Исследование топографии мозга: открытия и перспективы

Исследование топографии мозга: открытия и перспективы

Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. Т. 63. № 6. С. 677-686.

Целью работы было описать топографию активных корковых зон и подкорковых образований при вербальном и пространственном мышлении, используя метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В исследовании приняли участие 18 праворуких испытуемых. Предъявлялись четыре типа заданий: два основных — вербальное (анафаммы) и пространственное (поиск фигуры, дополняющей квадрат), а также два типа контрольных задач (слова и пространственная задача, где все фигуры идентичны). При решении вербальных заданий наблюдался больший объем активации левого полушария с вовлечением зоны Брока, при решении пространственных задач была активирована средняя лобная извилина справа. В затылочной области при решении пространственных задач более выражена была активация зрительного поля 18, а при решении анафамм — активация поля 19, связанного с более высоким уровнем обработки зрительной информации. Мозжечок активировался в обоих заданиях в большей степени при решении пространственной задачи. Полученные данные фМРТ свидетельствуют о том, что вербальный и пространственный типы мышления обеспечиваются активностью узко специфичного набора структур мозга, в то время как более ранние электрофизиологические исследования указывают на распределенный характер процессов мозга при мышлении. Объединяя эти два подхода, можно прийти к заключению, что когнитивные функции обеспечиваются мозговыми процессами системного характера с выделением некоторых ключевых структур.

Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. Т. 63. № 6. С. 677-686.

Целью работы было описать топографию активных корковых зон и подкорковых образований при вербальном и пространственном мышлении, используя метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).

В исследовании приняли участие 18 праворуких испытуемых. Предъявлялись четыре типа заданий: два основных — вербальное (анафаммы) и пространственное (поиск фигуры, дополняющей квадрат), а также два типа контрольных задач (слова и пространственная задача, где все фигуры идентичны).

Результаты

При решении вербальных заданий наблюдался больший объем активации левого полушария с вовлечением зоны Брока, при решении пространственных задач была активирована средняя лобная извилина справа.

В затылочной области при решении пространственных задач более выражена была активация зрительного поля 18, а при решении анафамм — активация поля 19, связанного с более высоким уровнем обработки зрительной информации.

Мозжечок активировался в обоих заданиях в большей степени при решении пространственной задачи.

Обсуждение

Полученные данные фМРТ свидетельствуют о том, что вербальный и пространственный типы мышления обеспечиваются активностью узко специфичного набора структур мозга, в то время как более ранние электрофизиологические исследования указывают на распределенный характер процессов мозга при мышлении.

Объединяя эти два подхода, можно прийти к заключению, что когнитивные функции обеспечиваются мозговыми процессами системного характера с выделением некоторых ключевых структур.

Связанные вопросы и ответы:

Какие структуры составляют внутреннее строение мозга

Наш мозг — самый сложный, неизученный орган, который управляет всем организмом. Ученые не перестают изучать его строение, и сегодня мы рассмотрим основные функции различных мозговых структур.

Структура

Самое обобщенное деление структур мозга производится на 3 части: большие полушария головного мозга + мозжечок + ствол. Поскольку все структуры взаимодействуют между собой, то нельзя обойти стороной такое «деление» на 5 отделов:

1. Конечный, в который входит оба полушария
2. Задний, к которому относится мозжечок
3. Средний, расположенный между мостом и мозжечком
4. Промежуточный, находящийся выше среднего
5. Продолговатый, который является непосредственно продолжением спинного

Понятие конечного мозга объединяет оба полушария, при этом его также принято разделять на 4 доли — лобную, височную, теменную, затылочную.

Слаженная работа всех отделов направлена на работу высших психических функций — восприятия, внимания, памяти, мышления. Наша нервная система получает сигналы от органов чувств, а мозг обрабатывает их — слух, зрение, вкус, запах, чувство равновесия. Также он контролирует все жизненно важные процессы — дыхание, сердцебиение, метаболизм. Рассмотрим подробнее, где же происходит это волшебство.

