Cervello. cervello umano
Animali, di solito situati nella sezione della testa (anteriore) del corpo e rappresentano un accumulo compatto di cellule nervose e dei loro processi-dendriti. In molti animali contiene anche cellule gliali e può essere circondato da una guaina di tessuto connettivo. Nei vertebrati (compreso l'uomo), viene fatta una distinzione tra il cervello, situato nella cavità cranica, e il midollo spinale, situato nel canale spinale.
cervello di invertebrati
Il cervello è ben sviluppato nella stragrande maggioranza dei gruppi Bilateria - animali bilateralmente simmetrici. Anche i più primitivi nei turbellari istologicamente non intestinali (ora classificati come un tipo separato Acoelomorpha) hanno un cervello abbastanza complesso con corteccia, neuropila e commessure.
Sezioni del cervello dei mammiferi
Mente e cervello
Inoltre, ci sono affermazioni che la mente è simile a un computer e algoritmica. I punti di vista della "mente generata dal cervello" e della "mente simile a un computer" non si accompagnano necessariamente a vicenda.
Dimensioni del cervello nei mammiferi
Massa cerebrale (kg) in funzione della massa corporea (M t, kg) per vari gruppi mammiferi:
Il cervello nella cultura
A causa dell'importanza fondamentale del cervello nel corpo, l'argomento del cervello è popolare. Nei tempi antichi, mangiare il cervello di una persona o di un animale sconfitto, insieme ad altre parti del corpo, simboleggiava l'acquisizione della forza del nemico. Nel medioevo il cervello era inteso come il centro della vita, insieme al cuore. Attualmente, il tema del cervello è diffuso in finzione, videogiochi e film, in particolare film di zombi.
Storia dello studio del cervello
L'inizio della moderna scienza del cervello è stato posto all'inizio del XX secolo da due scoperte: l'analisi degli atti riflessi e la scoperta della localizzazione delle funzioni nella corteccia cerebrale. Sulla base di queste scoperte, è stato suggerito quello semplice adattivo movimenti involontari effettuato grazie all'arco riflesso del livello segmentale, che passa attraverso le parti inferiori del cervello, e la percezione cosciente e i movimenti volontari sono forniti dai riflessi ordine superiore, il cui arco senso-motorio attraversa le parti superiori del cervello.
Il cervello fa parte del sistema nervoso centrale, il principale regolatore di tutte le funzioni vitali dell'organismo. A seguito della sua sconfitta, malattie gravi. Il cervello contiene 25 miliardi di neuroni che compongono la materia grigia cerebrale. Il cervello è coperto da tre membrane: dura, morbida e aracnoidea situata tra di loro, attraverso i canali di cui circola il liquido cerebrospinale (CSF). Il liquore è una specie di ammortizzatore idraulico. Il cervello di un maschio adulto pesa in media 1375 g, le donne - 1245 g Tuttavia, ciò non significa che negli uomini sia meglio sviluppato. A volte il peso del cervello può raggiungere i 1800 g.
Struttura
Il cervello è costituito da 5 sezioni principali: finale, diencefalo, medio, romboencefalo e midollo allungato. Il telencefalo costituisce l'80% della massa totale del cervello. Si è allungato da osso frontale all'occipite. Il telencefalo è costituito da due emisferi, in cui sono presenti molti solchi e circonvoluzioni. È diviso in diversi lobi (frontale, parietale, temporale e occipitale). Distinguere tra la sottocorteccia e la corteccia cerebrale. La sottocorteccia è costituita da nuclei sottocorticali regolazione delle varie funzioni corporee. Il cervello si trova in tre fosse craniche. Gli emisferi cerebrali occupano le fosse anteriore e media, e fossa posteriore- il cervelletto, sotto il quale si trova il midollo allungato.
Funzioni
Le funzioni delle diverse parti del cervello sono diverse.
telencefalo
Ci sono circa 10 miliardi di neuroni nella corteccia grigia. Costituiscono solo uno strato di 3 mm, ma le loro fibre nervose sono ramificate come una rete. Ogni neurone può avere fino a 10.000 contatti con altri neuroni. Parte fibre nervose collega gli emisferi destro e sinistro attraverso il corpo calloso del cervello. I neuroni costituiscono la materia grigia, mentre le fibre costituiscono sostanza bianca. All'interno degli emisferi cerebrali, tra lobi frontali e diencefalo, si trovano i grappoli materia grigia. esso gangli della base. I gangli sono gruppi di neuroni che trasmettono informazioni.
diencefalo
Il diencefalo è diviso in parti ventrale (ipotalamo) e dorsale (talamo, metatalamo, epitalamo). Il talamo è il mediatore in cui convergono tutti gli stimoli ricevuti dal mondo esterno e sono diretti agli emisferi cerebrali in modo tale che l'organismo possa adattarsi adeguatamente ad un ambiente in continuo mutamento. L'ipotalamo è il principale centro sottocorticale per la regolazione delle funzioni autonome del corpo.
mesencefalo
Si estende dal bordo anteriore del ponte alle vie ottiche e ai corpi papillari. È costituito dalle gambe del grande cervello e dalla quadrigemina. Tramite mesencefalo tutto passa sentieri ascendenti alla corteccia cerebrale e al cervelletto e discendente, portando gli impulsi al midollo allungato e al midollo spinale. È importante per elaborare gli impulsi nervosi dai recettori visivi e uditivi.
Cervelletto e ponte
Il cervelletto si trova nella regione occipitale dietro il midollo allungato e il ponte. Consiste di due emisferi e un verme tra di loro. La superficie del cervelletto è costellata di solchi. Il cervelletto è coinvolto nel coordinamento di atti motori complessi.
Ventricoli del cervello
I ventricoli laterali si trovano negli emisferi del proencefalo. Il terzo ventricolo si trova tra i tubercoli visivi ed è collegato al quarto ventricolo, che comunica con lo spazio subaracnoideo. Il liquore, situato nei ventricoli, circola nella madre aracnoidea.
Grandi funzioni cerebrali (terminali).
Grazie al lavoro del cervello, una persona può pensare, sentire, ascoltare, vedere, toccare, muoversi. Il grande cervello (finale) controlla tutto ciò che è vitale processi importanti che si verificano nel corpo umano, ed è anche il "ricettacolo" di tutte le nostre capacità intellettuali. Dal mondo degli animali, l'uomo, prima di tutto, si distingue discorso sviluppato e capacità di pensiero astratto, cioè. la capacità di pensare in categorie morali o logiche. Solo nella mente umana possono sorgere diverse idee, ad esempio politiche, filosofiche, teologiche, artistiche, tecniche, creative.
Inoltre, il cervello regola e coordina il lavoro di tutti i muscoli umani (sia quelli che una persona può controllare con la forza di volontà sia quelli che non dipendono dalla volontà di una persona, ad esempio il muscolo cardiaco). I muscoli ricevono una serie di impulsi dal sistema nervoso centrale, ai quali i muscoli rispondono con una contrazione di una certa forza e durata. Gli impulsi vengono inviati al cervello da vari corpi sensi, provocando le reazioni necessarie, ad esempio girando la testa nella direzione da cui si sente il rumore.
