Трехмерная карта мозга. Отделы мозга и их функции: строение, особенности и описание

Головной мозг - главнейший регулятор функций любого живого организма, один из элементов До сих пор ученые медики изучают особенности мозга и открывают все новые невероятные его возможности. Это очень сложный орган, который связывает наш организм с внешней средой. Отделы мозга и их функции регулируют все жизненные процессы. Внешние рецепторы ловят сигналы и информируют о поступивших раздражителях (световых, звуковых, тактильных и многих других) какой-либо отдел мозга. Ответная реакция наступает мгновенно. Как работает наш головной «процессор», разберемся подробнее.

Общее описание мозга

Отделы мозга и их функции полностью руководят нашими жизненными процессами. Состоит человеческий мозг из 25 миллиардов нейронов. Это невероятное количество клеток образует серое вещество. Мозг покрывает несколько оболочек:

• мягкая;
• твердая;
• паутинная (здесь циркулирует ликвор).

Ликвор - это спинномозговая жидкость, в головном мозге играет роль амортизатора, защитника от любой ударной силы.

Как у мужчин, так и у женщин мозг развит абсолютно одинаково, хотя вес его разный. Совсем недавно улеглись споры о том, что вес мозга играет какую-то роль в умственном развитии и интеллектуальных способностях. Вывод однозначный - это не так. Вес мозга составляет примерно 2 % от общей массы человека. У мужчин вес его в среднем 1 370 г, а у женщин - 1 240 г. Функции отделов головного мозга человека развиты стандартно, от них зависит жизнедеятельность. Умственные способности зависят от созданных в мозге количественных связей. Каждая клетка мозга - нейрон, который генерирует и передает импульсы.

Полости внутри мозга называются желудочками. В разные отделы уходят черепно-мозговые парные нервы.

Функции отделов головного мозга (таблица)

Каждый отдел в мозге выполняет свою работу. Таблица, представленная ниже, это наглядно демонстрирует. Мозг, словно компьютер, четко выполняет свои задачи, получая команды из внешнего мира.

Функции отделов головного мозга, таблица раскрывает схематично и емко.

Ниже рассмотрим отделы мозга более подробно.

Строение

На картинке показано, как устроен головной мозг. Самую значительную часть занимают несмотря на это, все отделы мозга и их функции играют огромную роль в работе организма. Выделяется пять главнейших отделов:

• конечный (от общей массы составляет 80 %);
• задний (мост и мозжечок);
• промежуточный;
• продолговатый;
• средний.

В то же время разделяется головной мозг на три основные части: ствол мозга, мозжечок, два больших полушария.

Конечный мозг

Невозможно кратко описать строение мозга. Чтобы понять отделы мозга и их функции, необходимо плотно изучить их структуру.

Конечный мозг тянется от лобной до затылочной кости. Здесь рассматривается два больших полушария: левое и правое. От других этот отдел отличается наибольшим числом борозд и извилин. Развитие и строение мозга тесно завязаны между собой. Специалистами выделено три вида коры:

• древняя (с обонятельным бугорком, передним продырявленным веществом, полулунной подмозолистой и боковой подмозолистой извилиной);
• старая (с зубчатой извилиной - фасцией и гиппокамбом);
• новая (представляет всю оставшуюся часть коры).

Полушария разделяются продольной бороздой, в ее глубине располагается свод и мозолистое тело, которые соединяют полушария. Само мозолистое тело выстлано и относится к новой коре. Строение полушарий достаточно сложное и напоминает многоуровневую систему. Здесь различаются лобная, височная, теменная и затылочная доли, подкорка и кора. Большими полушариями выполняется огромное количество функций. Стоит отметить, что левое полушарие командует правой частью тела, а правое наоборот - левой.

Кора

Поверхностный слой головного мозга - это кора, толщину она имеет 3 мм, покрывает полушария. Структура состоит из вертикальных нервных клеток, имеющих отростки. В коре содержатся также эфферентные и афферентные нервные волокна, а также нейроглии. Отделы головного мозга и их функции рассмотрены в таблице, а что представляет собой кора? Ее сложнейшая структура имеет горизонтальную слоистость. В строении имеется шесть слоев:

• наружный пирамидальный;
• наружный зернистый;
• внутренний зернистый;
• молекулярный;
• внутренний пирамидальный;
• с веретеновидными клетками.

Каждый имеет разную ширину, плотность, форму нейронов. Вертикальные пучки нервных волокон придают коре вертикальную исчерченность. Площадь коры составляет примерно 2 200 квадратных сантиметров, количество нейронов достигает здесь десяти миллиардов.

Отделы головного мозга и их функции: кора

Кора руководит несколькими специфическими функциями организма. Каждая доля отвечает за свои параметры. Рассмотрим функции, привязанные к отелам подробнее:

• височная - управляет обонянием и слухом;
• теменная - отвечает за вкус и осязание;
• затылочная - зрение;
• лобная - сложное мышление, движение и речь.

Каждый нейрон контактирует с другими нейронами, имеется до десяти тысяч контактов (серое вещество). Нервные волокна - это белое вещество. Некая часть объединяет полушария мозга. Белое вещество включает в себя три вида волокон:

• ассоциационные связывают в одном полушарии различные корковые участки;
• комиссуральные соединяют полушария между собой;
• проекционные осуществляют связь с нижними образованиями, имеют пути анализаторов.

Рассматривая строение и функции отделов головного мозга, необходимо подчеркнуть роль серого и Полушария внутри имеют (серое вещество), основной функцией их является передача информации. Между мозговой коркой и базальными ядрами расположено белое вещество. Здесь различается четыре части:

• между бороздами в извилинах;
• в наружных местах полушарий;
• включенные во внутреннюю капсулу;
• расположенные в мозолистом теле.

Находящееся здесь белое вещество образуется нервными волокнами и связывает кору извилин с нижележащими отделами. образуют подкорку мозга.

Конечный мозг - руководит всеми жизненно важными функциями организма, а также интеллектуальными способностями человека.

Промежуточный мозг

Отделы мозга и их функции (таблица представлена выше) включают в себя промежуточный мозг. Если смотреть подробнее, то стоит сказать, что состоит он из вентральной и дорсальной частей. К вентральной относится гипоталамус, к дорсальной - таламус, метаталамус, а также эпиталамус.

Таламус является посредником, который полученные раздражения направляет в полушария. Часто он именуется «зрительным бугром». Он помогает организму быстро приспосабливаться к изменениям во внешней среде. Соединен таламус с мозжечком с помощью лимбической системы.

Гипоталамус руководит вегетативными функциями. Влияние идет через нервную систему, и, конечно же, железы внутренней секреции. Регулирует работу эндокринных желез, контролирует обмен веществ. Гипофиз расположен прямо под ним. Регулируется температура тела, сердечнососудистая и пищеварительная система. Также гипоталамус руководит нашим пищевым и питьевым поведением, регулирует бодрствование и сон.

Задний

Задний мозг включает в себя расположенный спереди мост и мозжечок, который находится позади. Изучая строение и функции отделов мозга, подробнее рассмотрим строение моста: дорсальная поверхность перекрывается мозжечком, вентральная представлена волокнистым строением. Волокна направлены в этом отделе поперечно. По каждой стороне моста они отходят к мозжечковой средней ножке. С виду мост напоминает утолщенный белый валик, расположенный над продолговатым мозгом. Корешки нервов выходят в бульбарно-мостовую борозду.

Строение заднего моста: на фронтальном разрезе видно, что состоит отдел передней (большой вентральной) и задней (малой дорсальной) части. Между ними границей служит трапециевидное тело, поперечные толстые волокна которого причисляют к слуховому пути. Проводниковая функция полностью зависит от заднего мозга.

Мозжечок (малый мозг)

Таблица «Отдел мозга, строение, функции» указывает на то, что мозжечок ответственен за координацию и движение тела. Расположен этот отдел сзади моста. Часто мозжечок именуют «малым мозгом». Он занимает заднюю черепную ямку, прикрывает ромбовидную. Масса мозжечка составляет от 130 до 160 г. Сверху расположены большие полушария, которые отделяются поперечной щелью. Нижней частью мозжечок прилежит к продолговатому мозгу.