Конечный мозг

Ниже приведены основные функции долей больших полушарий:

• Лобная отвечает за речь и координацию движений. В ее функцию входит непосредственно мышление и логика как процесс, контроль поведения. Здесь же расположены центры Брока и Вернике: первый отвечает за речь, второй — за понимание речи, письменной или устной.
• Теменная обрабатывает информацию от органов чувств при помощи сенсорного центра, а затем формируют нашу ответную реакцию. Именно там возникают наши ощущения, особенно — ощущение собственного тела, а также терморегуляция. Кроме того, она ответственна за овладение навыками, регулирует способность выполнять сложные движения. Эту долю можно назвать вычислительным центром.
• Затылочная формирует зрительные образы. Именно поэтому при ударе по голове сзади мы видим «звездочки» перед глазами — происходит повреждение зрительного центра.
• Височная позволяет нам слышать и видеть. Там обрабатывается аудиальная и зрительная информация, а еще хранится вся поступающая информация — это центр долговременной памяти. Эта же височная доля отвечает за наши эмоции, а если быть точнее — то за их мимическое выражение.
• Есть еще островковая — она находится между лобной, теменной и височной. Там формируются образы в результате переработки информации от органов чувств. Он соединяет лимбическую систему с большими полушариями. В его функции входит симпатическая и парасимпатическая регуляция. Это регуляция жизненно важных процессов: дыхания, сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата. Кроме того, в этой небольшой доле формируются наши ответные реакции — поведенческие и эмоциональные.

Задний мозг: мозжечок, мост

Этот отдел образуют мозжечок и варолиев мост, который находится над мозжечком и соединяет его со спинным мозгом. Здесь происходит регуляция нашего вестибулярного аппарата — это ощущение равновесия, а также координация движений. Он надежно защищен, поскольку повреждение этой зоны провоцирует шаткую, неустойчивую походку, ослабление мышц, даже тремор конечностей, в некоторых случаях — изменение почерка.

Средний

Этот отдел является частью двигательной системы и выполняет большое количество функций. Средний мозг контролирует наши движения и защитные реакции, например, в ответ на страх. Он отвечает за зрение, слух, поддерживает терморегуляцию, болевые ощущения, контролирует концентрацию внимания, биоритмы.

Промежуточный отдел

Этот отдел перерабатывает всю входящую информацию. Его основная функция — наша способность адаптироваться, приспосабливаться. Промежуточный мозг состоит из трех частей:

1. Таламус принимает сигналы нервной системы и отправляет их к соответствующим органам.
2. Гипоталамус отвечает за удовольствие и работу всех внутренних органов. является центром удовольствия, а также регулирует работу внутренних органов.
3. Эпиталамус вырабатывает мелатонин — гормон, который регулирует наш сон и бодрствование.

Продолговатый

Выполняет регуляцию систем: дыхательной, кровообращения, пищеварения. Благодаря ему у нас есть безусловные рефлексы, например, чихание, а также тонус мышц. Кроме того, там стимулируется выработка различных секретов — слюны, слез, ферментов ЖКТ.

Науке еще многое предстоит узнать об особенностях нашего самого главного органа. В наших же силах поддерживать его высокую работоспособность при помощи постоянных тренировок. Тренируйте высшие психические функции —, память,— на, чтобы работа всех отделов была продуктивной.

Какие функции выполняют различные ядра мозга

Анатомия человека – раздел, в котором рассматриваются отделы головного мозга. Мозговое вещество человека весит около 1250 г. У мужчин объем мозгового вещества на 8-15% больше, чем у женщин. Масса мозгового вещества составляет около 2% от веса всего тела. При этом мозг потребляет 25% всего поступающего в организм кислорода и 17% глюкозы, которая служит энергетическим ресурсом для живых тканей.

Мозговая ткань представлена серым и белым веществом, у которых различаются функции и химический состав. Доля воды в сером составляет 84%, в белом – 70%. Липидные (жировые) фракции в белом занимают 50% сухого остатка, в белом – 30% сухого остатка. Также в мозговой ткани содержатся белки (8-9% массы сырой ткани) и минеральные вещества (1-2% массы сырой ткани).

