации высшей и низшей нервной деятельности.
Конечный мозг
Эта часть имеет наибольший объём (80%) по сравнению с остальными. Она состоит из двух больших полушарий, мозолистого тела, соединяющего их, а также обонятельного центра.
Большие полушария головного мозга, левое и правое, отвечают за формирование всех мыслительных процессов. Здесь находится наибольшая концентрация нейронов и наблюдаются наиболее сложные связи между ними. В глубине продольной борозды, которая делит полушария, располагается плотная концентрация белого вещества – мозолистое тело. Оно состоит из сложных сплетений нервных волокон, сплетающих различные части нервной системы.
Внутри белого вещества есть скопления нейронов, которые зовутся базальными ганглиями. Близкое расположение к «транспортной развязке» мозга позволяет этим образованиям регулировать мышечный тонус и осуществлять мгновенные рефлекторно-двигательные реакции. Кроме того, базальные ганглии отвечают за образование и работу сложных автоматических действий, частично повторяя функции мозжечка.
Кора головного мозга
Этот небольшой поверхностный слой серого вещества (до 4,5 мм) является самым молодым образованием в центральной нервной системе. Именно кора больших полушарий отвечает за работу высшей нервной деятельности человека.
Исследования позволили определить, какие области коры образовались в ходе эволюционного развития относительно недавно, а какие присутствовали ещё у наших доисторических предков:
- неокортекс – новая наружная часть коры, являющаяся основной её частью;
- архикортекс – более старое образование, отвечающее за инстинктивное поведение и эмоции человека;
- палеокортекс – наиболее древняя область, занимающаяся контролем над вегетативными функциями. Помимо этого, она помогает поддерживать внутреннее физиологическое равновесие организма.
Несмотря на, казалось бы, небольшой объём, кора больших полушарий имеет площадь около четырёх квадратных метров.
Это возможно благодаря извилинам и бороздам, которые кроме этого ещё и делят полушария на доли, каждая из которых имеет различные функции:Лобные доли
Самые крупные доли больших полушарий, отвечающие за сложные двигательные функции. В лобных долях мозга происходит планирование произвольных движений, также здесь расположены речевые центры. Именно в этой части коры осуществляется волевой контроль поведения. В случае повреждения лобных долей человек теряет власть над своими поступками, ведёт себя антисоциально и просто неадекватно.
Затылочные доли
Тесно связаны со зрительной функцией, отвечают за переработку и восприятие оптической информации. То есть превращают весь набор тех световых сигналов, что поступают на сетчатку глаза, в осмысленные зрительные образы.
Теменные доли
Проводят пространственный анализ и занимаются обработкой большинства ощущений (осязание, боль, «мышечное чувство»). Кроме того, способствует анализу и объединению различной информации в структурированные фрагменты – способность ощутить собственное тело и его стороны, умение читать, считать и писать.
Височные доли
В этом отделе происходит анализ и переработка аудио информации, что обеспечивает функцию слуха, восприятие звуков. Височные доли участвуют в распознавании лиц разных людей, а также мимических выражений, эмоций. Здесь информация структурируется для постоянного хранения, и таким образом реализуется долговременная память.
Кроме того, височные доли содержат речевые центры, повреждение которых приводит к неспособности воспринимать устную речь.
Островковая доля
Считается ответственной за формирование в человеке сознания. В моменты сопереживания, эмпатии, прослушивания музыки и звуков смеха и плача, наблюдается активная работа островковой доли. Здесь же проходит обработка ощущений отвращения к грязи и неприятным запахам, включая воображаемые стимулы.
Промежуточный мозг
Промежуточный мозг служит своего рода фильтром для нейронных сигналов – принимает всю поступающую информацию и решает, куда какая должна попасть. Состоит из нижней и задней части (таламус и эпиталамус). В этом отделе также реализуется эндокринная функция, т.е. гормональный обмен.
Нижняя часть состоит из гипоталамуса. Этот небольшой плотный пучок нейронов оказывает колоссальное воздействие на весь организм. Помимо регуляции температуры тела, гипоталамус управляет циклами сна и бодрствования. Он также выделяет гормоны, которые отвечают за ощущения голода и жажды. Будучи центром удовольствия, гипоталамус регулирует сексуальное поведение.
Он также напрямую связан с гипофизом и переводит нервную деятельность в эндокринную. Функции гипофиза в свою очередь заключаются в регуляции работы всех желез организма. Электрические сигналы идут от гипоталамуса в гипофиз головного мозга, «приказывая» выработку каких гормонов стоит начать, а каких прекратить.
Промежуточный мозг также включает:
- Таламус – именно эта часть выполняет функции «фильтра». Здесь сигналы, поступающие от зрительных, слуховых, вкусовых и тактильных рецепторов проходят первичную обработку и распределяются по соответствующим отделам.
