мозък. човешки мозък
Животни, обикновено разположени в главата (предната) част на тялото и представляващи компактно натрупване на нервни клетки и техните процеси - дендрити. При много животни той също съдържа глиални клетки и може да бъде заобиколен от съединителнотъканна обвивка. При гръбначните животни (включително човека) се прави разлика между мозъка, разположен в черепната кухина, и гръбния, разположен в гръбначния канал.
мозък на безгръбначни
Мозъкът е добре развит в по-голямата част от групите Bilateria - двустранно симетрични животни. Дори най-примитивните хистологично не-чревни турбелари (сега класифицирани като отделен тип Acoelomorpha) имат доста сложен мозък с кора, невропил и комисури.
Секции от мозъка на бозайниците
Ум и мозък
Освен това има твърдения, че умът е подобен на компютър и е алгоритмичен. Гледните точки на „ум, генериран от мозъка“ и „ум, подобен на компютър“ не е задължително да се придружават.
Размер на мозъка при бозайници
Масата на мозъка (kg) като функция на телесната маса (M t, kg) за различни групибозайници:
Мозъкът в културата
Поради ключовото значение на мозъка в тялото, темата за мозъка е популярна. В древни времена изяждането на мозъка на победен човек или животно, заедно с други части на тялото, е символизирало придобиването на силата на врага. През Средновековието мозъкът се е разбирал като център на живота, наред със сърцето. В момента темата за мозъка е широко разпространена в измислица, видео игри и филми, особено филми за зомбита.
История на изследването на мозъка
Началото на съвременната наука за мозъка е положено в началото на 20 век с две открития: анализът на рефлексните актове и откриването на локализацията на функциите в кората на главния мозък. Въз основа на тези открития се предполага, че простата адаптивна неволеви движенияосъществява се благодарение на рефлексната дъга на сегментното ниво, преминаваща през долните части на мозъка, а съзнателното възприятие и произволните движения се осигуряват от рефлекси по-висок ред, чиято сензорно-моторна дъга преминава през по-високите части на мозъка.
Мозъкът е част от централната нервна система, главният регулатор на всички жизнени функции на тялото. В резултат на поражението си, тежки заболявания. Мозъкът съдържа 25 милиарда неврони, които изграждат мозъчното сиво вещество. Мозъкът е покрит от три мембрани - твърда, мека и разположена между тях арахноидна, по чиито канали циркулира цереброспиналната течност (ликвор). Ликьорът е вид хидравличен амортисьор. Мозъкът на възрастен мъж тежи средно 1375 г, на жените - 1245 г. Това обаче не означава, че при мъжете той е по-добре развит. Понякога теглото на мозъка може да достигне 1800 g.
Структура
Мозъкът се състои от 5 основни дяла: краен, диенцефалон, среден, заден мозък и продълговат мозък. Теленцефалонът съставлява 80% от общата маса на мозъка. Той се протегна от челна косткъм тилната. Telencephalon се състои от две полукълба, в които има много бразди и извивки. Разделен е на няколко дяла (фронтален, париетален, темпорален и тилен). Разграничете подкорието и кората на главния мозък. Подкорието се състои от подкорови ядрарегулиране на различни телесни функции. Мозъкът е разположен в три черепни ями. Мозъчните полукълба заемат предната и средната ямка и задна ямка- малкия мозък, под който се намира продълговатия мозък.
Функции
Функциите на различните части на мозъка са различни.
теленцефалон
В сивата кора има около 10 милиарда неврони. Те образуват само 3 мм слой, но нервните им влакна са разклонени като мрежа. Всеки неврон може да има до 10 000 контакта с други неврони. Част нервни влакнасвързва дясното и лявото полукълбо чрез corpus callosum на главния мозък. Невроните изграждат сивото вещество, докато влакната изграждат бели кахъри. В мозъчните полукълба, между фронтални дяловеи диенцефалон, са разположени клъстери сива материя. Това базални ганглии. Ганглиите са клъстери от неврони, които предават информация.
диенцефалон
Диенцефалонът е разделен на вентрална (хипоталамус) и дорзална (таламус, метаталамус, епиталамус) части. Таламусът е медиаторът, в който всички стимули, получени от външния свят, се събират и се насочват към мозъчните полукълба по такъв начин, че тялото да може адекватно да се адаптира към постоянно променящата се среда. Хипоталамусът е основният подкорков център за регулиране на автономните функции на тялото.
среден мозък
Простира се от предния ръб на моста до оптичните пътища и папиларните тела. Състои се от краката на големия мозък и квадригемината. През среден мозъквсички минават възходящи пътищакъм кората на главния мозък и малкия мозък и низходящ, носещ импулси към продълговатия и гръбначния мозък. Важен е за обработката на нервните импулси от зрителните и слуховите рецептори.
Малък мозък и мост
Малкият мозък се намира в тилната област зад продълговатия мозък и моста. Състои се от две полукълба и червей между тях. Повърхността на малкия мозък е осеяна с бразди. Малкият мозък участва в координацията на сложни двигателни действия.
Вентрикули на мозъка
Страничните вентрикули са разположени в полукълбата на предния мозък. Третият вентрикул се намира между зрителните туберкули и е свързан с четвъртия вентрикул, който комуникира със субарахноидалното пространство. Ликворът, разположен във вентрикулите, циркулира в арахноидната материя.
Големи (терминални) мозъчни функции
Благодарение на работата на мозъка човек може да мисли, чувства, чува, вижда, докосва, движи. Големият (краен) мозък контролира всички жизнени важни процесисрещащи се в човешкото тяло, а също така е „вместилище“ на всички наши интелектуални способности. От света на животните човекът се отличава преди всичко развита речи способност за абстрактно мислене, т.е. способността да се мисли в морални или логически категории. Само в човешкия ум могат да възникнат различни идеи, например политически, философски, теологични, художествени, технически, творчески.
В допълнение, мозъкът регулира и координира работата на всички човешки мускули (както тези, които човек може да контролира чрез воля, така и тези, които не зависят от волята на човек, например сърдечния мускул). Мускулите получават поредица от импулси от централната нервна система, на които мускулите отговарят със съкращение с определена сила и продължителност. Импулсите се изпращат към мозъка от различни теласетива, предизвиквайки необходимите реакции, например завъртане на главата в посоката, от която се чува шумът.