Здесь различается два полушария, нижняя, верхняя поверхность и червь. Границу между ними называют горизонтальной глубокой щелью. Множество щелей изрезают поверхность мозжечка, между ними располагаются тонкие извилины (валики). Между бороздками находятся группы извилин, разделенные на дольки, они представляют доли мозжечка (заднюю, клочково-узелковую, переднюю).

Мозжечок содержит как серое, так и белое вещество. Серое размещено на периферии, образует кору с молекулярными и грушевидными нейронами, и зернистым слоем. Под корой имеется белое вещество, которое проникает в извилины. В белом веществе имеются вкрапления серого (его ядер). В разрезе такое соотношение похоже на дерево. Те, кто знает строение головного мозга человека, функции его отделов, с легкостью ответит, что мозжечок - регулятор координации движений нашего организма.

Средний мозг

Средний мозг находится в области переднего отдела моста и идет до сосочковых тел, а также к зрительным трактам. Здесь выделены скопления ядер, которые именуются буграми четверохолмия. Строение и функции отделов головного мозга (таблица) указывают на то, что отдел этот ответственен за скрытое зрение, ориентировочный рефлекс, дает ориентацию рефлексам на зрительные и звуковые раздражители, а также поддерживает тонус мышц человеческого организма.

Продолговатый мозг: стволовая часть

Продолговатый мозг - это естественное продолжение спинного мозга. Именно поэтому в строении имеется много общего. Особенно ясно это становится, если детально рассмотреть белое вещество. Представляют его короткие и длинные нервные волокна. В виде ядер здесь представлено серое вещество. Отделы мозга и их функции (таблица представлена выше) указывает, что продолговатый мозг руководит нашим равновесием, координацией, регулирует обмен веществ, руководит дыханием и кровообращением. Также отвечает за такие важные рефлексы нашего организма, как чихание и кашель, рвота.

Стволовая часть головного мозга подразделяется на задний и средний мозг. Стволом называют средний, продолговатый, мост и промежуточный мозг. Строение его - нисходящие и восходящие пути, связывающие ствол со спинным и головным мозгом. В этой части ведется контроль за сердцебиением, дыханием, членораздельной речью.

Многие познания, которые мы приобретаем с изучением окружающего мира, не смогут сравниться в степени сложности с человеческим мозгом. Тысячи учёных занимаются изучением головного мозга, являя миру много интересных фактов и открытий. Если ваша деятельность связана с нейрофизиологией или каким-либо образом пересекается с изучением человеческого мозга, то вам открылась возможность для знакомства с трехмерной картой человеческого мозга.

Карта была создана канадскими и немецкими учеными, работавшими в рамках проекта Big Brain («Большой мозг»). Результаты их работы, продолжавшейся почти 10 лет, опубликованы в свежем выпуске журнала Science.

Для того чтобы начать работать с 3D картой мозга – необходимо зарегистрировать аккаунт на сайте проекта BigBrain LORIS Database .

«Наша карта подобна картам Google Earth, вы можете разглядеть такие детали, которые было нельзя увидеть до появления этой трехмерной реконструкции », утверждает Катрин Амунтс, одна из участников проекта.

А для тех, кто только начинает свое «знакомство с мозгом», будет интересно почитать занимательные факты о мозге:
За счёт способностей своего мозга человек способен запомнить лишь 7 объектов одновременно. Это не совсем так. И вот почему: имея в своём «арсенале» сенсорную память, способную сохранять информацию до 10 секунд, краткосрочную и долгосрочную память (эти формы памяти можно сравнить с компьютерной памятью, краткосрочная – это оперативная память, а долгосрочная память хранит большие объёмы информации, сравнимые с данными, хранящимися на жёстком диске), человек средних способностей запомнит до семи объектов за раз, но человеку с тренированной памятью легко запомнить девять и более предметов сразу;

Глаз человека различает синие, зелёные и красные цвета за счёт рецепторов, имеющихся в нём. Но это не значит, что информация о цвете, воспринимаемом глазом, будет воспринята мозгом. Мозг получает лишь информацию о светлой, либо тёмной формах. К примеру, жёлтый цвет вообще расположен в промежуточных частотах видимого спектра. Может быть, поэтому с помощью жёлтого цвета повышается уровень запоминания, а записи советуют вести именно этим цветом;

Подсознание в значительной мере управляет человеком. Если человек осознанно совершает лишь до 30% своих поступков, то в остальном за его действия «повинно» его подсознание. Вы думаете, что ленью управляете самостоятельно? Да её вообще не существует. Это Ваше подсознание, сопротивляясь, «провоцирует» конфликт между Вами и подсознанием, сопротивляясь намеченным Вами поступкам. Одолеть своё подсознание – задача невыполнимая;

Умственная работа помогает избежать утомления. Состав крови, текущей в системе кровообращения организма человека бывает разным. Доказано, что состав венозной крови дополнен «токсином утомления», а состав крови, снабжающей головной мозг, неизменен в течение всей жизни человека. Данный факт говорит об утомляемости, как о состоянии, возникающем вследствие эмоционального, либо психического состояния организма;

Непрерывно работая, мозг избегает риска заболевания мозга. По крайней мере, синдрому Альцгеймера постоянная мозговая активность противостоит точно. Развиваясь, в мозгу активируются процессы роста дополнительных клеток, замещающих заболевшие. Познание чего-то нового, общение с интеллектуально развитыми собеседниками являются наилучшими способами развития головного мозга;

Мозг фиксирует в сознании человеческую тень, как продолжение тела. Тень также является для мозга дополнительным источником информации, сообщающим ему о положении тела в пространстве относительно окружающих его тел;

Большое количество воды необходимо мозгу, так как 76% мозга составляет именно вода. В связи с этим, опасность потери работоспособности головного мозга подстерегает тех любителей похудения, которые бесконтрольно принимают лекарственные препараты для похудения. Принимать средства для похудения стоит только по назначению лечащего врача;

Загрузка мозга происходит не сразу, а постепенно, напоминая компьютер. Это действительно так. После пробуждения мозгу нужно некоторое время на «загрузку», тогда как физическая готовность тела в норме практически с первых мгновений, прошедших после сна. Процессы метаболизма в мозгу «запустить» лучше всего с чтения, либо решения определённой задачи. Но телевизор и радио здесь точно не помощник;

Для мозга существует разница в восприятии между женщиной и мужчиной. В том смысле, что женский голос более эмоционально произносится на высоких частотах, и понимание сути сказанного женщиной мозгу приходится «расшифровывать». Даже людям, имеющим слуховые галлюцинации, более всего «слышится» мужской голос.

Image caption Магнитно-резонансная томография позволяет получить картину активности различных участков мозга при выполнении разных задач

Ученые получили самое детальное компьютерное изображение человеческого мозга.

Целью проекта Human Connectome является исследование того, как структура мозга влияет на поведение и способности человека.

Участники проекта надеются в конечном итоге получить 1200 таких изображений, а также собрать данные о ДНК и поведении этих людей.

Эта информация доступна всем нейрофизиологам и нейрохирургам, которые интересуются загадками человеческого мозга.

Руководитель проекта профессор Дэвид Ван Эссен из Вашингтонского университета в Сент-Луисе считает, что свободный доступ к этой информации для всех ученых приведет к быстрому прогрессу в этой области.

Карта мозга

Добровольцы, которые согласились на участие в проекте, проходили томографическое сканирование мозга на протяжении четырех часов. В течение этого времени они занимаются решением ряда задач, в том числе арифметических, слушают читаемые им тексты, играют в азартные игры и производят различные движения.

Кроме того, они проходят тестирование своих умений и способностей. У них также берут пробы на ДНК.

Получаемые данные дают самую полную из известных сейчас картин внутренней структуры человеческого мозга.