Вещество головного мозга покрыто 3-мя оболочками – мягкой, затем паутинной и твердой, причем последняя состоит из 2 слоев, образованных соединительной тканью, однако на вопрос, сколько всего оболочек, принято отвечать, что три. Паутинная представлена тонкой мембраной, сформированной из соединительной ткани. Мягкая прилегает к мозговому веществу, она обильно оснащена кровеносными сосудами и нервными окончаниями.

Мозг состоит из нейронов и глиальных клеток, образующих нервную ткань, какая составляет основу ЦНС и поддерживает ее функции. Нервная ткань представлена системой специализированных структур, взаимодействующих между собой. Внешние стимулы (световые, звуковые, тактильные раздражители) преобразуются рецепторами в нервные импульсы, которые по нейрональной системе поступают в отделы головного мозга, в анатомии выделяют афферентные и эфферентные пути передачи.

В первом случае импульсы поступают в центральные части системы головного мозга, во втором от систем управления (ассоциативные центры) к периферическим структурам нервной системы, расположенным в мышцах, железах, исполнительных органах. В составе мозговой ткани насчитывается около 100 млрд. нейронов, объединенных в сложную нейрональную сеть.

Нейроны окружены глиальными клетками, которые выполняют трофическую (питательную) и поддерживающую функции. Число глиальных клеток превышает количество нейронов. В анатомической структуре, образованной нервными клетками, присутствует межклеточное пространство, представленное жидкостью, содержащей соли, углеводы, жировые и белковые фракции, и питающей ткань головного мозга.

Головной мозг находится внутри черепной коробки, где у человека преобладает мозговая часть над висцеральной (лицевой). Человеческий мозг состоит из 3-х крупных сегментов – гемисфер, мозжечка и стволового отдела, от чего отходит спинной мозг. Самый большой сегмент мозга – гемисферы (полушария), вторая во величине часть – мозжечок. Ствол занимает 3-е место по величине.

Полушария разделены между собой щелью, что четко видно на фото (вид сверху). В глубине щели находится спайка – мозолистое тело, которое связывает воедино обе гемисферы. На фотографии мозга, отображающей нижнюю поверхность, отчетливо просматриваются сегменты – весь участок ствола, мозжечок, нижняя сторона полушарий, черепные нервы, отходящие от мозгового вещества. На картинке, отражающей вид сбоку, преимущественно виден корковый слой, покрывающий большие полушария.

Схема строения предполагает разделение крупных частей на отдельные сегменты, к примеру, в составе ствола головного мозга выделяют продолговатый и средний отделы, варолиев мост, часто к стволу относят мозжечок, который отвечает за двигательную координацию человека, и промежуточный отдел.

Вертикальный разрез человеческого мозга показывает мозолистое тело, варолиев мост, мозжечок, продолговатый отдел, гипофиз, эпифиз. На общем плане строения различимы 5 основных отделов головного мозга (с учетом особенностей эмбрионального развития) – продолговатый, задний, средний, промежуточный и передний.

Существует теория, что мозг – это орган центрального отдела нервной системы, который работает по принципу двоичного кода в процессе генерации или передачи нервных импульсов. Благодаря нейрональным сетям, по которым осуществляется передача нервных импульсов, все мозговые структуры работают слаженно.

Что такое белое и серое вещество мозга и какова их роль

Белое вещество полушарий  

Все пространство между серым веществом мозговой коры и базальными ядрами занято белым веществом. Белое вещество полушарий образовано нервными волокнами, связывающими кору од ной извилины с корой других извилин своего и противоположного полушарий, а также с нижележащими образованиями. Топографически в белом веществе различают четыре части, не резко отграниченные друг от друга: 1) белое вещество в извилинах между бороздами; 2) область белого вещества в наружных частях полушария полуовальный центр (centrum semiovale) ; 3) лучистый венец (corona radiata) , образованный лучеобразно расходящимися волокнами, входящими во внутреннюю капсулу (capsula interna) и покидающими ее; 4) центральное вещество мозолистого тела (corpus callo sum) , внутренней капсулы и длинные ассоциативные волокна.

Нервные волокна белого вещества делят на ассоциативные, комиссуральные и проекционные.