- Эпиталамус – вырабатывает гормон мелатонин, который регулирует циклы бодрствования, участвует в процессе полового созревания, осуществляет контроль эмоций.
Средний мозг
В первую очередь регулирует слуховую и зрительную рефлекторную деятельность (сужение зрачка при ярком свете, поворот головы на источник громкого звука и т.п.). После обработки в таламусе информация идёт в средний мозг.
Здесь происходит её дальнейшая обработка и начинается процесс восприятия, формирования осмысленного звукового и оптического образа. В этом отделе синхронизируется движение глаз и обеспечивается работа бинокулярного зрения.
Средний мозг включает ножки и четверохолмие (два слуховых и два зрительных бугра). Внутри находится полость среднего мозга, объединяющая желудочки.
Продолговатый мозг
Это древнее образование нервной системы. Функции продолговатого мозга заключаются в обеспечении дыхания и сердцебиения. Если повредить этот участок, то человек умирает – кислород перестаёт поступать в кровь, которую больше не перекачивает сердце. В нейронах этого отдела начинаются такие защитные рефлексы как: чихание, моргание, кашель и рвота.
Строение продолговатого мозга напоминает вытянутую луковицу. Внутри неё содержатся ядра серого вещества: ретикулярная формация, ядра нескольких черепных нервов, а также нейронные узлы. Пирамида продолговатого мозга, состоящая из пирамидальных нервных клеток, выполняет проводящую функцию, объединяя кору полушарий и спинной отдел.
Важнейшие центры продолговатого мозга:
- регуляции дыхания
- регуляции кровообращения
- регуляции ряда функций пищеварительной системы
Задний мозг: мост и мозжечок
Строение заднего мозга включает в себя Варолиев мост и мозжечок. Функция моста весьма схожа с его названием, так как состоит он преимущественно из нервных волокон. Мост головного мозга – это, по сути, «шоссе» через которое проходят сигналы, идущие от тела в головной мозг, и импульсы, направляющиеся от нервного центра в тело. По восходящим путям мост мозга переходит в средний мозг.
Мозжечок же имеет куда более широкий спектр возможностей. Функции мозжечка – это координация движений тела и поддержание равновесия. Более того, мозжечок не только регулирует сложные движения, но и способствует адаптации двигательного аппарата при различных нарушениях.
К примеру, эксперименты с использованием инвертоскопа (специальные очки, переворачивающие изображение окружающего мира), показали, что именно функции мозжечка ответственны за то, что при долгом ношении прибора человек не просто начинает ориентироваться в пространстве, но и видит мир правильно.
Анатомически мозжечок повторяет строение больших полушарий. Снаружи покрыт слоем серого вещества, под которым находится скопление белого.
Лимбическая система
Лимбической системой (от латинского слова limbus – край) называют совокупность образований, опоясывающих верхнюю часть ствола. Система включает в себя обонятельные центры, гипоталамус, гиппокамп и ретикулярную формацию.
Основные функции лимбической системы – это адаптация организма к изменениям и регуляция эмоций. Это образование способствует созданию устойчивых воспоминаний, благодаря ассоциациям между памятью и чувственными переживаниями. Тесная связь между обонятельным трактом и эмоциональными центрами приводит к тому, что запахи вызывают у нас такие сильные и чёткие воспоминания.
Если перечислить списком основные функции лимбической системы, то она отвечает за следующие процессы:
- Обоняние
- Коммуникация
- Память: кратковременную и долгосрочную
- Спокойный сон
- Работоспособность отделов и органов
- Эмоции и мотивационная составляющая
- Интеллектуальная деятельность
- Эндокринные и вегетативные
- Частично участвует в формировании пищевого и полового инстинкта
mozgportal.ru
Нейроны и Активные клетки мозга
Что такое нейроны? Это клетки, ответственные за функции нервной системы. В нашем мозге миллионы нейронов, по подсчётам, в момент рождения их около 80 миллионов. С возрастом количество нейронов уменьшается: к 80 годам утрачивается 30% нейронов. В течение дня мы постоянно теряем и регенерируем нейроны.Посредством регенерации нейронов образуются новые связи, в результате чего происходит процесс, называемый нейрогенез, с помощью которого на протяжении всей человеческой жизни рождаются новые нейроны.
Мы ежедневно выполняем различные действия, которые провоцируют нейронное нарушение, и как результат, когнитивное нарушение. Если человек пьёт, курит, не доедает или не высыпается, напряжён или испытывает стресс, то он преждевременно теряет нейроны. В CogniFit мы хотим помочь вам регенировать нейроны и создать новые связи с помощью тренировки когнитивных способностей.
Уверены, вам знакомо выражение 'используй - или потеряешь'. Упражнения нужны как для нашего тела, так и для нейронов мозга. Ниже перечислим причины того, почему необходимо поддерживать клетки мозга активными:
- Активные клетки мозга получают больше крови, чем пассивные.