L'emisfero sinistro del cervello controlla la metà destra del corpo e l'emisfero destro controlla la sinistra. I due emisferi si completano a vicenda.
Il cervello ricorda Noce, in esso si distinguono tre grandi sezioni: il tronco, la sezione sottocorticale e la corteccia cerebrale. La superficie totale della corteccia aumenta a causa di numerosi solchi, che dividono l'intera superficie dell'emisfero in convoluzioni e lobi convessi. Tre solchi principali - centrale, laterale e parietale-occipitale - dividono ciascun emisfero in quattro lobi: frontale, parietale, occipitale e temporale. Le singole aree della corteccia cerebrale sono diverse valore funzionale. Gli impulsi delle formazioni recettoriali entrano nella corteccia cerebrale. Ciascun apparato recettoriale periferico nella corteccia corrisponde a un'area chiamata nucleo corticale dell'analizzatore. Un analizzatore è una formazione anatomica e fisiologica che fornisce la percezione e l'analisi di informazioni sui fenomeni che si verificano nell'ambiente e (o) all'interno del corpo umano e forma sensazioni specifiche per un particolare analizzatore (ad esempio dolore, analizzatore uditivo). Le aree della corteccia in cui si trovano i nuclei corticali degli analizzatori sono chiamate zone sensoriali della corteccia cerebrale. La zona motoria della corteccia cerebrale interagisce con le zone sensoriali e, quando viene stimolata, si verifica il movimento. Questo può essere mostrato da un semplice esempio: quando si avvicina la fiamma di una candela, i recettori del dolore e del calore delle dita iniziano a inviare segnali, quindi i neuroni dell'analizzatore corrispondente identificano questi segnali come dolore causato da un'ustione e i muscoli sono " ordinato” di ritirare la mano.
Zone di associazione
Le zone associative sono zone funzionali della corteccia cerebrale. Collegano le informazioni sensoriali in entrata con quelle precedentemente ricevute e archiviate nella memoria e confrontano anche le informazioni ricevute da diversi recettori. I segnali sensoriali vengono compresi, interpretati e, se necessario, trasmessi all'area motoria ad essa associata. Pertanto, le zone associative sono coinvolte nei processi di pensiero, memorizzazione e apprendimento.
Lobi del telencefalo
Il telencefalo è diviso nei lobi frontale, occipitale, temporale e parietale. Nel lobo frontale sono presenti zone dell'intelletto, della capacità di concentrazione e zone motorie; nelle zone temporali - uditive, nelle zone parietali del gusto, del tatto, dell'orientamento spaziale e nelle zone occipitali - visive.
Zona di discorso
Danni ingenti a sinistra Lobo temporale, ad esempio, a causa di gravi lesioni alla testa e varie malattie, così come dopo un ictus, sono solitamente accompagnati da disturbi del linguaggio sensoriale e motorio.
Il telencefalo è la parte più giovane e sviluppata del cervello, che determina la capacità di una persona di pensare, sentire, parlare, analizzare e controlla anche tutti i processi che si verificano nel corpo. Le funzioni di altre parti del cervello, prima di tutto, includono il controllo e la trasmissione degli impulsi, molte funzioni vitali: regolano il metabolismo ormonale, il metabolismo, i riflessi, ecc.
Per normale funzionamento il cervello ha bisogno di ossigeno. Ad esempio, se durante un arresto cardiaco o una lesione dell'arteria carotide, il circolazione cerebrale, quindi dopo alcuni secondi la persona perde conoscenza e dopo 2 minuti le cellule cerebrali iniziano a morire.
Funzioni del diencefalo
Il tubercolo visivo (talamo) e l'ipotalamo (ipotalamo) sono parti del diencefalo. Gli impulsi provenienti da tutti i recettori del corpo entrano nei nuclei del talamo. Le informazioni ricevute nel talamo vengono elaborate e inviate agli emisferi cerebrali. Il talamo si collega al cervelletto e al cosiddetto sistema limbico. L'ipotalamo regola le funzioni autonome del corpo. L'influenza dell'ipotalamo viene effettuata attraverso il sistema nervoso e le ghiandole endocrine. L'ipotalamo è anche coinvolto nella regolazione delle funzioni di molte ghiandole endocrine e del metabolismo, nonché nella regolazione della temperatura corporea e dell'attività dell'apparato cardiovascolare e digerente.
sistema limbico
Il sistema limbico gioca un ruolo importante nel plasmare il comportamento emotivo umano. Il sistema limbico è formazioni nervose situato sul lato mediano del telencefalo. Questa zona non è stata ancora completamente esplorata. Si presume che il sistema limbico e l'ipotalamo che controlla siano responsabili di molti dei nostri sentimenti e desideri, ad esempio sete e fame, paura, aggressività e desiderio sessuale sorgono sotto la loro influenza.
Funzioni del tronco cerebrale
Il tronco encefalico è una parte filogeneticamente antica del cervello, costituita dal mesencefalo, dal romboencefalo e dal midollo allungato. Il mesencefalo contiene il visivo primario e centri uditivi. Con la loro partecipazione si realizzano riflessi di orientamento alla luce e al suono. Nel midollo allungato ci sono centri per la regolazione della respirazione, dell'attività cardiovascolare, delle funzioni organi digestivi così come il metabolismo. Midollo partecipa all'attuazione di tali atti riflessi come masticare, succhiare, starnutire, deglutire, vomitare.
Funzioni del cervelletto
Il cervelletto controlla i movimenti del corpo. Gli impulsi arrivano al cervelletto da tutti i recettori irritati durante i movimenti del corpo. La funzione del cervelletto può essere influenzata dall'ingestione di alcol o altre sostanze che provocano vertigini. Pertanto, sotto l'influenza dell'intossicazione, le persone non sono in grado di coordinare normalmente i loro movimenti. A l'anno scorso ci sono prove crescenti che il cervelletto gioca un ruolo in attività cognitiva persona.
nervi cranici
Oltre ad midollo spinale anche dodici nervi cranici sono molto importanti: I e II paia - nervi olfattivi e ottici; III, IV VI coppie - nervi oculomotori; V coppia -nervo trigemino- innerva muscoli masticatori; VII - nervo facciale - innerva i muscoli facciali, contiene anche fibre secretorie a livello lacrimale e ghiandole salivari; VIII paio - nervo vestibolococleare - collega gli organi dell'udito, dell'equilibrio e della gravità; IX coppia - nervo glossofaringeo- innerva la faringe, i suoi muscoli, ghiandola parotide, papille gustative della lingua; X coppia - nervo vago-è suddiviso in una serie di rami che innervano i polmoni, il cuore, l'intestino, ne regolano le funzioni; XI paio - nervo accessorio - innerva i muscoli del cingolo scapolare. La fusione dei nervi spinali provoca XII coppia - nervo ipoglosso- innerva i muscoli della lingua e l'apparato sublinguale.