Ассоциативные волокна связывают между собой различные участки коры одного и того же полушария. Они разделяются на короткие и длинные. Короткие волокна связывают между собой соседние извилины в форме дугообразных пучков. Длинные ассоциативные волокна соединяют более отдаленные друг от друга участки коры.

Комиссуральные волокна, входящие в состав мозговых комиссур, или спаек, соединяют не только симметричные точки, но и кору, принадлежащую разным долям противоположных полушарий.

Большинство комиссуральных волокон идет в составе мозолистого тела, которая связывает между собой части обоих полушарий, относящихся neencephalon. Две мозговые спайки, commissura an terior и commissura fornicis, гораздо меньше по своим разме рам относятся к обонятельному мозгу rhinencephalon и соединя ют: commissura anterior - обонятельные доли и обе парагиппо кампальные извилины, commissura fornicis - гиппокампы.

Проекционные волокна связывают кору полушарий большого мозга с нижележащими образованиями, а через них с периферией.

Какие топографические особенности наблюдаются в разных отделах мозга

Конечный мозг у человека представлен парными симметричными образованиями – полушариями, занимающими основной объем черепа. Продольно, в сагитальной плоскости они разделены глубокой щелью, в которой расположен отросток твердой мозговой оболочки – серп большого мозга, а в глубине соединяются волокнами белого вещества, которые образуют две основные структуры – мозолистое тело (обеспечивает интеграцию симметричных областей коры – транскаллозальный перенос) и свод с его продолжениями – столбы и передняя спайка (обеспечивает, в основном, интеграцию симметричных участков внутренних структур).

Наружная (латеральная) боковая поверхность выпуклая, прилегает к костям свода черепа, внутренняя (медиальная) – плоская, нависает над мозолистым телом и мозжечком, нижняя (базальная) – имеет сложный рельеф, определяемый костями основания черепа и прилежанием обонятельной луковицы и обонятельного тракта, перекреста зрительных нервов (хиазма), вентральными отделами промежуточного мозга (серые бугры, гипофиз, сосцевидные тела). Выделяют также, края, являющиеся границами между поверхностями (верхний внутренний, и нижние боковой и внутренний), и их выступающие участки – полюса (лобный, височный, затылочный). На поверхностях выделяют глубокие, появляющиеся первыми в эмбриогенезе, борозды первого порядка, которые являются анатомическими границами долей, борозды второго порядка, определяющие внутридолевую топографию, и борозды третьего порядка, формирующиеся в раннем детском возрасте (постнатальном периоде), которые накладываются на имеющиеся к моменту рождения извилины, и определяют индивидуальность топографии мозга.

Как связаны мозжечок и базальные ганглии с внутренним строением мозга

Базальные ганглии , как и мозжечок, представляют другую вспомогательную двигательную систему, которая функционирует обычно не сама по себе, а в тесной связи с корой большого мозга и кортикоспинальной системой двигательного контроля. Действительно, большинство входящих сигналов базальные ганглии получают от коры большого мозга, а почти все выходящие из этих ганглиев сигналы возвращаются назад к коре.

На рисунке ниже показаны анатомические связи базальных ганглиев с другими структурами головного мозга.

Анатомические связи базальных ганглиев с корой большого мозга и таламусом, показанные в трехмерном изображении

На каждой стороне мозга эти ганглии состоят из хвостатого ядра, скорлупы, бледного шара, черного вещества и субталамического ядра. Они располагаются в основном латеральнее таламуса и вокруг него, занимая большую часть внутренних регионов обоих полушарий большого мозга. Видно также, что почти все двигательные и чувствительные нервные волокна, связывающие кору большого мозга и спинной мозг, проходят через пространство, лежащее между основными структурами базальных ганглиев, хвостатым ядром и скорлупой. Это пространство называют внутренней капсулой мозга. Для данного обсуждения важно наличие тесной связи между базальными ганглиями и кортикоспинальной системой двигательного контроля.

а) Нервный контур базальных ганглиев . Как показано на рисунке ниже, анатомические связи между базальными ганглиями и другими элементами мозга, обеспечивающими двигательный контроль, сложные.