Они показывают, как связаны с собой различные участки мозга, расположение нервных пучков, их толщину.

Эти данные позволяют также получить функциональную карту мозга, то есть показать, как определенные участки его активизируются при выполнении различных задач.

Это позволит ученым определить, каким образом индивидуальные различия в структуре мозга связаны с различиями в способностях - например, с музыкальностью, общительностью, склонностью к математике.

"Мы обладаем теперь множеством данных о деятельности мозга, которые раньше проходили мимо нашего внимания, - заявил профессор Ван Эссен. - Вопрос теперь стоит об интерпретации этих данных".

Мозг и болезни

Изучение функционирования здорового мозга поможет тем исследователям, которые занимаются различными патологиями в его работе, например, болезнями Альцгеймера и Паркинсона.

Среди тех, кто займется анализом этих данных, есть профессор психиатрии из Кембриджа Эд Барримор. Он считает, что такие психические заболевания как шизофрения, наркомания и обсессивно-компульсивное расстройство имеют корни в неправильном развитии мозга.

"Мы получим новые возможности по пониманию этих заболеваний на основе представлений о том, как развивается и функционирует нормальный мозг", - говорит психиатр.

Новые данные помогут также тем исследователям, которые занимаются проблемой старческого слабоумия, или деменции.

Это исследование рассчитано на пять лет и финансируется правительством США, выделившим на него бюджет в 40 млн долларов. Его результаты открыты для ученых всего мира.

Image caption Сканирование позволяет получить функциональную карту мозга человека

Прообразом для данного проекта стал проект по исследованию генома человека, в рамках которого данные публиковались в открытом доступе, что привело к прогрессу в области генетики.

Однако в области нейрофизиологии и возникающей на наших глазах новой научной дисциплине - нейроинформатике - прогресс был значительно медленнее из-за объемов и сложности получаемой информации.

Например, изображения, полученные при сканировании 68 добровольцев, занимают около двух терабайтов в компьютерной памяти, что эквивалентно нескольким сотням дисков формата DVD.

Поэтому в рамках проекта Human Connectome была создана специальная база данных под названием ConnectomeDB, которая облегчает обмен информацией среди ученых.

"Я убежден, что проект ускорит развитие нейроинформатики, которая позволит нам получать и анализировать данные о структуре мозга с гораздо более высокой эффективностью, чем прежде, - считает профессор Ван Эссен. - А это может привести к радикальному сдвигу в нашем понимании того, как функционирует мозг человека".

Головной мозг - это главный контролирующий орган центральной нервной системы (ЦНС), над изучением его строения и функций уже более 100 лет трудятся большое количество специалистов различных направлений, таких как психиатрия, медицина, психология и нейрофизиология. Несмотря на хорошее изучение его структуры и составляющих, остается еще много вопросов о работе и процессах, проходящих ежесекундно.

Головной мозг относится к центральной нервной системе и расположен в полости черепной коробки. Снаружи он надежно защищен костями черепа, а внутри заключен в 3 оболочки: мягкую, паутинную и твердую. Между этими оболочками циркулирует спинномозговая жидкость - ликвор, которая служит амортизатором и предотвращает сотрясение этого органа при небольших травмах.

Головной мозг человека представляет собой систему, состоящую из связанных между собой отделов, каждая часть которых отвечает за выполнение конкретных задач.

Для понимания функционирования недостаточно кратко описать головной мозг, поэтому, чтобы понять как он работает, для начала нужно детально изучить его строение.

За что отвечает головной мозг

Этот орган, как и спинной мозг, относятся к центральной нервной системе и исполняет роль посредника между окружающей средой и организмом человека. С его помощью осуществляется самоконтроль, воспроизведение и запоминание информации, образное и ассоциативное мышление, и другие когнитивные психологические процессы.

Согласно учению академика Павлова, образование мысли - функция мозга, а именно коры больших полушарий, которые является высшими органами нервной деятельности. За разные виды памяти отвечают мозжечок, лимбическая система и некоторые участки коры головного мозга, но так как память бывает разной, невозможно выделить какой-то определенный участок, отвечающий за эту функцию.

Он отвечает за управление вегетативных жизненно важных функций организма: дыхание, пищеварение, эндокринная и выделительная системы, контроль температуры тела.

Чтобы ответить на вопрос какую функцию выполняет головной мозг, для начала следует условно поделить его на участки.

Специалисты выделяют 3 основные части головного мозга: передний, средний и ромбовидный (задний) отдел.

1. Передний выполняет высшие психиатрические функции, такие как способность к познанию, эмоциональная составляющая характера человека, его темперамент и сложные рефлекторные процессы.
2. Средний отвечает за сенсорные функции и обработку поступившей информации от органов слуха, зрения и осязания. Центры, находящиеся в нем, способны регулировать степень болевых ощущений, так как серое вещество при определенных условиях, способно вырабатывать эндогенные опиаты, которые повышают или понижают болевой порог. Также он играет роль проводника между корой и нижележащими отделами. Эта часть управляет телом посредством различных врожденных рефлексов.
3. Ромбовидный или задний отдел, отвечает за тонус мышц, координацию тела в пространстве. Через него осуществляется целенаправленное движение различных групп мышц.

Устройство головного мозга нельзя просто кратко описать, поскольку каждая из его частей включает несколько отделов, каждый из которых выполняет определенные функции.

Как выглядит мозг человека

Анатомия головного мозга сравнительно молодая наука, так как длительное время находилась под запретом из-за законов, запрещающих вскрытие и исследование органов и головы человека.

Изучение топографической анатомии мозгового отдела в области головы, нужно для точной диагностики и успешной терапии различных топографических анатомических нарушений, например: травм черепа, сосудистых и онкологических заболеваний. Чтобы представить, как выглядит ГМ человека, для начала необходимо изучить их внешний вид.

По внешнему виду ГМ представляет собой студенистую массу желтоватого цвета, заключенную в защитную оболочку, как и все органы человеческого тела, они состоят на 80% из воды.

Большие полушария занимают практически объем этого органа. Они покрыты серым веществом или корой - высшим органом нервно психической деятельности человека, а внутри - из белого вещества, состоящего из отростков нервных окончаний. Поверхность полушарий имеет сложный рисунок, из-за идущих в разные стороны извилин и валиков между ними. По этим извилинам принято делить их на несколько отделов. Известно, что каждая из частей выполняет определенные задачи.

Для того чтобы понять, как выглядят мозги человека, недостаточно исследовать их внешний вид. Существует несколько методик изучения, которые помогают изучить головной мозг изнутри в разрезе.

• Сагиттальный разрез. Представляет собой продольный разрез, который проходит через центр головы человека и делит его на 2 части. Является наиболее информативным методом исследования, с его помощью диагностируют различные заболевания этого органа.
• Фронтальный разрез головного мозга выглядит как поперечный разрез больших долей и позволяет рассмотреть свод, гиппокамп и мозолистое тело, а также гипоталамус и таламус, контролирующие жизненно важные функции организма.
• Горизонтальный разрез. Позволяет рассмотреть строение этого органа в горизонтальной плоскости.

Анатомия мозга, также как анатомия головы и шеи человека, достаточно трудный объект для изучения по ряду причин, в том числе из-за того, что для их описания требуется изучить большое количество материала и иметь хорошую клиническую подготовку.

Как устроен мозг человека

Ученые всего мира изучают головной мозг, его строение и функции, которые он выполняет. За последние несколько лет сделано много важных открытий, однако, эта часть тела остается изученной не до конца. Это явление объясняется сложностью изучения строения и функций головного мозга отдельно от черепной коробки.

В свою очередь, строение структур мозга обуславливает функции которые выполняют его отделы.

Известно, что этот орган состоит из нервных клеток (нейронов), соединенных между собой пучками нитевидных отростков, но как происходит одномоментно их взаимодействие в качестве единой системы непонятно до сих пор.