Tuttavia, questo termine è usato in qualche modo vagamente per riferirsi a strutture simili di invertebrati altamente organizzati - ad esempio, negli insetti, il "cervello" è talvolta chiamato l'accumulo di gangli dell'anello nervoso perifaringeo. Quando si descrivono organismi più primitivi, si parla di gangli della testa, non del cervello.
Il peso del cervello come percentuale del peso corporeo è 0,06-0,44% nei pesci cartilaginei moderni, 0,02-0,94% nei pesci ossei, 0,29-0,36% negli anfibi dalla coda e 0 nei pesci senza coda.50-0,73%. Nei mammiferi, la dimensione relativa del cervello è molto più grande: nei grandi cetacei, 0,3%; nei piccoli cetacei - 1,7%; nei primati 0,6-1,9%. Negli esseri umani, il rapporto tra massa cerebrale e massa corporea è in media del 2%.
La dimensione più grande è il cervello degli ordini di mammiferi cetacei, proboscide, primati. Il più difficile e cervello funzionale considerato il cervello di una persona ragionevole.
La massa media del cervello in vari esseri viventi è mostrata nella tabella.
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tessuti cerebrali
Il cervello è racchiuso in un robusto guscio del cranio (ad eccezione degli organismi semplici). Inoltre, è ricoperto da gusci (lat. meningi) di tessuto connettivo - duro (lat. dura madre) e morbido (lat. pia madre), tra i quali c'è un guscio vascolare o aracnoide (lat. aracnoidea). Tra le membrane e la superficie del cervello e del midollo spinale c'è il liquido cerebrospinale (spesso chiamato cerebrospinale) - liquido cerebrospinale (liquore latino). Il liquido cerebrospinale si trova anche nei ventricoli del cervello. Un eccesso di questo fluido è chiamato idrocefalo. L'idrocefalo è congenito (più spesso) e acquisito.
cellule cerebrali
A seguito di una ricerca congiunta condotta nel 2006, scienziati delle università di Auckland (Nuova Zelanda) e Göteborg (Svezia) hanno scoperto che grazie all'attività delle cellule staminali, il cervello umano è in grado di riprodurre nuovi neuroni. I ricercatori hanno scoperto che nella parte del cervello umano responsabile dell'olfatto, i neuroni maturi sono formati da cellule progenitrici. Le cellule staminali nel cervello smettono di dividersi, si verifica la riattivazione di alcune sezioni dei cromosomi e iniziano a formarsi strutture e connessioni specifiche per i neuroni. Da questo momento in poi, la cellula può essere considerata un neurone a tutti gli effetti. Sono note due aree di crescita attiva dei neuroni. Uno di questi è la zona di memoria. L'altro comprende l'area del cervello responsabile del movimento. Questo spiega il recupero parziale e completo nel tempo delle funzioni corrispondenti dopo il danneggiamento di questa parte del cervello.
Riserva di sangue
Il funzionamento dei neuroni cerebrali richiede un notevole dispendio di energia, che il cervello riceve attraverso la rete di afflusso di sangue. Il cervello è rifornito di sangue dal pool di tre grandi arterie, due interne arterie carotidi(lat. a. carotis interna) e l'arteria principale (lat. a. basilaris). Nella cavità cranica, l'arteria carotide interna continua nella forma delle arterie cerebrali anteriori e medie (lat. aa. cerebri anterior et media). L'arteria principale si trova sulla superficie ventrale del tronco cerebrale ed è formata dalla fusione di destra e sinistra arterie vertebrali. I suoi rami sono le arterie cerebrali posteriori. Queste tre paia di arterie (anteriore, centrale, posteriore), anastomizzandosi l'una con l'altra, formano un cerchio arterioso (willisian). Per fare ciò, le arterie cerebrali anteriori sono collegate tra loro dall'arteria comunicante anteriore (lat. a. communicans anterior) e tra la carotide interna (o, talvolta, la cerebrale media) e la posteriore arterie cerebrali, su ciascun lato, è presente un'arteria comunicante posteriore (lat. aa.communicans posterior). L'assenza di anastomosi tra le arterie diventa evidente con lo sviluppo patologia vascolare(corsa) quando per mancanza di Circolo vizioso l'afflusso di sangue alla zona interessata aumenta. Inoltre, sono possibili numerose varianti della struttura (cerchio aperto, divisione atipica dei vasi sanguigni con formazione di triforcazione e altri). Se l'attività dei neuroni in uno dei dipartimenti aumenta, aumenta anche l'afflusso di sangue a quest'area. Registra i cambiamenti nell'attività funzionale singole sezioni del cervello consente metodi di neuroimaging non invasivo come la risonanza magnetica funzionale e la tomografia a emissione di positroni.
C'è una barriera emato-encefalica tra il sangue e i tessuti cerebrali, che assicura la permeabilità selettiva delle sostanze all'interno letto vascolare, nel tessuto cerebrale. In alcune parti del cervello questa barriera è assente (regione ipotalamica) o differisce da altre parti, associata alla presenza di specifici recettori e formazioni neuroendocrine. Questa barriera protegge il cervello da molti tipi di infezioni. Allo stesso tempo, molti farmaci efficaci in altri organi non possono entrare nel cervello attraverso la barriera.
Con una massa di circa il 2%. massa totale corpo, il cervello adulto consuma il 15% del volume del sangue circolante, utilizzando il 50% del glucosio prodotto dal fegato ed entrando nel sangue.
Funzioni
Dipartimenti del cervello
Le parti principali del cervello umano
- Cervello romboidale (posteriore).
- indietro (in realtà indietro)
- ponte (contiene principalmente fibre nervose di proiezione e gruppi di neuroni, è un collegamento intermedio nel controllo del cervelletto)
- cervelletto (composto dal verme e dagli emisferi, sulla superficie del cervelletto cellule nervose formare una crosta)
- indietro (in realtà indietro)
La cavità del cervello romboidale è il ventricolo IV (nella parte inferiore ci sono dei fori che lo collegano agli altri tre ventricoli del cervello, nonché allo spazio subaracnoideo).
- mesencefalo
- cavità mesencefalo - acquedotto del cervello (acquedotto Sylvius)
- gambe del cervello
- il proencefalo è costituito dal diencefalo e dal telencefalo.
- intermedio (attraverso questo dipartimento, tutte le informazioni che provengono dalle parti inferiori del cervello agli emisferi cerebrali vengono scambiate). La cavità del diencefalo è il III ventricolo.
- epitalamo
- guinzaglio
- striscia grigia
- ipotalamo (centro del sistema nervoso autonomo)
- infundibolo ipofisario
- epitalamo
- finito
- nuclei basali (striato)
- recinzione
- "cervello olfattivo"
- bulbo olfattivo (passa il nervo olfattivo)
- tratto olfattivo
- cavità del telencefalo - laterale (I e II ventricolo)
- nuclei basali (striato)
- intermedio (attraverso questo dipartimento, tutte le informazioni che provengono dalle parti inferiori del cervello agli emisferi cerebrali vengono scambiate). La cavità del diencefalo è il III ventricolo.