Лявото мозъчно полукълбо контролира дясната половина на тялото, а дясното полукълбо контролира лявата. Двете полукълба се допълват взаимно.
Мозъкът напомня орех, в него се разграничават три големи дяла - багажника, подкоровия отдел и кората на главния мозък. Общата повърхност на кората се увеличава поради множество бразди, които разделят цялата повърхност на полукълбото на изпъкнали извивки и лобове. Три главни брази - централна, странична и париетално-окципитална - разделят всяко полукълбо на четири дяла: фронтален, париетален, тилен и темпорален. Отделните области на кората на главния мозък имат различни функционална стойност. Импулси от рецепторни образувания постъпват в кората на главния мозък. Всеки периферен рецепторен апарат в кората съответства на област, наречена кортикално ядро на анализатора. Анализаторът е анатомично-физиологично образувание, което осигурява възприемането и анализа на информация за явления, протичащи в околната среда и (или) вътре в човешкото тяло, и формира усещания, специфични за конкретен анализатор (например болка, зрителни, слухов анализатор). Областите на кората, където са разположени кортикалните ядра на анализаторите, се наричат сензорни зони на мозъчната кора. Двигателната зона на мозъчната кора взаимодейства със сетивните зони и при нейното дразнене възниква движение. Това може да се покаже с прост пример: когато се приближи пламък на свещ, рецепторите за болка и топлина на пръстите започват да изпращат сигнали, след което невроните на съответния анализатор идентифицират тези сигнали като болка, причинена от изгаряне, и мускулите са „ наредено” да оттегли ръката.
Асоциативни зони
Асоциативните зони са функционални зони на кората на главния мозък. Те свързват входящата сензорна информация с предварително получена и съхранена в паметта, а също така сравняват информацията, получена от различни рецептори. Сензорните сигнали се разбират, интерпретират и, ако е необходимо, се предават към двигателната област, свързана с него. По този начин асоциативните зони участват в процесите на мислене, запаметяване и учене.
Лобове на теленцефалона
Теленцефалонът е разделен на фронтален, тилен, темпорален и париетален дял. В предния лоб има зони на интелекта, способността за концентрация и двигателни зони; в темпоралните - слухови зони, в париеталните - зони на вкус, осезание, пространствена ориентация и в тилната - зрителни зони.
Зона за говор
Големи щети вляво темпорален лоб, например, в резултат на сериозни наранявания на главата и различни заболявания, както и след инсулт, обикновено са придружени от сензорни и двигателни говорни нарушения.
Теленцефалонът е най-младата и най-развита част от мозъка, която определя способността на човек да мисли, чувства, говори, анализира, а също така контролира всички процеси, протичащи в тялото. Функциите на други части на мозъка, на първо място, включват контрол и предаване на импулси, много жизненоважни функции - те регулират метаболизма на хормоните, метаболизма, рефлексите и др.
За нормално функциониранемозъкът има нужда от кислород. Например, ако по време на сърдечен арест или нараняване на каротидната артерия, мозъчно кръвообращение, след това след няколко секунди човекът губи съзнание и след 2 минути мозъчните клетки започват да умират.
Функции на диенцефалона
Визуалният туберкул (таламус) и хипоталамусът (хипоталамус) са части от диенцефалона. Импулси от всички рецептори на тялото влизат в ядрата на таламуса. Получената информация в таламуса се обработва и изпраща към мозъчните полукълба. Таламусът се свързва с малкия мозък и така наречената лимбична система. Хипоталамусът регулира автономните функции на тялото. Влиянието на хипоталамуса се осъществява чрез нервната система и ендокринните жлези. Хипоталамусът участва и в регулацията на функциите на много жлези с вътрешна секреция и метаболизма, както и в регулацията на телесната температура и дейността на сърдечно-съдовата и храносмилателната система.
лимбична система
Лимбичната система играе важна роля при формирането на човешкото емоционално поведение. Лимбичната система е нервни образуванияразположени от средната страна на теленцефалона. Този район все още не е напълно проучен. Предполага се, че лимбичната система и хипоталамусът, който тя контролира, са отговорни за много от нашите чувства и желания, например под тяхно влияние възникват жажда и глад, страх, агресивност и сексуално желание.
Функции на мозъчния ствол
Мозъчният ствол е филогенетично древна част от мозъка, състояща се от среден мозък, заден мозък и продълговат мозък. Междинният мозък съдържа първичните зрителни и слухови центрове. С тяхно участие се осъществяват ориентировъчни рефлекси към светлина и звук. В продълговатия мозък има центрове за регулиране на дишането, сърдечно-съдовата дейност, функциите храносмилателни органикакто и метаболизма. Медулаучаства в изпълнението на такива рефлексни действия като дъвчене, смучене, кихане, преглъщане, повръщане.
Функции на малкия мозък
Малкият мозък контролира движенията на тялото. Импулсите идват към малкия мозък от всички рецептори, които се дразнят по време на движенията на тялото. Функцията на малкия мозък може да бъде засегната от поглъщането на алкохол или други вещества, които причиняват замайване. Следователно, под въздействието на интоксикация, хората не могат да координират нормално движенията си. IN последните годиниима все повече доказателства, че малкият мозък играе роля в познавателна дейностчовек.
черепномозъчни нерви
Освен от гръбначен мозъкдванадесетте черепни нерви също са много важни: I и II двойки - обонятелни и зрителни нерви; III, IV VI двойки - окуломоторни нерви; V чифт - тригеминален нерв- инервира дъвкателни мускули; VII - лицев нерв - инервира лицевите мускули, също съдържа секреторни влакна към слъзния и слюнчените жлези; VIII двойка - вестибулокохлеарен нерв - свързва органите на слуха, равновесието и гравитацията; IX двойка - глософарингеален нерв- инервира фаринкса, неговите мускули, паротидна жлеза, вкусови рецептори на езика; X двойка - нерв вагус-разделя се на редица клонове, които инервират белите дробове, сърцето, червата, регулират техните функции; XI двойка - допълнителен нерв - инервира мускулите на раменния пояс. Сливането на гръбначномозъчните нерви води до XII двойка - хипоглосен нерв- инервира мускулите на езика и подезичния апарат.