Исследовать отделы и оболочки поможет схема строения головного мозга, основанная на изучении сагиттального разреза черепной коробки. На этом рисунке можно рассмотреть кору, медиальную поверхность больших полушарий, структуру ствола, мозжечка и мозолистого тела, которое состоит из валика, ствола, колена и клюва.

ГМ надежно защищен снаружи костями черепа, а внутри 3 мозговыми оболочками: твердой паутинной и мягкой. Каждая из них имеет собственное устройство и выполняет определенные задачи.

• Глубокая мягкая оболочка охватывает и спинной, и головной мозг, при этом заходит во все щели и борозды больших полушарий, а в ее толще находятся кровеносные сосуды, питающие этот орган.
• Паутинная оболочка отделена от первой подпаутинным пространством, заполненным ликвором (цереброспинальная жидкость), в нем также расположены кровеносные сосуды. Эта оболочка состоит из соединительной ткани, от которой отходят нитевидные ветвистые отростки (тяжи), они вплетаются в мягкую оболочку и с возрастом их количество увеличивается, тем самым упрочняя связь. Между ними. Ворсинистые выросты паутинной оболочки выпячиваются в просвет синусов твердой мозговой оболочки.
• Твердая оболочка или пахименинкс, состоит соединительно-тканного вещества и имеет 2 поверхности: верхнюю, насыщенную кровеносными сосудами и внутреннюю, которая гладкая и блестящая. Этой стороной пахименинкс прилегает к мозговому веществу, а внешней – черепной коробке. Между твердой и паутинной оболочкой существует узкое пространство, заполненное незначительным количеством жидкости.

В мозгах здорового человека циркулирует около 20% всего объема крови, которая поступает через задние мозговые артерии.

Мозг визуально можно разделить на 3 основные части: 2 большие полушария, ствол и мозжечок.

Серое вещество образует кору и покрывает поверхность больших полушарий, а его небольшое количество в виде ядер находится в продолговатом мозге.

Во всех мозговых отделах есть желудочки, в полости которых перемещается ликвор, который образуется в них. При этом жидкость из 4 желудочка попадает в подпаутинное пространство и омывает его.

Развитие мозга начинается еще во время внутриутробного нахождения плода, а окончательно он формируется к 25-летнему возрасту.

Основные отделы головного мозга

картинка кликабельна

Из чего состоит головной мозг и изучить состав мозга обычного человека можно по картинкам. Строение головного мозга человека можно рассматривать несколькими способами.

Первый делит его на составляющие, из которых состоит головной мозг:

• Конечный, представлен 2 большими полушариями, объединенных мозолистым телом;
• промежуточный;
• средний;
• продолговатый;
• задний граничит с продолговатым мозгом, от него отходит мозжечок и мост.

Также можно выделить основной состав мозга человека, а именно в него входят 3 большие структуры, которые начинают развиваться еще во время эмбрионального развития:

1. ромбовидный;
2. средний;
3. передний мозг.

В некоторых учебных пособиях кору головного мозга принято делить на отделы, так, чтобы каждый из них играла определенную роль в высшей нервной системе. Соответственно выделяют следующие отделы переднего мозга: лобную, височную, теменную и затылочную зону.

Большие полушария

Для начала рассмотрим строение полушарий головного мозга.

Конечный мозг человека руководит всеми жизненно важными процессами и разделен центральной бороздой на 2 больших полушария головного мозга, покрытых снаружи корой или серым веществом, а внутри состоят из белого вещества. Между собой в глубине центральной извилины они объединены мозолистым телом, которое служит соединяющим и передающим информацию звеном между другими отделами.

Строение серого вещества сложно составное и в зависимости от участка состоит из 3 или 6 слоев клеток.

Каждая доля отвечает за выполнение определенных функций и координирует движение конечностей со своей стороны, например, правая часть обрабатывает невербальную информацию и отвечает за пространственную ориентацию, когда как левая специализируется на мыслительной деятельности.

В каждом из полушарий специалисты выделяют 4 зоны: лобную, затылочную, теменную и височную, они выполняют определенные задачи. В частности, теменная часть коры больших полушарий отвечает за зрительную функцию.

Наука, изучающая детальное строение коры больших полушарий головного мозга, называется архитектоникой.

Продолговатый мозг

Этот отдел входит в состав ствола головного мозга и служит связующим звеном спинного с мостом конечного отдела. Так как является переходным элементом, сочетает в себе черты спинного и особенности строения головного мозга. Белое вещество этого отдела представлено нервными волокнами, а серое - в виде ядер:

• Ядро оливы, является дополняющим элементом мозжечка, отвечает за равновесие;
• Ретикулярная формация связывает все органы чувств с продолговатым мозгом, частично отвечает за работу некоторых отделов нервной системы;
• Ядра нервов черепа, к ним относятся: языкоглоточный, блуждающий, добавочный, подъязычный нервы;
• Ядра дыхания и кровообращения, которые связаны с ядрами блуждающего нерва.

Такое внутреннее строение обусловлено функциями ствола головного мозга.

Он отвечает за защитные реакции организма и регулирует жизненно важные процессы, такие как сердцебиение и кровообращение, поэтому повреждение этой составляющей приводит к мгновенной смерти.

Варолиев мост

В состав головного мозга входит варолиев мост, он служит связующим звеном между корой больших полушарий, мозжечком и спинным мозгом. Состоит из нервных волокон и серого вещества, кроме того, мост служит проводником главной артерии, питающей головной мозг.

Средний мозг

Эта часть имеет сложное строение и состоит из крыши, среднемозговой части покрышки, Сильвиева водопровода и ножек. В нижней части граничит с задним отделом, а именно с варолиевым мостом и мозжечком, а вверху его расположен промежуточный мозг, соединенный с конечным.

Крыша состоит из 4 холмов, внутри которых расположены ядра, они служат центрами восприятия информации полученной от глаз и органов слуха. Таким образом, эта часть входит в зону, отвечающую за получение информации, и относится к древним структурам, составляющих строение мозга человека.

Мозжечок

Мозжечок занимает практически всю заднюю часть и повторяет основные принципы строения мозга человека, то есть состоит из 2 полушарий и непарного образования соединяющего их. Поверхность долек мозжечка покрыта серым веществом, а внутри они состоят из белого, кроме этого, серое вещество в толще полушарий образует 2 ядра. Белое вещество с помощью трех пар ножек соединяет мозжечок со стволом головного и спинного мозга.

Этот мозговой центр является ответственным за координацию и регулировку двигательной активности мышц человека. Также с его помощью осуществляется поддержание определенной позы в окружающем пространстве. Отвечает за мышечную память.

Кора

Строение коры головного мозга достаточно неплохо изучено. Так, она представляет собой сложную слоистую структуру 3-5 мм в толщину, которая покрывает белое вещество больших полушарий.

Кору образуют нейроны с пучками нитевидных отростков, афферентные и эфферентные нервные волокна, глии (обеспечивают передачу импульсов). В ней выделяют 6 слоев, разных по структуре:

1. зернистый;
2. молекулярный;
3. наружный пирамидальный;
4. внутренний зернистый;
5. внутренний пирамидальный;
6. последний слой состоит из веретено видных клеток.

Она занимает около половины объема полушарий, а ее площадь у здорового человека составляет около 2200 кв. см. Поверхность коры испещрена бороздами, в глубине которых залегает треть всей ее площади. Величина и форма борозд обоих полушарий строго индивидуальна.

Кора сформировалась сравнительно недавно, но является центром всей высшей нервной системы. Специалисты выделяют в ее составе несколько частей:

• неокортекс (новая) основная часть охватывает более 95%;
• архикортекс (старая)– около 2%;
• палеокортекс (древняя) – 0,6%;
• промежуточная кора, занимает 1,6% от всей коры.

Известно, что локализация функций в коре зависит от места расположения нервных клеток, улавливающих один из видов сигналов. Поэтому выделяют 3 основные области восприятия:

1. Сенсорная.
2. Двигательная.
3. Ассоциативная.