I segnali fluiscono da e verso il cervello attraverso il midollo spinale, che controlla il corpo, e attraverso i nervi cranici. I segnali sensoriali (o afferenti) provengono dagli organi di senso ai nuclei sottocorticali (cioè che precedono la corteccia cerebrale), quindi al talamo e da lì alla sezione superiore - la corteccia cerebrale.
La corteccia è costituita da due emisferi, interconnessi da un fascio di fibre nervose: il corpo calloso (corpo calloso). L'emisfero sinistro è responsabile metà destra corpo, a destra - per la sinistra. Nell'uomo, gli emisferi destro e sinistro hanno funzioni diverse.
I segnali visivi entrano nella corteccia visiva (nel lobo occipitale), i segnali tattili entrano nella corteccia somatosensoriale (in Lobo parietale), olfattivo - nella corteccia olfattiva, ecc. Nelle aree associative della corteccia si verifica l'integrazione dei segnali sensoriali tipi diversi(modalità).
Da un lato, c'è una localizzazione delle funzioni nelle regioni del cervello, dall'altro, sono tutte collegate in un'unica rete.
Plastica
Il cervello ha la proprietà della plasticità. Se uno dei suoi dipartimenti è interessato, gli altri dipartimenti possono compensare la sua funzione dopo un po'. Anche la plasticità cerebrale gioca un ruolo nell'apprendimento di nuove abilità.
Sviluppo embrionale
Lo sviluppo embrionale del cervello è una delle chiavi per comprenderne la struttura e le funzioni.
Il cervello si sviluppa dalla porzione rostrale del tubo neurale. La maggior parte del cervello (95%) è un derivato della placca pterigoidea.
L'embriogenesi del cervello passa attraverso diverse fasi.
- Lo stadio delle tre bolle cerebrali - nell'uomo, all'inizio della quarta settimana di sviluppo intrauterino, l'estremità rostrale del tubo neurale forma tre bolle: prosencefalo (proencefalo), mesencefalo (mesencefalo), rombencefalo (cervello romboidale o romboencefalo primario ).
- Lo stadio di cinque bolle cerebrali: nell'uomo, all'inizio della nona settimana di sviluppo intrauterino, il prosencefalo si divide infine in telencefalo (telencefalo) e diencefalo (intercervello), il mesencefalo è preservato e il rombencefalo si divide in metencefalo (cervello) e mielencefalo (midollo allungato).
Nel processo di formazione del secondo stadio (dalla terza alla settima settimana di sviluppo), il cervello umano acquisisce tre curve: mesencefalo, cervicale e ponte. In primo luogo, le flessioni mesencefalo e pontine si formano simultaneamente e in una direzione, quindi - e nella direzione opposta - la flessione cervicale. Di conseguenza, il cervello lineare "si piega" a zigzag.
Con lo sviluppo del cervello umano si può notare una certa somiglianza tra filogenesi e ontogenesi. Nel processo di evoluzione del mondo animale, si formò prima il telencefalo e poi il mesencefalo. Il proencefalo è una formazione evolutivamente più recente del cervello. Anche in sviluppo intrauterino di un bambino, il romboencefalo si forma prima come la parte evolutivamente più antica del cervello, quindi il mesencefalo e poi il proencefalo. Dopo la nascita con infanzia fino all'età adulta, c'è una complicazione organizzativa delle connessioni neurali nel cervello.
Metodi di ricerca
ablazioni
Uno di metodi più antichi la ricerca sul cervello è una tecnica di ablazione, che consiste nel fatto che una delle parti del cervello viene rimossa e gli scienziati osservano i cambiamenti a cui porta tale operazione.
Non tutte le aree del cervello possono essere rimosse senza uccidere l'organismo. Quindi, molte parti del tronco cerebrale sono responsabili di vitali caratteristiche importanti, come la respirazione, e la loro sconfitta possono causare la morte immediata. Tuttavia, la sconfitta di molti dipartimenti, sebbene influisca sulla vitalità dell'organismo, non è fatale. Questo, ad esempio, si applica alle aree della corteccia cerebrale. Un grave ictus provoca paralisi o perdita della parola, ma il corpo sopravvive. Uno stato vegetativo, in cui la maggior parte del cervello è morta, può essere mantenuto attraverso la nutrizione artificiale.
La ricerca sull'ablazione ha una lunga storia ed è in corso. Mentre gli scienziati del passato rimuovevano chirurgicamente le aree del cervello, i ricercatori moderni usano sostanze tossiche, che colpisce selettivamente il tessuto cerebrale (ad esempio, le cellule in una determinata area, ma non le fibre nervose che lo attraversano).
Dopo la rimozione di una parte del cervello, alcune funzioni vengono perse, mentre altre vengono preservate. Ad esempio, un gatto il cui cervello è stato sezionato sopra il talamo conserva molte risposte posturali e riflessi spinali. Un animale il cui cervello è sezionato a livello del tronco cerebrale (decerebrato) mantiene il tono dei muscoli estensori, ma perde i riflessi posturali.
Si stanno facendo osservazioni anche su persone con lesioni delle strutture cerebrali. Pertanto, i casi di ferite da arma da fuoco alla testa durante la seconda guerra mondiale hanno fornito ricche informazioni ai ricercatori. Sono inoltre in corso studi su pazienti con ictus e con danni cerebrali a seguito di traumi.
Stimolazione magnetica transcranica
La stimolazione magnetica transcranica è un metodo che consente la stimolazione non invasiva della corteccia cerebrale mediante brevi impulsi magnetici. TMS non è associato a sensazioni dolorose e quindi può essere utilizzato come procedura diagnostica in impostazioni ambulatoriali. L'impulso magnetico generato dal TMS è un campo magnetico in rapida evoluzione che viene prodotto attorno alla bobina elettromagnetica durante il passaggio della corrente al suo interno. alta tensione dopo la scarica di un potente condensatore (stimolatore magnetico). Gli stimolatori magnetici utilizzati oggi in medicina sono in grado di generare un campo magnetico con un'intensità fino a 2 Tesla, che consente di stimolare elementi della corteccia cerebrale a una profondità fino a 2 cm, a seconda della configurazione della bobina elettromagnetica , TMS può attivare aree della corteccia di varie aree, ovvero 1) focale, che consente di stimolare selettivamente piccole aree della corteccia, o 2) diffusa, che consente di stimolare contemporaneamente diversi reparti abbaio.
Quando stimolato nella corteccia motoria, il TMS provoca la contrazione di alcuni muscoli periferici in accordo con la loro rappresentazione topografica nella corteccia. Il metodo consente di valutare l'eccitabilità del sistema motorio del cervello, comprese le sue componenti eccitatorie e inibitorie. La TMS viene utilizzata nel trattamento di malattie del cervello come la sindrome di Alzheimer, lo studio della cecità, sordità, epilessia, ecc.
elettrofisiologia
Gli elettrofisiologi registrano l'attività elettrica del cervello - utilizzando elettrodi sottili che consentono di registrare le scariche dei singoli neuroni o utilizzando l'elettroencefalografia (una tecnica per deviare i potenziali cerebrali dalla superficie della testa).