Въпреки това, този термин се използва донякъде свободно за обозначаване на подобни структури на високоорганизирани безгръбначни - например при насекомите "мозъкът" понякога се нарича натрупване на ганглии на окологлътъчния нервен пръстен. Когато се описват по-примитивни организми, се говори за главни ганглии, а не за мозък.
Теглото на мозъка като процент от телесното тегло е 0,06-0,44% при съвременните хрущялни риби, 0,02-0,94% при костните риби, 0,29-0,36% при опашатите земноводни и 0 при безопашатите риби 50-0,73%. При бозайниците относителният размер на мозъка е много по-голям: при големите китоподобни - 0,3%; при малки китоподобни - 1,7%; при примати 0,6-1,9%. При хората съотношението на мозъчната маса към телесната маса е средно 2%.
Най-големият размер е мозъкът на бозайниците от китоподобни, хоботни, примати. Най-трудният и функционален мозъксмятан за мозъка на разумен човек.
Средната маса на мозъка при различни живи същества е показана в таблицата.
|
|
|
мозъчни тъкани
Мозъкът е затворен в здрава черупка на черепа (с изключение на простите организми). В допълнение, той е покрит с черупки (лат. meninges) от съединителна тъкан - твърда (лат. dura mater) и мека (лат. pia mater), между които има съдова или арахноидна (лат. arachnoidea) обвивка. Между мембраните и повърхността на главния и гръбначния мозък има цереброспинална (често наричана цереброспинална) течност - цереброспинална течност (лат. течност). Цереброспиналната течност се намира и във вентрикулите на мозъка. Излишъкът от тази течност се нарича хидроцефалия. Хидроцефалията е вродена (по-често) и придобита.
мозъчни клетки
В резултат на съвместни изследвания, проведени през 2006 г., учени от университетите в Оукланд (Нова Зеландия) и Гьотеборг (Швеция) установиха, че благодарение на дейността на стволовите клетки човешкият мозък е в състояние да възпроизвежда нови неврони. Изследователите открили, че в частта от човешкия мозък, която отговаря за обонянието, зрелите неврони се формират от прогениторни клетки. Стволовите клетки в мозъка спират да се делят, настъпва реактивиране на някои участъци от хромозомите, започват да се формират структури и връзки, специфични за невроните. От този момент нататък клетката може да се счита за пълноправен неврон. Известни са две области на активен растеж на невроните. Една от тях е зоната на паметта. Другата включва областта на мозъка, отговорна за движението. Това обяснява частичното и пълно възстановяване във времето на съответните функции след увреждане на тази част от мозъка.
кръвоснабдяване
Функционирането на мозъчните неврони изисква значителен разход на енергия, която мозъкът получава чрез кръвоснабдителната мрежа. Мозъкът се кръвоснабдява от басейна на три големи артерии - две вътрешни каротидни артерии(lat. a. carotis interna) и главната артерия (lat. a. basilaris). В черепната кухина вътрешната каротидна артерия продължава под формата на предна и средна церебрална артерия (лат. aa. cerebri anterior et media). Главната артерия е разположена на вентралната повърхност на мозъчния ствол и се образува от сливането на дясната и лявата вертебрални артерии. Неговите клонове са задните церебрални артерии. Тези три двойки артерии (предна, средна, задна), анастомозиращи една с друга, образуват артериален (вилисиев) кръг. За да направите това, предните церебрални артерии са свързани помежду си чрез предната свързваща артерия (lat. a. communicans anterior) и между вътрешната каротидна артерия (или понякога средната церебрална) и задната церебрални артерии, от всяка страна, има задна комуникираща артерия (lat. aa.communicans posterior). Липсата на анастомози между артериите става забележима с развитието съдова патология(инсулт), когато поради липса на порочен кръгкръвоснабдяването на засегнатата област се увеличава. Освен това са възможни множество варианти на структурата (отворен кръг, атипично разделение на кръвоносните съдове с образуване на трифуркация и други). Ако активността на невроните в един от отделите се увеличи, кръвоснабдяването на тази област също се увеличава. Регистрирайте промени във функционалната дейност отделни участъцина мозъка позволява такива методи за неинвазивно невроизобразяване като функционален магнитен резонанс и позитронно-емисионна томография.
Между кръвта и мозъчните тъкани има кръвно-мозъчна бариера, която осигурява селективната пропускливост на веществата в съдово легло, в церебралната тъкан. В някои части на мозъка тази бариера отсъства (хипоталамична област) или се различава от други части, което се свързва с наличието на специфични рецептори и невроендокринни образувания. Тази бариера предпазва мозъка от много видове инфекции. В същото време много лекарства, които са ефективни в други органи, не могат да влязат в мозъка през бариерата.
С маса около 2% от общо теглотялото, възрастният мозък консумира 15% от обема на циркулиращата кръв, като използва 50% от глюкозата, произведена от черния дроб и навлизаща в кръвта.
Функции
Отдели на мозъка
Основните части на човешкия мозък
- Ромбоиден (заден) мозък
- назад (всъщност назад)
- мост (съдържа главно проекционни нервни влакна и групи от неврони, е междинна връзка в контрола на малкия мозък)
- малък мозък (състои се от червея и полукълба, на повърхността на малкия мозък нервни клеткиоформете коричка)
- назад (всъщност назад)
Кухината на ромбовидния мозък е IV вентрикул (в долната част има дупки, които го свързват с другите три вентрикула на мозъка, както и със субарахноидалното пространство).
- среден мозък
- кухина на средния мозък - акведукт на мозъка (акведукт на Силвий)
- краката на мозъка
- предният мозък се състои от диенцефалон и теленцефалон.
- междинен (чрез този отдел се превключва цялата информация, която идва от долните части на мозъка към церебралните полукълба). Кухината на диенцефалона е третата камера.
- епиталамус
- каишка
- сива ивица
- хипоталамус (център на автономната нервна система)
- хипофизен инфундибулум
- епиталамус
- краен
- базални ядра (стриатум)
- ограда
- "обонятелен мозък"
- обонятелна луковица (преминава обонятелния нерв)
- обонятелен тракт
- кухина на теленцефалона - латерална (I и II вентрикули)
- базални ядра (стриатум)
- междинен (чрез този отдел се превключва цялата информация, която идва от долните части на мозъка към церебралните полукълба). Кухината на диенцефалона е третата камера.