Последний район занимает более 70% коры, а ее центральное предназначение - согласовывать активность двух первых зон. Также она отвечает за получение и переработку данных из сенсорной зоны, и целенаправленное поведение, вызванное этой информацией.

Между корой больших полушарий и продолговатым мозгом находится подкорка или по-другому - подкорковые структуры. В ее состав входят зрительные бугры, гипоталамус, лимбическая система и другие нервные узлы.

Основные функции отделов головного мозга

Главные функции головного мозга заключаются в переработке данных полученных из окружающей среды, а также контроле движений тела человека и его мыслительной деятельности. Каждый из отделов мозга отвечает за выполнение определенных задач.

Продолговатый мозг контролирует выполнение защитных функций организма, таких как моргание, чиханье, кашель и рвота. Также он управляет другими рефлекторными жизненно важными процессами - дыхание, секреция слюны и желудочного сока, глотание.

С помощью Варолиева моста осуществляется скоординированное движение глаз и мимических морщин.

Мозжечок контролирует двигательную и координационную активность организма.

Средний мозг представлен ножкой и четверохолмием (два слуховых и два зрительных бугра). С его помощью осуществляется ориентации в пространстве, слух и четкостью зрения, отвечает за мышцы глаз. Отвечает за рефлекторный поворот головы в сторону раздражителя.

Промежуточный мозг состоит из нескольких частей:

• Таламус отвечает за формирование чувств, например, боль или вкус. Кроме того, он заведует тактильными, слуховыми, обонятельными ощущениями и ритмами жизнедеятельности человека;
• Эпиталамус состоит из эпифиза, который контролирует суточные биологические ритмы, разделяя световой день на время бодрствования и время здорового сна. Обладает способностью обнаруживать световые волны сквозь кости черепа, в зависимости от их интенсивности, вырабатывает соответствующие гормоны и контролирует обменные процессы в организме человека;
• Гипоталамус отвечает за работу сердечных мышц, нормализацию температуры тела и артериального давления. С его помощью дается сигнал на выделение стрессовых гормонов. Отвечает за чувство голода, жажды, удовольствия и сексуальности.

Задняя доля гипофиз находится в области гипоталамуса и отвечает за выработку гормонов, от которых зависит половое созревание и работа репродуктивной системы человека.

Каждое полушарие отвечает за выполнение своих особенных задач. Например, правое большое полушарие накапливает в себе данные об окружающей среде и опыт общения с ней. Контролирует движение конечностей с правой стороны.

В левом большом полушарии находится речевой центр, отвечающий за речь человека, также оно контролирует аналитическую и вычислительную деятельность, а в его коре формируется абстрактное мышление. Аналогично правой части контролирует движение конечностей со своей стороны.

Строение и функция коры головного мозга напрямую зависят друг от друга, так извилины условно делят ее на несколько частей, каждая из которых выполняет определенные операции:

• височная доля, контролирует слух и обаяние;
• затылочная часть регулирует за зрение;
• в теменной формируются осязание и вкус;
• лобные части отвечают за речь, движение и сложные мыслительные процессы.

Лимбическая система состоит из обонятельных центров и гиппокампа, который отвечает за адаптацию организма к переменам и регулировку эмоциональной составляющей организма. С ее помощью создаются устойчивые воспоминания благодаря ассоциации звуков и запахов с определенным периодом времени, в течение которого происходили чувственные потрясения.

Кроме того, она контролирует за спокойный сон, сохранение данных в краткосрочной и долгосрочной памяти, за интеллектуальную деятельность, управление эндокринной и вегетативной нервной системой, участвует в образовании инстинкта размножения.

Как работает мозг человека

Работа головного мозга человека не прекращается даже во сне, известно, что у людей, находящихся в коме тоже функционируют некоторые отделы, о чем свидетельствуют их рассказы.

Основная работа этого органа производится с помощью больших полушарий, каждое из которых отвечает за определенную способность. Замечено, что полушария неодинаковы по размеру и функциям - правая часть отвечает за визуализацию и творческое мышление обычно больше левой части, отвечающей за логику и техническое мышление.

Известно, у мужчин масса мозга больше чем у женщин, но эта особенность не влияет на умственные способности. Например, этот показатель у Эйнштейна был ниже среднего, но его теменная зона, которая отвечает за познание и создание образов, была больших размеров, что позволило ученому разработать теорию относительности.

Некоторые люди наделены сверх способностями, это тоже заслуга этого органа. Эти особенности проявляются в высокой скорости письма или чтения, фотографической памяти и других аномалий.

Так или иначе, деятельность этого органа имеет огромное значение в осознанном управлении телом человека, а присутствие коры отличает человека от других млекопитающих.

Что, по мнению ученых постоянно возникает в головном мозге человека

Специалисты, изучающие психологические возможности мозга считают, что выполнение познавательных и мыслительных функций происходит в результате биохимических токов, однако, эта теория на настоящий момент подвергается сомнению, потому что этот орган - биологический объект и принцип механического действия не позволяет познать его природу окончательно.

Головной мозг является своеобразным штурвалом всего организма, выполняя ежедневно огромное количество задач.

Анатомо-физиологические особенности строения головного мозга является предметом изучения уже много десятилетий. Известно, что этот орган занимает особое место в строении ЦНС (центральной нервной системе) человека, а его характеристики для каждого человека разные, поэтому нельзя найти 2 абсолютно одинаково мыслящих людей.

Видео

Все извилины и борозды человеческого мозга давно поименованы и описаны. В нейроанатомических атласах одинаковое серое вещество коры больших полушарий раскрашено в разные цвета. Этой цветной карте уже более ста лет. А сама идея, что психические функции локализованы в разных местах на поверхности коры мозга человека, возникла и вовсе на рубеже XVIII и XIX веков. Немецкий врач Франц Галль (1758–1828) создал так называемые френологические карты мозга, где разместил свойства психики, которые назвал «способностями души». С точки зрения современной науки поразительные карты Галля - плод умозаключений, основанных не на экспериментальных данных, а только на собственных наблюдениях. Однако над реализацией его идеи учёные бьются в течение двух столетий.

В конце XIX века немецкие физиологи нашли в коре мозга собак и кошек зону, электрическая стимуляция которой вызывала непроизвольное сокращение мышц противоположной стороны тела. Им удалось точно определить, в каких участках этой зоны представлены разные группы мышц. Позднее эту зону (её назвали моторной) описали и в человеческом мозгу, она находится спереди от центральной (роландовой) борозды, наиболее глубоко разделяющей кору полушарий в поперечном направлении. Здесь последовательно расположены представительства мышц гортани, рта, лица, руки, туловища, ноги, причём площадь участков коры вовсе не соответствует размеру частей тела. Канадский невролог Уайлдер Грейвс Пенфилд и Е. Болдри, сопоставив то и другое, нарисовали в этом месте забавного человечка - гомункулуса. У него огромный язык, губы, большие пальцы на руках, а ручки-ножки и туловище совсем маленькие. Симметричный гомункулус живёт и позади центральной борозды, только он не моторный, а сенсорный. Участки этой зоны коры мозга связаны с кожной чувствительностью различных частей тела. Моторная и сенсорная зоны тесно взаимодействуют между собой, так что обычно их рассматривают как единую сенсомоторную кору. Позднее выяснилось, что всё устроено немного сложнее: физиологи нашли ещё одно полное двигательное представительство тела меньшего размера, отвечающее за поддержание позы и некоторые другие сложные медленные движения.

Своё полномочное представительство в коре больших полушарий имеют и все органы чувств. Например, в затылочной области мозга человека находится зрительная кора, в височной доле - слуховая, обонятельное же представительство разбросано по нескольким частям мозга. В коре есть и так называемые ассоциативные поля, где происходят анализ и синтез информации, поступающей из первичных полей органов чувств. Ассоциативные поля наиболее сильно развиты у человека, особенно те из них, которые расположены в лобной доле, с ними физиологи связывают высшие проявления психики - мышление, интеллект. Ещё в середине XIX века французский учёный Поль Брока и немецкий психиатр Карл Вернике обнаружили в левом полушарии мозга человека две области, которые имеют отношение к речи При повреждении зоны Брока - в задней трети нижней лобной извилины, у больного нарушается речь, если же затронута зона Вернике - в задней трети верхней височной извилины, больной может говорить, но его речь становится бессодержательной.