Учёные знают, что активным областям мозга нужно больше энергии, поэтому они потребляют больше кислорода и глюкозы. В связи с чем, чтобы удовлетворить потребности активных нейронов, в эти области направляется больше крови. Как только мозг активируется, кровь отправляется к работающим мозговым клеткам, поставляя им ценный кислород. Снимки магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга используются для изучения мозгового кровообращения. Изучение этих снимков показало, что наши мозговые клетки, также известные как нейроны, очень зависимы от поставок кислорода. Таким образом, чем активнее мозг, тем более активны нейроны, и тем больше кислорода они получают. И наоборот, неактивная мозговая клетка получает меньший приток крови и в конце концов погибает.
- Активные клетки мозга имеют связи с другими клетками мозга.
Каждая клетка мозга связывается с другими при помощи быстрых электрических импульсов. Активные клетки мозга вырабатывают дендриты. Можно сказать, что это маленькие ручки, которые связываются с другими клетками. Одна клетка может иметь до 30.000 связей, в результате чего она становится частью очень активной нейронной сети. Когда активируется один из нейронов, импульс проходит через всю сеть, активируя остальные клетки мозга. Чем больше нейронная сеть, к которой принадлежит клетка, тем выше возможность её активации и выживания.
- Активные клетки мозга вырабатывают больше "поддерживающих" веществ.
Фактор Роста Нервов (NGF) — это протеин, который вырабатывается в теле в клетках-мишенях. Этот белок соединяется с нейронами, тем самым делая их активными, дифференцированными и рецепторными. Активные клетки мозга улучшают выработку NGF, что, в свою очередь, защищает их от того, чтобы они не были классифицированы как неактивные. Таким образом, чем больше мозг активен и натренирован, тем больше NGF вырабатывается.
- Активные клетки мозга стимулируют перемещение полезных стволовых клеток мозга.
Новые исследования показывают, что новые клетки мозга генерируются в новой специфической области мозга, в гиппокампе. Эти клетки мозга могут перемещаться в те области мозга, где они необходимы, например, после травмы головы. Эти мигрирующие клетки могут имитировать действия прилегающих к ним клеток, способствуя частичному восстановлению активности поражённой зоны. Так что для восстановления после полученной травмы или когнитивного нарушения очень важно и полезно стимулировать и тренировать соответствующие области мозга.
Структура нейрона
Нейрон представляет собой структуру, основными частями которой являются ядро, клеточное тело и дендриты. Между клетками имеется огромное количество связей благодаря аксонам, то есть небольшим разветвлениям. Аксоны помогают нам производить связи, функция которых заключается в трансмиссии сообщений от нейрона к нейрону. Этот процесс называется синапс, что означает соеденение аксонов посредством электрических зарядов со скоростью 0,001 секунды, это может происходить 500 раз за секунду.
Это центральная чать нейрона, находится в клеточном теле и отвечает за выработку энергии для функционирования нейрона.
Дендриты — это "зубы нейрона". Они формируют маленькие удлинённые отростки, происходящие из различных частей сомы нейронов, то есть, из клеточного тела. Обычно существует многожество разветвлений дендрита, размер которых зависит от функции нейрона и его местонахождения.
3. Клеточное тело
Эта часть включает в себя ядро. В этой зоне воспроизводятся молекулы и выполняются действия, необходимые для поддержания жизни нейронов и ухода за функциями нервных клеток.
4. Шванновские Клетки
Шванновские клетки являются клетками периферической нервной системы, которые поддерживают нейрон в течение всего периода его развития. Они покрывают аксоны нейрона и действуют в качестве изолированной оболочки.
5. Миелиновая оболочка
Миелиновая оболочка — это материал, сформированный из протеинов и жидкостей. Она находится в нервной системе нейрона, покрыта нейронными аксонами вокруг толстого слоя с изоляционным эффектом и может передавать нервные импульсы. Это вещество вырабатывается Шванновскими клетками.
6. Терминаль аксонов
Терминаль аксонов находится в конце нейрона, разделённого на части, функциями которых является связь с другими нейронами, благодаря чему формируется синапс. В терминалях накапливаются нейротрансмиттеры, в так называемых пузырях.
7. Перехваты Ранвье
Перехваты Ранвье — это промежуток или пространство между миелиновыми оболочками аксона. Пространство между миелиновыми оболочками необходимо для передачи импульсов и их правильного направления. Основная функция Перехватов Ранвье заключается в генерировании и усилении нервных импульсов.
Аксон — это другая основная часть нейрона. Аксон является тонким нервным волокном, ответственным за передачу электрических сигналов между нейронами. Как было изложено выше, аксоны имеют нервные окончания, которые заканчиваются в терминали аксонов. В свою очередь, аксоны центральной нервной системы окружены миелиновой оболочкой.
www.cognifit.com
Что такое ГОЛОВНОЙ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА: КЛЕТКИ МОЗГА - Энциклопедия Кольера - Словари
www.slovopedia.com