Сигналите протичат към и от мозъка през гръбначния мозък, който контролира тялото, и през черепните нерви. Сензорните (или аферентни) сигнали идват от сетивните органи към субкортикалните (т.е. предшестващи мозъчната кора) ядра, след това към таламуса и оттам към по-високата част - мозъчната кора.
Кората се състои от две полукълба, свързани помежду си със сноп нервни влакна - corpus callosum (corpus callosum). Лявото полукълбо отговаря за дясна половинатяло, дясно - за ляво. При хората дясното и лявото полукълбо имат различни функции.
Визуалните сигнали навлизат в зрителния кортекс (в тилния лоб), тактилните сигнали навлизат в соматосензорния кортекс (в париетален лоб), обонятелни - в обонятелната кора и др. В асоциативните области на кората се извършва интегрирането на сензорни сигнали различни видове(модалности).
От една страна, има локализация на функциите в областите на мозъка, от друга страна, всички те са свързани в една мрежа.
Пластмаса
Мозъкът има свойството пластичност. Ако един от неговите отдели е засегнат, други отдели могат да компенсират неговата функция след известно време. Пластичността на мозъка също играе роля при усвояването на нови умения.
Ембрионално развитие
Ембрионалното развитие на мозъка е един от ключовете за разбиране на неговата структура и функции.
Мозъкът се развива от ростралната част на невралната тръба. По-голямата част от мозъка (95%) е производно на птеригоидната пластина.
Ембриогенезата на мозъка преминава през няколко етапа.
- Етап на три мозъчни мехурчета - при хората, в началото на четвъртата седмица от вътрематочното развитие, ростралният край на невралната тръба образува три мехурчета: Prosencephalon (преден мозък), Mesencephalon (среден мозък), Rhombencephalon (ромбоиден мозък или първичен заден мозък ).
- Етап на пет мозъчни мехурчета - при хората, в началото на деветата седмица от вътрематочното развитие, Prosencephalon най-накрая се разделя на Telencephalon (теленцефалон) и Diencephalon (междумозъчен), Mesencephalon се запазва, а Rhombencephalon се разделя на Metencephalon (заден мозък) и Myelencephalon (продълговатия мозък).
В процеса на формиране на втория етап (от третата до седмата седмица на развитие) човешкият мозък придобива три завоя: среден мозък, цервикален и мост. Първо се формират едновременно и в една посока флексурите на средния мозък и моста, след това - и в обратната посока - цервикалната флексура. В резултат на това линейният мозък се "сгъва" на зигзаг.
С развитието на човешкия мозък може да се отбележи известно сходство между филогенезата и онтогенезата. В процеса на еволюция на животинския свят първо се формира теленцефалонът, а след това средният мозък. Предният мозък е еволюционно по-нова формация на главния мозък. Също така в вътрематочно развитиена дете първо се формира задният мозък като най-еволюционно древната част от мозъка, а след това средният мозък и след това предният мозък. След раждането с младенческа възрастпреди зряла възраст има организационно усложнение на невронните връзки в мозъка.
Изследователски методи
Аблации
Един от най-старите методиИзследването на мозъка е техника на аблация, която се състои в това, че една от частите на мозъка се отстранява и учените наблюдават промените, до които води такава операция.
Не всяка област на мозъка може да бъде отстранена, без да се убие организмът. И така, много части от мозъчния ствол са отговорни за жизненоважни важни характеристики, като дишане, и поражението им може да причини незабавна смърт. Независимо от това, поражението на много отдели, въпреки че засяга жизнеспособността на организма, не е фатално. Това, например, се отнася за областите на мозъчната кора. Масивният инсулт причинява парализа или загуба на говор, но тялото продължава да живее. Вегетативно състояние, в което по-голямата част от мозъка е мъртва, може да се поддържа чрез изкуствено хранене.
Изследванията на аблацията имат дълга история и продължават. Докато учените от миналото са премахвали области от мозъка хирургически, съвременните изследователи използват токсични вещества, селективно засягащи мозъчната тъкан (например клетки в определена област, но не и нервни влакна, преминаващи през нея).
След отстраняване на част от мозъка някои функции се губят, а други се запазват. Например, котка, чийто мозък е бил дисектиран над таламуса, запазва много постурални реакции и гръбначни рефлекси. Животно, чийто мозък е дисектиран на нивото на мозъчния ствол (децеребрирано), поддържа тонуса на екстензорните мускули, но губи постуралните рефлекси.
Правят се наблюдения и върху хора с поражения на мозъчните структури. Така случаите на огнестрелни рани в главата по време на Втората световна война предоставят богата информация на изследователите. Изследвания се провеждат и върху пациенти с инсулт и с увреждане на мозъка в резултат на травма.
Транскраниална магнитна стимулация
Транскраниалната магнитна стимулация е метод, който позволява неинвазивно стимулиране на кората на главния мозък с помощта на кратки магнитни импулси. TMS не е свързан с болезнени усещанияи следователно може да се използва като диагностична процедура при амбулаторни настройки. Магнитният импулс, генериран от TMS, е бързо променящо се магнитно поле, което се създава около електромагнитната бобина по време на преминаването на тока в нея. високо напрежениеслед разреждането на мощен кондензатор (магнитен стимулатор). Магнитните стимулатори, използвани днес в медицината, са способни да генерират магнитно поле с интензитет до 2 тесла, което позволява да се стимулират елементи от мозъчната кора на дълбочина до 2 см. В зависимост от конфигурацията на електромагнитната намотка , TMS може да активира зони от кората на главния мозък с различни размери, т.е. 1) фокално, което прави възможно селективно стимулиране на малки области на кората, или 2) дифузно, което ви позволява едновременно да стимулирате различни отделикора.
Когато се стимулира в моторния кортекс, TMS предизвиква свиване на определени периферни мускули в съответствие с тяхното топографско представяне в кората. Методът позволява да се оцени възбудимостта на двигателната система на мозъка, включително нейните възбудни и инхибиторни компоненти. TMS се използва при лечението на мозъчни заболявания като синдром на Алцхаймер, изследване на слепота, глухота, епилепсия и др.
електрофизиология
Електрофизиолозите регистрират електрическата активност на мозъка - с помощта на тънки електроди, които позволяват запис на разрядите на отделни неврони, или с помощта на електроенцефалография (техника за отклоняване на мозъчните потенциали от повърхността на главата).