L'elettrodo sottile può essere di metallo (coperto da un materiale isolante che espone solo la punta acuminata) o di vetro. Il microelettrodo di vetro è un tubo sottile riempito di soluzione salina all'interno. L'elettrodo può essere così sottile da penetrare all'interno della cellula e consentire la registrazione dei potenziali intracellulari. Un altro modo per registrare l'attività dei neuroni, extracellulare -
"Wikipedia del cervello"
contro la demenza, malattia mentale e "catastrofi" cerebrali
Il professor Vladimir Lazarevich Zelman, membro straniero dell'Accademia russa delle scienze mediche e dell'Accademia russa delle scienze, uno dei pionieri della neuroanestesiologia, membro del Consiglio accademico internazionale di Novosibirsk Università Statale, laureato al Novosibirsk Medical Institute, oggi è uno dei primi tre anestesisti americani. La University of Southern California (Los Angeles, USA), dove V. L. Zelman dirige il Dipartimento di Anestesiologia e Terapia Intensiva, è uno dei leader nel campo delle neuroscienze negli Stati Uniti e partecipa a numerosi importanti progetti di ricerca sul cervello, come come ENIGMA. Nella sua conferenza alla NSMU e in un'intervista a SCIENCE First Hand, il professor Zelman ha parlato dei risultati più interessanti ottenuti dal personale universitario in collaborazione con colleghi di altre organizzazioni in uno dei punti più caldi all'incrocio tra biologia e medicina moderne. Tra questi c'è il database genetico cervello in via di sviluppo, che consentirà di valutare i rischi genetici delle malattie; una mappa della posizione nel cervello di tutti i neuroni e il "cablaggio" che li collega; tecnologie di neurocomputer che consentono al "potere del pensiero" di controllare le protesi bioniche
Tanto per cominciare, alcune statistiche: secondo gli esperti, entro il 2050 il numero di persone affette da demenza, demenza acquisita, potrebbe quasi triplicare nel mondo e raggiungere i 132 milioni.La forma più comune di demenza è associata al morbo di Alzheimer, una malattia neurodegenerativa che si sviluppa principalmente in età avanzata. E ritardare l'insorgenza della malattia di soli 5 anni (da 76 anni a 81 anni) ridurrà della metà il numero di pazienti!
E questo è solo un esempio eloquente dell'importanza delle neuroscienze che studiano il cervello: la base fisica della nostra coscienza, l'attività subconscia e mentale, uno degli organi più complessi e misteriosi. corpo umano. I meccanismi del funzionamento del cervello non sono completamente compresi, anche se nell'ultimo quarto di secolo, grazie all'emergere di nuove tecnologie di ricerca, come la risonanza magnetica, l'elettroencefalografia e altre, si è saputo di più sulla biologia di un cervello sano e malato che nell'intera storia precedente del suo studio. Negli ultimi dieci anni, tuttavia, è diventato chiaro che almeno l'80% dei geni attualmente conosciuti sono espressi in una certa misura nel sistema nervoso centrale e periferico.
Gli investimenti nelle neuroscienze sono ora stimati in miliardi di dollari. Così, nell'ultimo decennio del 20° secolo, dichiarato il "decennio del cervello", il Congresso degli Stati Uniti ha stanziato circa 3 miliardi di dollari per la ricerca in quest'area. Per fare un confronto: circa 3,7 miliardi di dollari sono stati stanziati per lo studio del genoma umano presso il contemporaneamente; è simbolico che questi due siano più importanti progetto scientifico andato in parallelo.
La University of Southern California, fondata nel 1880, è la più antica università di ricerca privata della California. Negli ultimi anni, secondo autorevoli valutazioni, è stato tradizionalmente inserito tra i primi cento migliori università pace. Ora più di 40mila studenti studiano all'università. Nel 1994, il Professore Universitario DE Olah ha ricevuto il Premio Nobel per la Chimica
L'Università della California meridionale ha aperto la strada alla ricerca sul cervello negli ultimi anni, non solo negli Stati Uniti ma in tutto il mondo, attraverso un approccio multidisciplinare unico che consente soluzioni collaborative ai misteri delle malattie cerebrali in modi che i laboratori isolati non possono.
Quindi, per diversi anni, scienziati dell'Istituto di Neurogenetica. Zilka della University of Southern California sta conducendo una ricerca congiunta con un gruppo di dipendenti della Yale University e del Brain Institute. Allen. Il loro obiettivo è creare un database genetico completo del cervello umano in via di sviluppo, che ci consentirà di valutare rischio genetico comparsa di vari disturbi del cervello. Ad oggi sono già stati identificati più di 300 loci genetici associati alla patologia del sistema nervoso centrale; in totale, si prevede di presentare i dati di espressione genica per 15 regioni cerebrali in 13 categorie di età nell'esclusivo Atlas of Brain Gene Trascription. Già oggi questo database è il più grande al mondo e dal 2011 è disponibile per tutti gli utenti interessati.
La University of Southern California lancia un progetto globale di ricerca sul cervello ENIGMA, guidato dal Professore universitario P. Thompson e finanziato dal National Institutes of Health degli Stati Uniti. Circa 200 matematici, genetisti, neurobiologi e medici provenienti da oltre 35 paesi del mondo, inclusa la Russia (dall'Università statale di Novosibirsk, un certo numero di istituti della filiale siberiana dell'Accademia delle scienze russa, l'Istituto di neurochirurgia N. N. Burdenko, l'Istituto di Problemi di trasmissione di informazioni intitolate ad A. A. Kharkevich, ecc.). Nell'ambito del progetto sono in corso studi sulle strutture e le funzioni del cervello e sulla predisposizione a malattie come schizofrenia, morbo di Alzheimer, depressione, tossicodipendenza, ecc. L'attenzione principale è rivolta all'identificazione dei fattori che causano o, al contrario, prevenire una particolare malattia, come lo stile di vita, le abitudini alimentari e, naturalmente, l'ereditarietà. Ad esempio, è stato recentemente scoperto un gene coinvolto nello sviluppo dell'obesità attraverso disturbi nel funzionamento delle strutture cerebrali.
Nel cervello umano ci sono circa 100 miliardi di cellule nervose specializzate - neuroni, ognuna delle quali ha circa 10mila sinapsi che servono a trasmettere impulso nervoso tra le cellule. Trame varie del nostro cervello, responsabili del pensiero, della percezione e delle sensazioni, sono collegati da fibre nervose lunghezza complessiva in 100 mila miglia (161 mila km)
La parte più importante del progetto ENIGMAè Connettoma- un progetto per lo studio del sistema di conduzione del cervello. Il concetto stesso di "connettoma" è stato introdotto per analogia con il concetto di "gene" per descrizione completa strutture di connessione nel sistema nervoso. Durante il progetto Connettoma una mappa quadridimensionale (quarta dimensione - tempo) della posizione nel cervello di tutti i neuroni e del "cablaggio" che li collega, descrivendo tutti i 100 trilioni possibili interazioni tra le cellule. Questo progetto, che unirà tutti i risultati dell'imaging cerebrale in un'unica mappa, può essere giustamente chiamato la "Wikipedia del cervello". Di conseguenza, sarà possibile stabilire la variabilità e la predestinazione genetica dei neuroni, tracciarne le interazioni in tempo reale e identificare la presenza di patologie neuronali.