Так что на сегодня физиологам немало известно о строении и функциях мозга. Но чём больше они узнают, тем больше загадок остаётся. И никто из современных исследователей не может утверждать, что знает, как работает мозг. Существующие на сегодня карты мозга по степени информативности, вероятно, можно сравнить с географическими картами средних веков, когда очертания материков лишь отдалённо напоминали реально существующие, а белые пятна по площади превышали всё остальное. «И самое главное, зная приблизительно географию, мы не имеем представления, что происходит в разных «странах». Чем они занимаются, как живут«, - комментирует директор Института мозга человека РАН член-корреспондент РАН Святослав Всеволодович Медведев.

Задача убрать белые пятна с карты мозга и увеличить её разрешение гораздо более сложна, чем заполнение белых пятен в географии. Особенно если речь идёт о человеческом мозге и высших проявлениях человеческой психики. Возможно ли действительно спроецировать на поверхность мозга человеческие чувства, напряжение мысли, муки творчества? Можно ли будет когда-нибудь сказать: эта зона отвечает за принятие решения, эта группа клеток - за чувство прекрасного, вот здесь гнездится зависть, а тут начинается зона любви?

«Правильнее говорить не о картировании мозга, а о картировании мозговых функций, - объясняет С.В. Медведев. - Задача состоит в том, чтобы определить, где расположены нейроны, которые принимают участие в решении той или иной задачи, и понять, как эти части мозга взаимодействуют между собой. Наконец, сверхзадача для нейрофизиолога - цель, от которой мы пока ещё очень далеки, - соотнести происходящие в мозгу события с тем, что человек думает, расшифровать коды высшей нервной деятельности».

Мозг говорит на электрическом языке

Первые данные о локализации высших мозговых функций были получены в эпоху «клинико-анатомических сопоставлений», то есть наблюдений за больными, у которых были повреждены какие-то участки мозга. Затем, в конце 20-х годов прошлого века, наступила эпоха господства электрофизиологических исследований. Физиологи научились регистрировать электрическую активность мозга - электроэнцефалограмму (ЭЭГ) человека через электроды, наложенные на кожу головы (впервые это сделал австрийский психиатр Ганс Бергер в 1929 году). Этот метод стал основным в изучении работы мозга и его заболеваний - первые электрофизиологи верили, что при помощи ЭЭГ можно познать всё. Действительно, ЭЭГ отражает разнообразные процессы, происходящие в мозгу, но сложность в том, что она регистрирует суммарную электрическую активность, суммирует и усредняет работу огромного количества нервных клеток - нейронов. И в этом состоит её методическое ограничение.

Затем появились другие способы изучения электрической активности мозга, например метод вызванных потенциалов - это электрические волны, возникающие в тех или иных областях коры мозга в ответ на специфическую стимуляцию. В зрительной коре они появляются на вспышку света, в слуховой - на звук и т. д. Этот метод много дал для изучения локализации функций в зонах коры больших полушарий, и с его помощью мозговая карта была существенно уточнена. Но и у него есть ограничения, прежде всего при изучении мозга человека.

С развитием микроэлектродной техники стало возможным регистрировать электрические разряды отдельных нейронов. В основном это делается, естественно, в экспериментах на лабораторных животных. Прорыв в исследованиях мозга человека появился тогда, когда возникла возможность регистрировать электрическую активность человеческих нейронов непосредственно из мозга с помощью имплантированных подкорковых электродов. Этот метод в начале 60-х стала применять академик Наталья Петровна Бехтерева. Тонкие электроды вводили в мозг пациента в лечебных целях - с их помощью можно было прицельно воздействовать на участки мозга. Но коль скоро в мозг пациента вживлён электрод, то надо использовать эту возможность и получить от него максимум информации. Такой электрод регистрирует активность окружающих нейронов, и это уже совсем другой уровень разрешения, чем можно получить с электрода, расположенного на поверхности головы.

Нейроны «грамотные» и «креативные»

С помощью имплантированных подкорковых электродов физиологам из Института мозга человека РАН удалось узнать много нового о том, как мозг справляется с речью. Как уже упоминалось, области Брока и Вернике, имеющие отношение к речи, были известны давно. «Правильнее ограничиться определением «имеющие отношение к речи», а не употреблять выражение «зона речи», - подчеркивает С.В. Медведев. - Помните анекдот про таракана, у которого, оказывается, «уши на ногах»? Нужно осознавать, что и зоны Брока и Вернике, возможно, не центр речи, а некий интерфейс».

В совершенно другом месте коры мозга исследователи нашли детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Группа нейронов усиливает свою электрическую активность, если фраза, которую слышит испытуемый, грамматически правильная, и ослабляет её, когда она грамматически неправильна. Если испытуемому предложить фразы «голубая лента» и «голубой лента», эти «грамотные» нейроны сразу заметят разницу. Другая группа нейронов различает слова родного языка, слова, похожие на них фонетически, и иностранные слова. «Это означает, что нейронная популяция практически мгновенно анализирует фонетическую структуру слова и относит её к типам: «понимаю», «не понимаю, но что-то знакомое» и «совсем не понимаю», - говорит С.В. Медведев. В связи с этим возникает вопрос, одинаково или по-разному работают эти нейроны у людей, одарённых врождённой грамотностью, и у тех, у кого с этим проблемы. Скорее всего, отличия есть, но, для того чтобы дать точный ответ, нужно набрать достаточно много испытуемых.

«Мы нашли группы нейронов, различающих конкретные и абстрактные слова, нейроны, которые, по-видимому, отвечают за счёт, - рассказывает дальше Святослав Всеволодович. - Мы выявили области мозга, которые связаны с обобщением, с принятием решения. Для всех систем нейронов характерна полифункциональность: это означает, что в разных функциях могут участвовать одни и те же клетки. Специализация нейронов относительна - в зависимости от ситуации они могут принимать на себя разные обязанности. Например, когда погибает капитан корабля, на его место становится штурман или кто-то другой. Поэтому мозг - очень гибкая система». Свойство взаимозаменяемости нейроны со временем теряют и приобретают большую специализацию. Маленький ребёнок не может одновременно идти и разговаривать, если его окликнуть, он споткнётся и упадёт. Дело в том, что у него вся кора занята либо одним, либо другим. Школьник не должен отвлекаться на уроке, иначе он не усвоит материал. Со временем происходит всё большее и большее разделение мозговых территорий, поэтому взрослый человек может одновременно вести машину и поддерживать беседу, разговаривать по телефону и просматривать документы и т. д.

Н.П. Бехтерева и её сотрудники нашли в мозге нейроны, которые работают как детектор ошибок. Какова их роль? Они реагируют на любое нарушение стереотипной последовательности действий. «Вы уходите из дома и на улице чувствуете: «Что-то не так…» - объясняет С.В. Медведев. - Так и есть - забыли выключить свет в ванной». Нейроны-детекторы ошибок расположены в разных частях мозга - в теменной коре правого полушария, в роландовой борозде, в верхнетеменной и теменно-височной областях коры, в поясной извилине.

Но и метод имплантированных электродов имеет ограничения. Электроды, само собой разумеется, вживлены не везде, где этого бы хотелось физиологам, а только там, где нужно по клиническим показаниям. Не значит ли это, что мы ищем там, где светлее, а не там, где потеряли?

Сканер для мозга работает на позитронах

Традиционно используемый в медицине рентген для получения картины мозга - не лучший метод. Совсем другие возможности возникли с появлением магниторезонансной томографии (МРТ). В Институте мозга человека РАН активно используется метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). И тот и другой метод даёт изображение мозга. В чём разница между ними?