Тънкият електрод може да бъде направен от метал (покрит с изолационен материал, който излага само острия връх) или стъкло. Стъкленият микроелектрод е тънка тръба, пълна с физиологичен разтвор отвътре. Електродът може да бъде толкова тънък, че да проникне вътре в клетката и да позволи записване на вътреклетъчни потенциали. Друг начин за регистриране на активността на невроните, извънклетъчните -
"Уикипедия на мозъка"
срещу деменция, психично заболяванеи мозъчни "катастрофи"
Професор Владимир Лазаревич Зелман, чуждестранен член на Руската академия на медицинските науки и Руската академия на науките, един от пионерите на невроанестезиологията, член на Международния академичен съвет на Новосибирск държавен университет, възпитаник на Новосибирския медицински институт, днес е един от тримата най-добри американски анестезиолози. Университетът на Южна Калифорния (Лос Анджелис, САЩ), където В. Л. Зелман ръководи Катедрата по анестезиология и интензивно лечение, е един от лидерите в областта на невронауките в САЩ и участва в редица големи проекти за изследване на мозъка, като като ЕНИГМА. В своята лекция в NSMU и в интервю за НАУКАТА от първа ръка, професор Зелман говори за най-интересните резултати, получени от университетски персонал в партньорство с колеги от други организации в една от най-горещите точки на пресечната точка на съвременната биология и медицина. Сред тях е генетичната база данни развиващ се мозък, което ще позволи оценка на генетичните рискове от заболявания; карта на местоположението в мозъка на всички неврони и „окабеляването“, което ги свързва; неврокомпютърни технологии, които позволяват на „силата на мисълта“ да контролира бионичните протези
Първо малко статистика: според експерти до 2050 г. броят на хората, страдащи от деменция, придобита деменция, може почти да се утрои в света и да достигне 132 милиона.Най-честата форма на деменция е свързана с болестта на Алцхаймер, невродегенеративно заболяване, което се развива предимно в напреднала възраст. А забавянето на началото на заболяването само с 5 години (от 76 години на 81 години) ще намали броя на пациентите наполовина!
И това е само един красноречив пример за важността на невронауките, които изучават мозъка – физическата основа на нашето съзнание, подсъзнание и умствена дейност, един от най-сложните и най-загадъчни органи. човешкото тяло. Механизмите на функциониране на мозъка не са напълно разбрани, въпреки че през последния четвърт век, благодарение на появата на нови изследователски технологии, като ядрено-магнитен резонанс, електроенцефалография и други, стана известно повече за биологията на здравия и болния мозък отколкото в цялата предишна история на неговото изследване. През последните десет години обаче стана ясно, че поне 80% от известните днес гени се експресират до известна степен в централната и периферната нервна система.
Инвестициите в невронауките сега се оценяват на милиарди долари. Така през последното десетилетие на 20-ти век, обявено за „десетилетие на мозъка“, Конгресът на САЩ отпусна около $3 милиарда за изследвания в тази област.За сравнение: около $3,7 милиарда бяха отпуснати за изследване на човешкия геном в същото време; символично е, че тези две най-важни научен проектвървеше паралелно.
Университетът на Южна Калифорния, основан през 1880 г., е най-старият частен изследователски университет в Калифорния. През последните години, според авторитетни рейтинги, той традиционно е включен в първите сто топ университетимир. Сега повече от 40 хиляди студенти учат в университета. През 1994 г. университетският професор Д. Е. Олах получава Нобелова награда за химия
Университетът на Южна Калифорния е водещ в изследванията на мозъка през последните години, не само в Съединените щати, но и в световен мащаб, с уникален мултидисциплинарен подход, който позволява съвместни решения на мистериите на мозъчните заболявания по начини, които изолираните лаборатории не могат.
Така в продължение на няколко години учените от Института по неврогенетика. Zilka от Университета на Южна Калифорния провежда съвместно изследване с група служители от Йейлския университет и Brain Institute. Алън. Тяхната цел е да създадат пълна генетична база данни на развиващия се човешки мозък, която ще ни позволи да оценим генетичен рискпоявата на различни мозъчни нарушения. Към днешна дата вече са идентифицирани повече от 300 генетични локуса, свързани с патологията на централната нервна система; общо се планира да се представят данни за генна експресия за 15 области на мозъка в 13 възрастови категории в уникалния Атлас на мозъчната генна транскрипция. Още днес тази база данни е най-голямата в света, а от 2011 г. е достъпна за всички заинтересовани потребители.
Университетът на Южна Калифорния стартира глобален проект за изследване на мозъка ЕНИГМА, който се ръководи от университетския професор П. Томпсън и се финансира от Националния здравен институт на САЩ. Около 200 математици, генетици, невробиолози и лекари от повече от 35 страни по света, включително Русия (от Новосибирския държавен университет, редица институти на Сибирския клон на Руската академия на науките, Института по неврохирургия Н. Н. Бурденко, Института на проблемите на предаването на информация на името на А. А. Харкевич и др.). В рамките на проекта се провеждат изследвания на структурите и функциите на мозъка и предразположеността към заболявания като шизофрения, болест на Алцхаймер, депресия, наркомания и др. Основно внимание се обръща на идентифициране на факторите, които причиняват или, обратно, предотвратяване на определено заболяване, като начин на живот, хранителни навици и, разбира се, наследственост. Например, наскоро беше открит ген, който участва в развитието на затлъстяването чрез нарушения във функционирането на мозъчните структури.
В човешкия мозък има около 100 милиарда специализирани нервни клетки - неврони, всяка от които има около 10 хиляди синапса, които служат за предаване нервен импулсмежду клетките. Различни сюжетина нашия мозък, отговорен за мисленето, възприятието и усещанията, са свързани с нервни влакна обща дължинаслед 100 хиляди мили (161 хиляди км)
Най-важната част от проекта ЕНИГМАе Connectome- проект за изследване на проводната система на мозъка. Самото понятие "конектом" е въведено по аналогия с понятието "ген" за пълно описаниесвързващи структури в нервната система. По време на проекта Connectomeчетириизмерна (четвърто измерение - време) карта на местоположението в мозъка на всички неврони и "окабеляването", свързващо ги, описваща всичките 100 трилиона възможни взаимодействиямежду клетките. Този проект, който ще комбинира всички резултати от изображения на мозъка в една карта, с право може да бъде наречен "Уикипедия на мозъка". В резултат на това ще бъде възможно да се установи променливостта и генетичната предопределеност на невроните, да се проследят техните взаимодействия в реално време и да се идентифицира наличието на невронни патологии.