Come ogni cellula, ogni tipo di neurone utilizza un insieme specifico di geni per creare il suo macchinario molecolare; i neuroni che interagiscono in sequenza formano i cosiddetti circuiti neurali (l'esempio più semplice è un arco riflesso). Comprendere tutte le sfumature del lavoro dei circuiti neurali dovrebbe anche aiutare a comprendere la patogenesi delle malattie del cervello, il che renderà la loro diagnosi più efficace. Perché allora sarà possibile riconoscere processi patologici non solo sulla base dei sintomi, e ricerca delle malattie letteralmente a livello delle singole sinapsi.
Ad oggi sono state descritte circa una dozzina e mezza di varietà di malattie mentali. È possibile che nel prossimo decennio, quando si saprà in quale fase e in quale luogo vengono attivati o disattivati i geni che reindirizzano l'attività sinaptica nella direzione "sbagliata", il numero di malattie identificate aumenterà di uno o due ordini di grandezza. Allo stesso tempo, il trattamento diventerà più personalizzato, e nel caso di diagnosi precoce sarà possibile correggere tali processi “errati” con riabilitazione completa paziente.
Nei confini del progetto ENIGMAè già stata raccolta una vasta gamma di dati genetici e di imaging cerebrale: circa 50mila immagini cerebrali di 33mila persone provenienti da più di tre dozzine di paesi del mondo! Raccogliere tale materiale oggi non è così difficile, ma per decifrare e interpretare questi enormi flussi di informazioni sono necessari supercomputer e specialisti nel lavorare con i "big" data - la bioinformatica. La scienza moderna è fondamentalmente capace di tali compiti, quindi è possibile che nel prossimo futuro ognuno di noi diventi il proprietario di una "unità flash" su cui verrà registrata la decodifica non solo del nostro genoma, ma anche della nostra stessa personalità.
Già oggi, gli studi sul sistema di conduzione del cervello danno la speranza di rendere la vita più facile ai pazienti con gravi danni cerebrali derivanti da traumi. Si tratta della tecnologia dei neurocomputer (la cosiddetta interfaccia “cervello-computer”), che consente a una persona paralizzata di controllare le protesi bioniche, ad esempio un braccio meccanico, con il “potere del pensiero”.
Professor Zelman:“Il 17 aprile 2012 abbiamo eseguito la prima operazione su un paziente con un colpo al rachide cervicale, affetto da tetraplegia, una violazione delle capacità motorie di tutti e quattro gli arti. Nel cervello del paziente sono stati introdotti speciali chip elettronici, ognuno dei quali ha 96 sensori che leggono i segnali attività cerebrale; tramite antenne, queste informazioni vengono trasmesse a un computer che controlla il funzionamento di un braccio bionico appositamente progettato. Finora, sei pazienti sono stati operati in questo modo negli Stati Uniti. Questo lavoro è finanziato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti"
Uno dei problemi di tali tecnologie di neurocomputer è la scelta dei segnali cerebrali che devono essere utilizzati per controllare le protesi bioniche. Secondo alcuni ricercatori, è necessario leggere l'attività delle cellule nervose della corteccia motoria del cervello, che è direttamente responsabile dei movimenti, in questo caso feedback formata a livello dell'azione reale. Ma c'è un altro approccio, in cui la preferenza è data non all'azione in sé, ma all'intenzione di farla! L'idea di installare chip nell'area della corteccia media coinvolta nella pianificazione dell'azione appartiene al collega di Zelman, il professor R. Anderson del California Institute of Technology.
Richard Anderson ha svolto ricerche sul cervello negli ultimi 25 anni alla ricerca di gruppi di neuroni la cui attività può essere utilizzata per controllare i movimenti di un arto artificiale. Era sicuro che ciò non richiedesse informazioni sul movimento stesso, perché ognuno di essi è fornito nel connettoma da centinaia di migliaia di connessioni neurali difficili da tracciare. In questo senso, l'intenzione stessa di fare questa o quell'azione è molto più promettente, e Anderson alla fine trovò nella fossa cranica posteriore, accanto a analizzatori visivi, l'area in cui si forma.
In effetti, gli altri cinque pazienti a cui era stato impiantato il chip nell'area della corteccia motoria avevano una coordinazione significativamente peggiore, mancavano più spesso durante l'esecuzione di un movimento, ad esempio quando prendevano una lattina di succo. Ma anche un grosso problema sta nel fatto che finora tutti questi arti bionici sono usati solo nell'ambito di esperimenti che prima o poi finiscono. I chip impiantati nel cervello vengono percepiti da quest'ultimo come un corpo estraneo e alla fine vengono incapsulati e perdono il contatto con i neuroni. Tuttavia, l'essenza di questi lavori è che mostrano la possibilità fondamentale di rendere la vita più facile ai pazienti completamente paralizzati utilizzando l'interfaccia cervello-computer.
... Tornando al morbo di Alzheimer, ricordiamo che il cervello persone sane perde meno dell'1% del suo peso all'anno e questa perdita è compensata dalla rigenerazione dei tessuti sotto l'influenza di attività mentale. I sintomi del morbo di Alzheimer iniziano a comparire quando il 10% del tessuto cerebrale viene perso, e dentro condizioni normaliè un processo irreversibile. Tuttavia, gli scienziati hanno ora scoperto 9 geni che possono accelerare e rallentare lo sviluppo di questa malattia, incluso Apoe4, che è il principale fattore di rischio per questa forma più comune. demenza senile(Sostanze in grado di trasformare la proteina "aggressiva" Apoe4 codificata da questo gene in un'isoforma più sicura sono già in fase di sperimentazione sugli animali).
Inoltre, ancora oggi, gli scienziati della University of Southern California, insieme ai colleghi della Wake Forest University (North Carolina), stanno lavorando alla “registrazione” delle informazioni immagazzinate nel cervello, grazie alle quali il cervello di una persona affetta da Alzheimer può essere “riavviato”, restituendo, almeno temporaneamente, i ricordi perduti. Questo risultato, che sembra fantastico anche oggi, è solo una chiara testimonianza dei successi che scienza moderna raggiunto nello studio del cervello - un organo che per secoli è stato considerato idoneo a svolgere solo la funzione di raffreddamento del sangue!
Nonostante i progressi significativi nello studio del cervello negli ultimi anni, gran parte del suo lavoro è ancora un mistero. Il funzionamento delle singole cellule è spiegato abbastanza bene, ma capire come funziona il cervello nel suo insieme come risultato dell'interazione di migliaia e milioni di neuroni è disponibile solo in una forma molto semplificata e richiede ulteriori ricerche approfondite.
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✪ Lezione di biologia #45. La struttura e le funzioni delle regioni cerebrali.