МРТ основана на свойствах некоторых атомных ядер, прежде всего ядер атомов водорода, при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном диапазоне и излучать её после прекращения воздействия радиочастотного сигнала. В зависимости от «окружения», то есть от свойств биологической ткани, в которой находятся эти ядра, меняется интенсивность их излучения. Поэтому удаётся видеть изображения различных структур мозга. Суть же метода ПЭТ - в слежении за исчезающе малыми количествами вещества, помеченного радиоактивным ультракороткоживущим (период полураспада - минуты) изотопом. Изотоп излучает позитроны, которые аннигилируют с электронами, испуская два гамма-кванта, и разлетаются в противоположные стороны. Если зарегистрировать детектором эти гамма-кванты, то можно определить местонахождение атомов меченого вещества. Вещество выбирают такое, чтобы его концентрация отражала активность клеток мозга. Например, если где-то увеличивается концентрация глюкозы с радиоактивной меткой, это значит, что нейроны активно её потребляют, а следовательно, активно работают. Если в это время испытуемый выполняет какое-либо задание, то мы видим, какие области мозга участвуют в его выполнении. Метод ПЭТ позволяет применять короткоживущие изотопы (О, N, С, F), не очень вредные для пациента.

С помощью ПЭТ можно также наблюдать изменение мозгового кровотока при том или ином поведении. При активации какой-либо области мозга кровь активно к ней приливает. Если ввести в вену меченную радиоактивным кислородом воду, она поступает в сосуды мозга, и её можно зарегистрировать. Туда, где оказывается больше меченого кислорода, поступает больше крови, значит, именно там усиливается активность.

От грамматических форпостов к лабиринтам творчества

С помощью ПЭТ исследователи продолжили изучение человеческой речи уже на целом мозге. Они увидели, где происходит обработка речевой информации: отдельных слов, смысла текста, где происходит его запоминание. Они показали, что медиальная экстрастриарная кора вовлечена в обработку орфографической структуры слов, значительная часть левой верхневисочной коры (зона Вернике), вероятно, участвует в семантическом анализе. Порядок слов анализируется передней частью верхневисочной коры. Когда человеку показывают связный текст, даже не предлагая его читать (нужно было просто считать количество появлений какой-либо буквы), мозговой кровоток усиливается, а значит, мозг вовлекается в лингвистическую работу. (Если предъявлять слова, перемешанные в случайном порядке, мозг так не реагирует.)

Даже «божественный» процесс творчества оказался подвластен расшифровке, по крайней мере, физиологи в лаборатории Н.П. Бехтеревой к этому приблизились. Человеку предлагают некое творческое задание, например составить рассказ из набора слов, и в реальном времени видят, какие области мозга начинают активно работать. Оказалось, творческая деятельность сопровождается главным образом изменением связей между разными зонами мозга. Больше всего новых связей появляется у левой передневисочной зоны с передними зонами коры, а с задними, наоборот, связь ослабляется. Теряются связи теменных и затылочных структур между собой. И всё это происходит именно при выполнении творческого задания, если же задача лишена творческих элементов, таких изменений нет. Локальный мозговой кровоток при выполнении более творческого задания по сравнению с менее творческим усиливается в правой префронтальной коре. Отсюда учёные делают вывод, что именно эта область непосредственно связана с «креативностью».

Интересует исследователей и феномен непроизвольного внимания: например, человек ведёт машину, слушает радио, беседует и вдруг мгновенно реагирует на стук мотора, говорящий о том, что с двигателем что-то не в порядке. В двух лабораториях с помощью двух разных методов: С.В. Медведев методом ПЭТ и Ю.Д. Кропотов методом имплантированных электродов, обнаружили одни и те же зоны, где в такие моменты происходит активация, - в височной и в лобной коре. Активация возникает в ответ на рассогласование ожидаемого и реального стимулов, например когда звук от мотора не такой, каким должен быть. Другой феномен - селективное внимание, помогающее человеку в сплошном гуле голосов на коктейль-приёме следить за речью одного собеседника, того, который ему интересен. По-видимому, за фокусировку пространственного внимания в этом случае отвечает префронтальная кора. Она настраивает либо правую, либо левую слуховую кору, в зависимости от того, в какое ухо подаётся важная информация.

Говоря о картировании мозга, важно понимать, что мозг, строго говоря, не поделен на чётко разграниченные участки, каждый из которых отвечает только за свою функцию. Всё гораздо сложнее, поскольку в процессе выполнения любой функции нейроны разных областей взаимодействуют между собой, составляя нейронную сеть. Исследование того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура в систему и целостный мозг, - задача будущего.

«ПЭТ - мощный инструмент для изучения практически любой функции, но его одного недостаточно, - говорит С.В. Медведев. - Задача ПЭТ - ответить на вопрос «где?«, а чтобы ответить на вопрос «что происходит?», следует сочетать ПЭТ с электрофизиологическими методами. Совместно с британскими физиологами мы создали систему для параллельного анализа ПЭТ и ЭЭГ, которые дополняют друг друга. Вероятно, именно за таким подходом - будущее».

Год назад (статья опубликована в 2004 г. - П. З. ) группа учёных из шести стран мира объявила о создании трёхмерной компьютерной карты человеческого мозга, по которой можно определить предрасположенность человека к некоторым заболеваниям. Создатели карты полагают, что уже могут связать те или иные болезни, например болезнь Альцгеймера или аутизм, с разными участками коры мозга. Сейчас они заняты уточнением деталей своего изобретения.

Вторая ипостась гена

В начале 50-х годов прошлого века возникла идея, что память не может ограничиваться только электрическими процессами - для долговременного хранения информации в мозгу она должна быть законсервирована в химическом виде. Хотя в ту пору существовали ещё весьма общие представления о геноме клетки, появилась мысль, что он не только хранит наследственную информацию, но и участвует в хранении информации, приобретённой в течение жизни.

Чтобы это проверить, нужно было посмотреть, вызывает ли обучение синтез нуклеиновых кислот и белков в мозге. После того как стал известен принцип работы генома - ДНК → РНК → белок, эксперименты стали более целенаправленными. И вот что выяснилось. Сразу после того, как животных обучали какому-либо навыку, в их мозге усиливается синтез РНК. (Для того чтобы это обнаружить, им вводили вещества-предшественники РНК с радиоактивной меткой). Это происходило и с мышами, которых обучали избегать электрического тока в ответ на звуковой сигнал, и с цыплятами, у которых вырабатывали запечатление на объект, и с золотыми рыбками, которых обучали плавать с прикреплённым к брюшку плотиком. А если синтез РНК затормозить, то животные совершают много ошибок или вообще не способны усвоить навык.

В это же время в мозгу синтезируются и новые белки - это также удалось определить по включению радиоактивных изотопов. Блокаторы синтеза белка нарушают долговременную память, не затрагивая память краткосрочную. Из этого становится понятно, как работают гены: при обучении на матрице ДНК синтезируется РНК, которая, в свою очередь, порождает новые белки. Эти белки вступают в действие через несколько часов после приобретения информации, и они-то обеспечивают её хранение. А инициаторы всех этих событий - электрические процессы, происходящие на мембране нервной клетки.

Группа исследователей из отдела системогенеза Института нормальной физиологии РАМН под руководством доктора медицинских наук члена-корреспондента РАМН К.В. Анохина поставила перед собой задачу найти такие методы исследования, которые бы позволяли одновременно исследовать активность нервных клеток во всём мозгу в связи с каким-либо поведением или познавательной (когнитивной) деятельностью. «Начиная работу, мы были убеждены, что информация от синапсов передаётся на другой, более глубокий уровень - проникает в ядро клетки и каким-то образом изменяет работу генов, - говорит Константин Владимирович - Осталось найти эти гены».