Като всяка клетка, всеки тип неврон използва специфичен набор от гени, за да създаде своята молекулярна машина; последователно взаимодействащите неврони образуват така наречените невронни вериги (най-простият пример е рефлексна дъга). Разбирането на всички нюанси на работата на невронните вериги също трябва да помогне за разбирането на патогенезата на мозъчните заболявания, което ще направи тяхната диагностика по-ефективна. Защото тогава ще може да се разпознае патологични процесине само въз основа на симптомите, а търсене на болести буквално на ниво отделни синапси.
Към днешна дата са описани около една и половина разновидности на психични заболявания. Възможно е през следващото десетилетие, когато стане известно на какъв етап и на кое място се включват или изключват гените, които пренасочват синаптичната активност в „грешната“ посока, броят на откритите заболявания да се увеличи с един или два порядъка на величина. В същото време лечението ще стане по-персонализирано и в случай на ранна диагностикаще бъде възможно да се коригират такива „грешни“ процеси с пълна рехабилитациятърпелив.
В границите на проекта ЕНИГМАвече е събран огромен масив от генетични и мозъчни образни данни - около 50 хиляди мозъчни изображения на 33 хиляди души от повече от три дузини страни по света! Събирането на такъв материал днес не е толкова трудно, но за да се дешифрират и интерпретират тези огромни информационни потоци, са необходими суперкомпютри и специалисти по работа с „големи“ данни – биоинформатика. Съвременната наука по същество вече е способна на такива задачи, така че е възможно в близко бъдеще всеки от нас да стане собственик на „флашка“, на която ще бъде записано декодирането не само на нашия геном, но и на самата ни личност .
Още днес изследванията на проводната система на мозъка дават надежда да улеснят живота на пациенти със сериозни мозъчни увреждания в резултат на травма. Говорим за неврокомпютърна технология (т.нар. интерфейс „мозък-компютър“), която позволява на парализиран човек да управлява бионични протези, например механична ръка, със „силата на мисълта“.
Професор Зелман:„На 17 април 2012 г. направихме първата операция на пациент с прострелен шиен отдел на гръбначния стълб, страдащ от тетраплегия, нарушение на двигателната способност на четирите крайника. В мозъка на пациента са въведени специални електронни чипове, всеки от които има 96 сензора, разчитащи сигнали мозъчна дейност; чрез антени тази информация се предава на компютър, който контролира работата на специално проектирана бионична ръка. До момента в САЩ по този начин са оперирани шестима пациенти. Тази работа е финансирана от Министерството на отбраната на САЩ"
Един от проблемите на такива неврокомпютърни технологии е изборът на мозъчни сигнали, които трябва да се използват за управление на бионични протези. Според някои изследователи е необходимо да се разчете активността на нервните клетки на моторната кора на главния мозък, която е пряко отговорна за движенията, в този случай обратна връзкаформирани на равнището на действителното действие. Но има и друг подход, при който предпочитание се дава не на самото действие, а на намерението за извършването му! Идеята за инсталиране на чипове в областта на средната кора, участваща в планирането на действията, принадлежи на колегата на Зелман професор Р. Андерсън от Калифорнийския технологичен институт.
Ричард Андерсън изследва мозъка през последните 25 години, търсейки клъстери от неврони, чиято активност може да се използва за контролиране на движенията на изкуствен крайник. Той беше сигурен, че това не изисква информация за самото движение, тъй като всяко от тях е осигурено в конектома от стотици хиляди невронни връзки, които са трудни за проследяване. В този смисъл самото намерение да се извърши това или онова действие е много по-обещаващо и Андерсън в крайна сметка се намира в задната черепна ямка, до зрителни анализатори, района, където се образува.
Наистина, останалите петима пациенти, на които е имплантиран чипът в областта на моторния кортекс, са имали значително по-лоша координация, пропускали са по-често при извършване на движение, например, когато са взели кутия сок. Но също голям проблемсе крие във факта, че досега всички подобни бионични крайници се използват само в рамките на експерименти, които приключват рано или късно. Чиповете, имплантирани в мозъка, се възприемат от последния като чуждо тяло и в крайна сметка се капсулират и губят контакт с невроните. Въпреки това, същността на тези работи е, че те показват фундаменталната възможност за улесняване на живота на напълно парализирани пациенти, използвайки интерфейса мозък-компютър.
... Връщайки се към болестта на Алцхаймер, припомняме, че мозъкът здрави хорагуби по-малко от 1% от теглото си годишно, като тази загуба се компенсира от тъканна регенерация под влияние на умствена дейност. Симптомите на болестта на Алцхаймер започват да се появяват, когато 10% от мозъчната тъкан е загубена и в нормални условиятова е необратим процес. Сега обаче учените са открили 9 гена, които могат да ускорят и забавят развитието на това заболяване, включително Apoe4, който е водещият рисков фактор за тази най-често срещана форма. сенилна деменция(Веществата, способни да трансформират „агресивния“ Apoe4 протеин, кодиран от този ген, в по-безопасна изоформа вече се тестват върху животни).
Освен това учени от Университета на Южна Калифорния, заедно с колегите си от университета Уейк Форест (Северна Каролина), вече работят върху „записване“ на информация, съхранявана в мозъка, благодарение на което мозъкът на човек, страдащ от болестта на Алцхаймер, може да бъде „рестартиран“, връщайки, поне временно, изгубени спомени. Този резултат, който дори днес изглежда фантастичен, е само ясно доказателство за успехите, които съвременна наукапостигнато в изследването на мозъка – орган, който векове наред е смятан за годен да изпълнява единствено функцията за охлаждане на кръвта!
Въпреки значителния напредък в изследването на мозъка през последните години, голяма част от работата му все още е загадка. Функционирането на отделните клетки е доста добре обяснено, но разбирането как функционира мозъкът като цяло в резултат на взаимодействието на хиляди и милиони неврони е достъпно само в много опростена форма и изисква по-нататъшни задълбочени изследвания.
Енциклопедичен YouTube
1 / 5
✪ Мозък. Устройство и функции. Видео урок по биология за 8 клас
✪ Как работи мозъкът
✪ Мозък
✪ Човешка анатомия. мозък.