Sottotitoli
Il cervello come organo dei vertebrati
Il cervello è la divisione principale del SNC. È possibile parlare della presenza di un cervello in senso stretto solo in relazione ai vertebrati, a cominciare dai pesci. Tuttavia, questo termine è usato in qualche modo vagamente per riferirsi a strutture simili di invertebrati altamente organizzati - ad esempio, negli insetti, il "cervello" è talvolta chiamato l'accumulo di gangli dell'anello nervoso perifaringeo. Quando si descrivono organismi più primitivi, si parla di gangli della testa, non del cervello.
Il peso del cervello come percentuale del peso corporeo è 0,06-0,44% nei pesci cartilaginei moderni, 0,02-0,94% nei pesci ossei, 0,29-0,36% negli anfibi dalla coda e 0 nei pesci senza coda.50-0,73%. Nei mammiferi, la dimensione relativa del cervello è molto più grande: nei grandi cetacei, 0,3%; nei piccoli cetacei - 1,7%; nei primati 0,6-1,9%. Negli esseri umani, il rapporto tra massa cerebrale e massa corporea è in media del 2%.
La dimensione più grande è il cervello degli ordini di mammiferi cetacei, proboscide, primati. Il cervello più complesso e funzionale è il cervello di una persona ragionevole.
tessuti cerebrali
Il cervello è racchiuso in un robusto guscio del cranio (ad eccezione degli organismi semplici). Inoltre, è ricoperto da gusci (lat. meningi) di tessuto connettivo - duro (lat. dura madre) e morbido (lat. pia madre), tra i quali c'è un guscio vascolare o aracnoide (lat. aracnoidea). Tra le membrane e la superficie del cervello e del midollo spinale c'è il liquido cerebrospinale (spesso chiamato cerebrospinale) - liquido cerebrospinale (liquore latino). Il liquido cerebrospinale si trova anche nei ventricoli del cervello. Un eccesso di questo fluido è chiamato idrocefalo. L'idrocefalo è congenito (più spesso) e acquisito.
cellule cerebrali
Finora si sapeva che le cellule nervose si rigenerano solo negli animali. Recentemente, tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che nella parte del cervello umano responsabile dell'olfatto, i neuroni maturi sono formati da cellule progenitrici. Un giorno potranno aiutare a "riparare" il cervello ferito. Le cellule staminali nel cervello smettono di dividersi, si verifica la riattivazione di alcune sezioni dei cromosomi e iniziano a formarsi strutture e connessioni specifiche per i neuroni. Da questo momento in poi, la cellula può essere considerata un neurone a tutti gli effetti. Ad oggi sono note solo 2 aree di crescita attiva dei neuroni. Uno di questi è la zona di memoria. L'altro comprende l'area del cervello responsabile del movimento. Questo spiega il recupero parziale e completo nel tempo delle funzioni corrispondenti dopo il danneggiamento di questa parte del cervello.
Riserva di sangue
Il funzionamento dei neuroni cerebrali richiede un notevole dispendio di energia, che il cervello riceve attraverso la rete di afflusso di sangue. Il cervello riceve sangue dal pool di tre grandi arterie: due arterie carotidi interne (lat. a. carotis interna) e l'arteria principale (lat. a. basilaris). Nella cavità cranica, l'arteria carotide interna continua nella forma delle arterie cerebrali anteriori e medie (lat. aa. cerebri anterior et media). L'arteria principale si trova sulla superficie ventrale del tronco cerebrale ed è formata dalla fusione delle arterie vertebrali destra e sinistra. I suoi rami sono le arterie cerebrali posteriori. Queste tre paia di arterie (anteriore, centrale, posteriore), anastomizzandosi l'una con l'altra, formano un cerchio arterioso (willisian). Per fare ciò, le arterie cerebrali anteriori sono collegate tra loro dall'arteria comunicante anteriore (lat. a. communicans anterior) e tra la carotide interna (o, talvolta, cerebrale media) e le arterie cerebrali posteriori, su ciascun lato, vi è un'arteria comunicante posteriore (lat. aa. communicans posteriore). L'assenza di anastomosi tra le arterie diventa evidente con lo sviluppo della patologia vascolare (ictus), quando, a causa della mancanza di un circolo vizioso di afflusso di sangue, l'area interessata aumenta. Inoltre, sono possibili numerose varianti della struttura (cerchio aperto, divisione atipica dei vasi sanguigni con formazione di triforcazione, ecc.). Se l'attività dei neuroni in uno dei dipartimenti aumenta, aumenta anche l'afflusso di sangue a quest'area. I metodi di neuroimaging non invasivi come la risonanza magnetica funzionale e la tomografia a emissione di positroni consentono di registrare i cambiamenti nell'attività funzionale di singole parti del cervello.
Esiste una barriera ematoencefalica tra il sangue e i tessuti cerebrali, che fornisce permeabilità selettiva delle sostanze nel letto vascolare al tessuto cerebrale. In alcune parti del cervello questa barriera è assente (regione ipotalamica) o differisce da altre parti, associata alla presenza di specifici recettori e formazioni neuroendocrine. Questa barriera protegge il cervello da molti tipi di infezioni. Allo stesso tempo, molti farmaci efficaci in altri organi non possono entrare nel cervello attraverso la barriera.
Funzioni
Le funzioni cerebrali includono l'elaborazione delle informazioni sensoriali dai sensi, la pianificazione, il processo decisionale, la coordinazione, il controllo del movimento, le emozioni positive e negative, l'attenzione, la memoria. Il cervello umano sì funzione superiore- pensare. Una delle funzioni del cervello umano è la percezione e la generazione del linguaggio.
Dipartimenti del cervello
La corteccia è costituita da due emisferi, interconnessi da un fascio di fibre nervose: il corpo calloso (corpo calloso). L'emisfero sinistro è responsabile della metà destra del corpo, la destra - per la sinistra. Nell'uomo, gli emisferi destro e sinistro hanno funzioni diverse.
I segnali visivi entrano nella corteccia visiva (nel lobo occipitale), i segnali tattili entrano nella corteccia somatosensoriale (nel lobo parietale), i segnali olfattivi entrano nella corteccia olfattiva, ecc. Nelle aree associative della corteccia, segnali sensoriali di diverso tipo (modalità ) sono integrati.
Da un lato, c'è una localizzazione delle funzioni nelle regioni del cervello, dall'altro, sono tutte collegate in un'unica rete.
Plastica
Il cervello ha la proprietà della plasticità. Se uno dei suoi dipartimenti è interessato, gli altri dipartimenti possono compensare la sua funzione dopo un po'. Anche la plasticità cerebrale gioca un ruolo nell'apprendimento di nuove abilità.
Sviluppo embrionale
Lo sviluppo embrionale del cervello è una delle chiavi per comprenderne la struttura e le funzioni.
Il cervello si sviluppa dalla parte rostrale del tubo neurale. La maggior parte del cervello (95%) è un derivato della placca pterigoidea.
L'embriogenesi del cervello passa attraverso diverse fasi.
- Lo stadio di tre bolle cerebrali: nell'uomo, all'inizio della quarta settimana di sviluppo intrauterino, l'estremità rostrale del tubo neurale forma tre bolle: prosencefalo (cervello), mesencefalo (cervello centrale), rombencefalo (cervello romboidale o primario romboencefalo).