Надо сказать, что в клетках мозга работает несметное множество генов - у человека половина из всех изученных генов экспрессируется только там. Задача была в том, чтобы из всего их множества найти ключевые, участвующие в сохранении новой информации. Поиск увенчался успехом в середине 1980-х годов, когда К.В. Анохин и его коллеги обратили внимание на так называемые «непосредственные ранние гены». Такое название они получили за способность первыми откликаться на внеклеточные стимулы. Роль же «ранних» генов заключается в том, чтобы «разбудить» другие - поздние гены. Их продукты - регуляторные белки - транскрипционные факторы, воздействуют на участки молекулы ДНК и запускают процесс транскрипции - переписывания информации с ДНК на РНК. В конце концов «поздние» гены синтезируют свои белки, которые вызывают в клетке необходимые изменения, например образуют новые связи нейрона.

Самый любознательный ген

Из всей группы «ранних» генов исследователей более всего заинтересовал ген c-fos К.В. Анохин и его коллеги с 1987 года занимаются изучением роли этого гена в обучении - по их мнению, именно он подходит на роль универсального зонда для картирования мозга. «Этот ген обладает несколькими уникальными свойствами, - объясняет К.В. Анохин - Во-первых, в спокойном состоянии клетки он молчит, у него практически нет «фонового уровня» активности. Во-вторых, если в клетке начинаются какие-либо новые информационные процессы, он очень быстро откликается на них, нарабатывая РНК и белки. В-третьих, он универсален, то есть активируется в самых разных частях центральной нервной системы - от спинного мозга до коры. В-четвёртых, его активация связана с обучением, то есть с формированием индивидуального опыта». Чтобы доказать последнее утверждение, учёные провели десятки экспериментов, проверяя, при каких именно воздействиях c-fos выйдет из подполья и начнёт действовать. Оказалось, ген не реагирует на очень сильную стимуляцию, например световую, звуковую или болевую, в тех случаях, когда воздействие не несёт в себе элементов новизны. Но как только ситуация обогащается новой информацией, ген тут же «просыпается».

Экспрессия гена c-fos: а) б) флуоресцентное окрашивание: зелёные нейроны с белком c-fos на фоне голубых прочих нейронов; в) г)

Например, в эксперименте мышей помещали в камеру, где им пришлось перенести серию слабых, но неприятных электрокожных раздражений. В ответ на это в нескольких областях их мозга - в коре, гиппокампе и мозжечке бурно экспрессировался c-fos . Однако если эту процедуру проводить ежедневно, то на шестой день ген уже не отвечает. Мыши по-прежнему реагируют на удар током, но он для них стал уже не новым, а ожидаемым событием. Можно вновь вызвать активацию c-fos , если в очередной раз поместить мышей в камеру - и не подвергать их уже привычной процедуре. И в том и в другом случае ген отмечает событие, когда внешние стимулы не согласуются с матрицей индивидуальной памяти. Такое рассогласование происходит при любом усвоении новой информации, и поэтому c-fos - неизбежный спутник познавательных процессов в мозге.

В другом опыте участвовали новорождённые цыплята, которых разделили на четыре группы. Цыплята первой группы вылуплялись в темноте и ни разу не видели света, второй группе повезло больше - её содержали при обычном 12-часовом световом цикле, цыплят из третьей группы сразу после рождения переносили в условия обогащённой зрительной среды, а цыплят четвёртой группы сначала держали в обычных условиях, а на второй день переносили в обогащённую среду. У всех подопытных цыплят оценивали экспрессию гена c-fos на второй день после вылупления. Что оказалось? У первых трёх групп, несмотря на такие разные условия, в которых они провели два дня своей короткой жизни, c-fos не проявил себя. Зато у четвёртой группы, которым сменили среду на зрительно обогащённую, c-fos активизировался. Для них она была внове, в то время как цыплята третьей группы уже успели к ней привыкнуть.

Экспрессия c-fos увеличивалась и у цыплят, которые клевали заинтересовавшую их бусинку, она оказывалась горькой, и птенцы с одного раза обучались избегать её в дальнейшем. Но вообще выяснилось, что активация гена вовсе не зависит от успешности обучения и точно так же сопровождает ошибочные действия. Ген c-fos реагирует и просто на новый объект - для его активации достаточно однократного предъявления животному нового объекта всего на 10 секунд.

Исследователи предположили, что c-fos и другие ранние гены - тот самый мостик, через который индивидуальный опыт животного вступает во взаимодействие с его генетическим аппаратом.

О чём расскажет генная карта мозга

Как «поймать» экспрессию гена? Можно обнаружить её по синтезу молекул РНК. Для этого служит так называемая гибризидация in situ - метод, позволяющий увидеть места, где идёт синтез определённых РНК. Можно сделать видимым белковый продукт гена, если связать его со специфическими антителами и покрасить. Всё это, естественно, происходит уже после того, как мозг животного фиксируют и изготавливают из него тонкие срезы. Так же поступают и для обнаружения экспрессии c-fos . В запасе у экспериментаторов полтора-два часа после обучения животного, пока концентрация белка c-fos в его мозгу находится на пике.

При любом когнитивном (познавательном) процессе в мозгу начинают синхронно работать множество нейронов в разных областях. Имея такой инструмент, как генный зонд, можно увидеть, какие именно нейроны принимают участие в данном процессе. «Например, мы можем увидеть разницу в работе мозга крысы тогда, когда она видит другую крысу, и тогда, когда она видит кошку, - говорит Константин Владимирович. - Иными словами, узнать, какими структурами мозга она видит крысу, а какими кошку. Точно так же, когда человек видит на экране знакомое лицо, к примеру Билла Клинтона, в его мозгу активируются «нейроны узнавания Билла Клинтона». Хотя мозг человека, безусловно, намного сложнее изучать при помощи генных зондов. На сегодняшний день учёные пока не придумали методов прижизненной визуализации экспрессии генов в мозге. «В одной работе удалось зарегистрировать экспрессию c-fos человека в кусочке мозговой ткани, взятой для анализа на биопсию, - говорит К.В. Анохин. - Другие исследователи смогли увидеть её после смерти мозга. Но очевидно, что это не совсем то, что в живом мозгу».

Если генная карта мозга всё же будет создана, она покажет, какие его структуры отвечают за разные формы памяти. Посмотрев на генную карту, нейрофизиолог сразу увидит, где именно нужно изучать нейроны, например регистрировать их электрическую активность. Учёные из отдела системогенеза именно при помощи c-fos нашли, какие области мозга цыплят отвечают за импринтинг - запечатление. У метода есть и важные практические применения: с его помощью можно вести поиск лекарственных средств, потенциально улучшающих память (ведь именно такие вещества должны стимулировать активацию c-fos ), или изучать, как действуют на мозг алкоголь и наркотики.

Исследователи провели десятки экспериментов с самыми разными моделями обучения: пищевым и оборонительным, классическим и инструментальным, со зрительными, слуховыми, вкусовыми и иными стимулами, однократное и многократное обучение. В опытах участвовали мыши, крысы, цыплята и другие животные. Было установлено, что в разные виды обучения вовлекаются разные участки мозга, но есть и такие, которые участвуют всегда, например цингулярная кора.

Пока физиологи не подошли к тому, чтобы детально объяснить механизм генной активации, - то есть фактически они признают, что не знают до конца, как работает нервная клетка. Возможно, получая внешнее воздействие, она сравнивает его с имеющейся моделью и в случае рассогласования запускает генетический механизм. На сегодняшний день это наиболее убедительная гипотеза.

Очевидно, со временем появятся новые технические возможности для генного картирования Уже сейчас можно исследовать экспрессию разных генов в трёхмерном объёме мозга. В прошлом году один из основателей компании «Майкрософт» Пол Аллен выделил 100 млн. долларов на создание специального научного центра, перед которым поставлена задача нанести на карту мозга мыши экспрессию всех генов, которые там работают. Решение этой задачи потребует не одного года напряжённой работы, но решить её - очень заманчивая цель, поскольку это путь к понимаю того, как гены управляют работой мозга и поведением, в том числе и у человека.

Кандидат биологических наук Н.Маркина
«Химия и жизнь - XXI век»