✪ Урок по биология №45. Структурата и функциите на мозъчните области.
субтитри
Мозъкът като орган на гръбначните животни
Мозъкът е основният отдел на ЦНС. За наличието на мозък в тесния смисъл на думата може да се говори само по отношение на гръбначните животни, като се започне от рибите. Въпреки това, този термин се използва донякъде свободно за обозначаване на подобни структури на високоорганизирани безгръбначни - например при насекомите "мозъкът" понякога се нарича натрупване на ганглии на окологлътъчния нервен пръстен. Когато се описват по-примитивни организми, се говори за главни ганглии, а не за мозък.
Теглото на мозъка като процент от телесното тегло е 0,06-0,44% при съвременните хрущялни риби, 0,02-0,94% при костните риби, 0,29-0,36% при опашатите земноводни и 0 при безопашатите риби 50-0,73%. При бозайниците относителният размер на мозъка е много по-голям: при големите китоподобни - 0,3%; при малки китоподобни - 1,7%; при примати 0,6-1,9%. При хората съотношението на мозъчната маса към телесната маса е средно 2%.
Най-големият размер е мозъкът на бозайниците от китоподобни, хоботни, примати. Най-сложният и функционален мозък е мозъкът на разумния човек.
мозъчни тъкани
Мозъкът е затворен в здрава черупка на черепа (с изключение на простите организми). В допълнение, той е покрит с черупки (лат. meninges) от съединителна тъкан - твърда (лат. dura mater) и мека (лат. pia mater), между които има съдова или арахноидна (лат. arachnoidea) обвивка. Между мембраните и повърхността на главния и гръбначния мозък има цереброспинална (често наричана цереброспинална) течност - цереброспинална течност (лат. течност). Цереброспиналната течност се намира и във вентрикулите на мозъка. Излишъкът от тази течност се нарича хидроцефалия. Хидроцефалията е вродена (по-често) и придобита.
мозъчни клетки
Досега се знаеше, че нервните клетки се регенерират само при животни. Въпреки това учените наскоро откриха, че в частта от човешкия мозък, която отговаря за обонянието, зрелите неврони се образуват от прогениторни клетки. Един ден те ще могат да помогнат за "поправянето" на увредения мозък. Стволовите клетки в мозъка спират да се делят, настъпва реактивиране на някои участъци от хромозомите, започват да се формират структури и връзки, специфични за невроните. От този момент нататък клетката може да се счита за пълноправен неврон. Към днешна дата са известни само 2 области на активен растеж на невроните. Една от тях е зоната на паметта. Другата включва областта на мозъка, отговорна за движението. Това обяснява частичното и пълно възстановяване във времето на съответните функции след увреждане на тази част от мозъка.
кръвоснабдяване
Функционирането на мозъчните неврони изисква значителен разход на енергия, която мозъкът получава чрез кръвоснабдителната мрежа. Мозъкът се кръвоснабдява от басейна на три големи артерии - две вътрешни каротидни артерии (lat. a. carotis interna) и главната артерия (lat. a. basilaris). В черепната кухина вътрешната каротидна артерия продължава под формата на предна и средна церебрална артерия (лат. aa. cerebri anterior et media). Главната артерия е разположена на вентралната повърхност на мозъчния ствол и се образува от сливането на дясната и лявата вертебрална артерия. Неговите клонове са задните церебрални артерии. Тези три двойки артерии (предна, средна, задна), анастомозиращи една с друга, образуват артериален (вилисиев) кръг. За тази цел предните церебрални артерии са свързани помежду си чрез предната комуникативна артерия (lat. a. communicans anterior), а между вътрешната каротидна (или понякога средна церебрална) и задната мозъчна артерия от всяка страна има задна комуникираща артерия (lat. aa. communicans posterior). Липсата на анастомози между артериите става забележима с развитието на съдова патология (инсулти), когато поради липсата на порочен кръг на кръвоснабдяване засегнатата област се увеличава. Освен това са възможни множество варианти на структурата (отворен кръг, атипично разделяне на кръвоносните съдове с образуване на трифуркация и др.). Ако активността на невроните в един от отделите се увеличи, кръвоснабдяването на тази област също се увеличава. Неинвазивните невроизобразяващи методи като функционален ядрено-магнитен резонанс и позитронно-емисионна томография позволяват да се регистрират промените във функционалната активност на отделните части на мозъка.
Между кръвта и мозъчните тъкани има кръвно-мозъчна бариера, която осигурява селективна пропускливост на веществата в съдовото легло към церебралната тъкан. В някои части на мозъка тази бариера отсъства (хипоталамична област) или се различава от други части, което се свързва с наличието на специфични рецептори и невроендокринни образувания. Тази бариера предпазва мозъка от много видове инфекции. В същото време много лекарства, които са ефективни в други органи, не могат да влязат в мозъка през бариерата.
Функции
Мозъчните функции включват обработка на сензорна информация от сетивата, планиране, вземане на решения, координация, контрол на движението, положителни и отрицателни емоции, внимание, памет. Човешкият мозък го прави по-висока функция- мислене. Една от функциите на човешкия мозък е възприемането и генерирането на реч.
Отдели на мозъка
Кората се състои от две полукълба, свързани помежду си със сноп нервни влакна - corpus callosum (corpus callosum). Лявото полукълбо отговаря за дясната половина на тялото, дясното - за лявата. При хората дясното и лявото полукълбо имат различни функции.
Визуалните сигнали навлизат в зрителната кора (в тилната част на мозъка), тактилните сигнали навлизат в соматосензорната кора (в париеталния лоб), обонятелните сигнали навлизат в обонятелната кора и т.н. ) са интегрирани.
От една страна, има локализация на функциите в областите на мозъка, от друга страна, всички те са свързани в една мрежа.
Пластмаса
Мозъкът има свойството пластичност. Ако един от неговите отдели е засегнат, други отдели могат да компенсират неговата функция след известно време. Пластичността на мозъка също играе роля при усвояването на нови умения.
Ембрионално развитие
Ембрионалното развитие на мозъка е един от ключовете за разбиране на неговата структура и функции.
Мозъкът се развива от ростралната част на невралната тръба. По-голямата част от мозъка (95%) е производно на птеригоидната пластина.
Ембриогенезата на мозъка преминава през няколко етапа.