- Lo stadio delle cinque bolle cerebrali: nell'uomo, all'inizio della nona settimana di sviluppo intrauterino, il prosencefalo si divide infine in telencefalo (cervello finale) e diencefalo (cervello intermedio), il mesencefalo viene preservato e il rombencefalo si divide in metencefalo (cervello posteriore ) e mielencefalo (midollo allungato).
Nel processo di formazione del secondo stadio (dalla terza alla settima settimana di sviluppo), il cervello umano acquisisce tre curve: mesencefalo, cervicale e ponte. In primo luogo, le flessioni mesencefalo e pontine si formano simultaneamente e in una direzione, quindi - e nella direzione opposta - la flessione cervicale. Di conseguenza, il cervello lineare "si piega" a zigzag.
Con lo sviluppo del cervello umano si può notare una certa somiglianza tra filogenesi e ontogenesi. Nel processo di evoluzione del mondo animale, si formò prima il telencefalo e poi il mesencefalo. Il proencefalo è una formazione evolutivamente più recente del cervello. Inoltre, nello sviluppo intrauterino di un bambino, il romboencefalo si forma prima come la parte evolutivamente più antica del cervello, quindi il mesencefalo e poi il proencefalo. Dopo la nascita, dall'infanzia all'età adulta, c'è una complicazione organizzativa delle connessioni neurali nel cervello.
Metodi di ricerca
ablazioni
Uno dei metodi più antichi di ricerca sul cervello è la tecnica di ablazione, che consiste nel fatto che una delle parti del cervello viene rimossa e gli scienziati osservano i cambiamenti a cui porta tale operazione.
Non tutte le aree del cervello possono essere rimosse senza uccidere l'organismo. Pertanto, molte parti del tronco cerebrale sono responsabili di funzioni vitali, come la respirazione, e la loro sconfitta può causare la morte immediata. Tuttavia, la sconfitta di molti dipartimenti, sebbene influisca sulla vitalità dell'organismo, non è fatale. Questo, ad esempio, si applica alle aree della corteccia cerebrale. Un grave ictus provoca paralisi o perdita della parola, ma il corpo sopravvive. Uno stato vegetativo, in cui la maggior parte del cervello è morta, può essere mantenuto attraverso la nutrizione artificiale.
La ricerca sull'ablazione ha una lunga storia ed è in corso. Mentre gli scienziati del passato rimuovevano chirurgicamente aree del cervello, i ricercatori moderni utilizzano sostanze tossiche che colpiscono selettivamente il tessuto cerebrale (ad esempio, le cellule in una determinata area, ma non le fibre nervose che la attraversano).
Dopo la rimozione di una parte del cervello, alcune funzioni vengono perse, mentre altre vengono preservate. Ad esempio, un gatto il cui cervello è stato sezionato sopra il talamo conserva molte risposte posturali e riflessi spinali. Un animale il cui cervello è sezionato a livello del tronco cerebrale (decerebrato) mantiene il tono dei muscoli estensori, ma perde i riflessi posturali.
Si stanno facendo osservazioni anche su persone con lesioni delle strutture cerebrali. Pertanto, i casi di ferite da arma da fuoco alla testa durante la seconda guerra mondiale hanno fornito ricche informazioni ai ricercatori. Sono inoltre in corso studi su pazienti con ictus e con danni cerebrali a seguito di traumi.
Stimolazione magnetica transcranica
In alcuni casi, elettrodi sottili (da uno a diverse centinaia) vengono impiantati nel cervello e i ricercatori registrano l'attività per molto tempo. In altri casi, l'elettrodo viene inserito nel cervello solo per la durata dell'esperimento e rimosso al termine della registrazione.
Utilizzando un elettrodo sottile, è possibile registrare sia l'attività dei singoli neuroni che i potenziali locali (potenziali di campo locale) formati come risultato dell'attività di molte centinaia di neuroni. Con l'aiuto degli elettrodi EEG, così come degli elettrodi di superficie applicati direttamente al cervello, è possibile registrare solo l'attività globale di un gran numero di neuroni. Si ritiene che l'attività così registrata sia costituita sia da potenziali d'azione neuronali (cioè impulsi neuronali) sia da depolarizzazioni e iperpolarizzazioni sottosoglia.
Quando si analizzano i potenziali cerebrali, viene spesso eseguita la loro analisi spettrale e lo fanno diverse componenti dello spettro nomi diversi: delta (0,5-4 Hz), theta 1 (4-6 Hz), theta 2 (6-8 Hz), alfa (8-13 Hz), beta 1 (13-20 Hz), beta 2 (20 -40 Hz), onde gamma (include ritmi beta 2 e superiori).
stimolazione elettrica
Uno dei metodi per studiare le funzioni del cervello è la stimolazione elettrica di determinate aree. Con l'aiuto di questo metodo, ad esempio, è stato studiato il "motor homunculus" - è stato dimostrato che stimolando alcuni punti della corteccia motoria, è possibile provocare il movimento della mano, stimolando altri punti - i movimenti delle gambe , ecc. La mappa così ottenuta è chiamata homunculus. Diverse parti del corpo sono rappresentate da aree della corteccia cerebrale che differiscono per dimensioni. Pertanto, l'omuncolo ha una faccia grande, pollici e palmi, ma un piccolo busto e gambe.
Se stimoli le aree sensoriali del cervello, puoi provocare sensazioni. Ciò è stato dimostrato sia nell'uomo (nei famosi esperimenti di Penfield) che negli animali.
La stimolazione elettrica è usata anche in medicina - dalla scossa elettrica, mostrata in molti film sugli orrori degli ospedali psichiatrici, alla stimolazione delle strutture profonde del cervello, che è diventata un trattamento popolare per il morbo di Parkinson.
Altre tecniche
La TC e la risonanza magnetica a raggi X vengono utilizzate per studiare le strutture anatomiche del cervello. Inoltre, negli studi anatomici e funzionali del cervello, vengono utilizzate la PET, la tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli (SPECT), la risonanza magnetica funzionale. È possibile visualizzare le strutture del cervello con il metodo diagnostica ecografica(ultrasuoni) in presenza di una "finestra" ultrasonica - un difetto nelle ossa craniche, ad esempio una grande fontanella nei bambini piccoli.
Lesioni e malattie
Lo studio e il trattamento delle lesioni e delle malattie del cervello rientra nella giurisdizione della biologia e della medicina (neurofisiologia, neurologia, neurochirurgia, psichiatria e psicologia).
Infiammazione meningi chiamata meningite (corrispondente alle tre membrane - pachimeningite, leptomeningite e aracnoidite).
Il peso del cervello di un adulto è in media pari a un cinquantesimo del peso corporeo totale. Allo stesso tempo, il cervello umano consuma un quinto del sangue circolante (cioè un quinto dell'ossigeno), un quinto del glucosio che entra nel corpo.
Nella tabella è riportato il peso medio del cervello nei vari esseri viventi.
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