- Етап на три мозъчни мехурчета - при хората, в началото на четвъртата седмица от вътрематочното развитие, ростралният край на невралната тръба образува три мехурчета: Prosencephalon (преден мозък), Mesencephalon (среден мозък), Rhombencephalon (ромбоиден мозък или първичен заден мозък).
- Етап на пет мозъчни мехурчета - при хората, в началото на деветата седмица от вътрематочното развитие, Prosencephalon накрая се разделя на Telencephalon (краен мозък) и Diencephalon (междинен мозък), Mesencephalon се запазва, а Rhombencephalon се разделя на Metencephalon (заден мозък). ) и Myelencephalon (продълговатия мозък).
В процеса на формиране на втория етап (от третата до седмата седмица на развитие) човешкият мозък придобива три завоя: среден мозък, цервикален и мост. Първо се формират едновременно и в една посока флексурите на средния мозък и моста, след това - и в обратната посока - цервикалната флексура. В резултат на това линейният мозък се "сгъва" на зигзаг.
С развитието на човешкия мозък може да се отбележи известно сходство между филогенезата и онтогенезата. В процеса на еволюция на животинския свят първо се формира теленцефалонът, а след това средният мозък. Предният мозък е еволюционно по-нова формация на главния мозък. Също така във вътреутробното развитие на детето първо се формира задният мозък като най-еволюционно древната част от мозъка, а след това средният и след това предният мозък. След раждането, от ранна детска възраст до зряла възраст, има организационно усложнение на невронните връзки в мозъка.
Изследователски методи
Аблации
Един от най-старите методи за изследване на мозъка е техниката на аблация, която се състои в това, че една от частите на мозъка се отстранява и учените наблюдават промените, до които води такава операция.
Не всяка област на мозъка може да бъде отстранена, без да се убие организмът. По този начин много части от мозъчния ствол са отговорни за жизнените функции, като дишането, и тяхното поражение може да причини незабавна смърт. Независимо от това, поражението на много отдели, въпреки че засяга жизнеспособността на организма, не е фатално. Това, например, се отнася за областите на мозъчната кора. Масивният инсулт причинява парализа или загуба на говор, но тялото продължава да живее. Вегетативно състояние, в което по-голямата част от мозъка е мъртва, може да се поддържа чрез изкуствено хранене.
Изследванията на аблацията имат дълга история и продължават. Докато учените от миналото са премахвали области от мозъка хирургически, съвременните изследователи използват токсични вещества, които селективно засягат мозъчната тъкан (например клетките в определена област, но не и нервните влакна, преминаващи през нея).
След отстраняване на част от мозъка някои функции се губят, а други се запазват. Например, котка, чийто мозък е бил дисектиран над таламуса, запазва много постурални реакции и гръбначни рефлекси. Животно, чийто мозък е дисектиран на нивото на мозъчния ствол (децеребрирано), поддържа тонуса на екстензорните мускули, но губи постуралните рефлекси.
Правят се наблюдения и върху хора с поражения на мозъчните структури. Така случаите на огнестрелни рани в главата по време на Втората световна война предоставят богата информация на изследователите. Изследвания се провеждат и върху пациенти с инсулт и с увреждане на мозъка в резултат на травма.
Транскраниална магнитна стимулация
В някои случаи тънки електроди (от един до няколкостотин) се имплантират в мозъка и изследователите записват активност за дълго време. В други случаи електродът се вкарва в мозъка само за времетраенето на експеримента и се отстранява в края на записа.
С помощта на тънък електрод е възможно да се регистрира както активността на отделните неврони, така и локалните потенциали (локални полеви потенциали), които се образуват в резултат на активността на много стотици неврони. С помощта на ЕЕГ електроди, както и повърхностни електроди, приложени директно към мозъка, може да се регистрира само глобалната активност на голям брой неврони. Смята се, че активността, записана по този начин, се състои както от невронни потенциали за действие (т.е. невронни импулси), така и от подпрагови деполяризации и хиперполяризации.
Когато се анализират мозъчните потенциали, често се извършва техният спектрален анализ, като различните компоненти на спектъра имат различни имена: делта (0,5-4 Hz), тета 1 (4-6 Hz), тета 2 (6-8 Hz), алфа (8-13 Hz), бета 1 (13-20 Hz), бета 2 (20 -40 Hz), гама вълни (включва бета 2 ритми и по-високи).
електрическа стимулация
Един от методите за изследване на функциите на мозъка е електрическата стимулация на определени области. С помощта на този метод например е изследван "моторният хомункулус" - показано е, че чрез стимулиране на определени точки в моторния кортекс е възможно да се предизвика движение на ръката, стимулиране на други точки - движения на краката и т.н. Получената по този начин карта се нарича хомункулус. Различните части на тялото са представени от области на мозъчната кора, които се различават по размер. Следователно хомункулусът има голямо лице, палци и длани, но малък торс и крака.
Ако стимулирате сетивните области на мозъка, можете да предизвикате усещания. Това е показано както при хора (в известните експерименти на Пенфийлд), така и при животни.
Електростимулацията се използва и в медицината – от електрошока, показан в много филми за ужасите на психиатричните болници, до стимулиране на структури дълбоко в мозъка, превърнало се в популярно лечение на болестта на Паркинсон.
Други техники
Рентгеновите CT и MRI се използват за изследване на анатомичните структури на мозъка. Също така, при анатомични и функционални изследвания на мозъка се използват PET, еднофотонна емисионна компютърна томография (SPECT), функционален MRI. Чрез метода е възможно да се визуализират структурите на мозъка ултразвукова диагностика(ултразвук) при наличие на ултразвуков "прозорец" - дефект в черепните кости, например голяма фонтанела при малки деца.
Травми и заболявания
Проучването и лечението на лезии и заболявания на мозъка попада под юрисдикцията на биологията и медицината (неврофизиология, неврология, неврохирургия, психиатрия и психология).
Възпаление менингинаречен менингит (съответстващ на трите мембрани – пахименингит, лептоменингит и арахноидит).
Теглото на мозъка на възрастен е средно равно на една петдесета от общото телесно тегло. В същото време човешкият мозък консумира една пета от циркулиращата кръв (т.е. една пета от кислорода), една пета от глюкозата, влизаща в тялото.
Средното тегло на мозъка при различни живи същества е дадено в таблицата.
|