Связь контура базальных ганглиев с кортикоспиномозжечковой системой для регуляции двигательной активности

Слева показаны моторная кора, таламус и действующие вместе с ними ствол мозга и мозжечковый контур. Справа представлен главный контур системы базальных ганглиев, демонстрирующий наиболее важные взаимосвязи внутри самих ганглиев и обширные входящие и выходящие пути, соединяющие другие регионы мозга и базальные ганглии.

В следующих статьих по физиологии на сайте мы сосредоточимся на двух главных контурах: контуре скорлупы и контуре хвостатого ядра.

Какова роль гипоталамуса и эпифиза в регуляции важных процессов в организме

Функции периферических эндокринных органов в той или иной степени контролируются гормонами гипофиза. Некоторые функции (например, секреция инсулина поджелудочной железой, в первую очередь контролируется уровнем глюкозы в крови) контролируются в минимальной степени или являются независимыми от контроля гипофиза (например, секрецияоколощитовидными железами, прежде всего происходит в ответ на уровень кальция в крови), в то время как многие (например, секреция гормонов щитовидной железы или гонад) контролируются в значительной степени. Секреция самих гипофизарных гормонов контролируется гипоталамусом.

Взаимоотношения между гипоталамусом и гипофизом (называемые гипоталамо-гипофизарной системой) представляют собой систему с обратной связью. Гипоталамус получает сигналы практически из всех областей центральной нервной системы и использует их для формирования сигналов, направляемых в гипофиз. Гипофиз в ответ выделяет различные гормоны, которые стимулируют многие эндокринные железы организма. Изменения в крови уровней гормонов, продуцируемых этими эндокринными железами, воспринимаются гипоталамусом, который соответственно усиливает или ослабляет стимуляцию гипофиза, поддерживая таким образом гомеостаз.

Гипоталамус модулирует активность передней и задней долей гипофиза разными способами. Синтезируемые в гипоталамусе нейрогормоны достигают передней доли гипофиза (аденогипофиза) через особую портальную систему сосудов и регулируют синтез и секрецию 6 основных пептидных гормонов передней доли (см. рисунок). Последние регулируют функции периферических эндокринных желез (щитовидной железы, надпочечников и гонад), а также рост и лактацию. Прямые нервные контакты между гипоталамусом и передней долей гипофиза отсутствуют.

В отличие от этого задняя доля гипофиза (нейрогипофиз) состоит из аксонов, нейронные тела которых расположены в гипоталамусе. Эти аксоны служат в качестве депо для 2 пептидных гормонов: вазопрессина (антидиуретического гормона) и окситоцина , синтезируемых в гипоталамусе; на периферии эти гормоны регулируют водный баланс, выработку молока и маточное сокращение.

Практически все гормоны, продуцируемые гипоталамусом и гипофизом, выделяются в кровь импульсами; периоды секреции сменяются периодами покоя. Секреция некоторых гормонов обладает четким циркадным ритмом; секреция других (например, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов в ходе менструального цикла) подчиняется месячному ритму, на который накладывается циркадный.

Как долговременные изменения внутреннего строения могут влиять на психическое и физическое здоровье человека

«Влияние психологических факторов на возникновение соматических заболеваний.»
Введение.
1 . Исследование взаимосвязи психических и физиологических процессов в организме человека.
1.1. Физиологические основы психики.
1.2.Взаимосвязь работы автономной нервной системы и внутренних органов.
1.3. Мотивация и последствия отказа от поиска.
2.Исследование психологических факторов, способствующих возникновению и развитию соматических заболеваний.
2.1.«Механизмы» психической деятельности.
2.2. Эмоции и их влияние на здоровье человека.
2.3. Стресс и его влияние на человека.
2.4.Влияние особенностей личности на возникновение соматических заболеваний.
Список литературы.
Введение.
Психосоматика - направление в медицине и психологии, занимающееся изучением влияния психологических факторов на возникновение и последующую динамику соматических заболеваний.
Любое психосоматическое заболевание является результатом взаимодействия человеческого организма как системы на воздействие окружающей среды.
Существует огромное количество факторов, способных вызвать психосоматическое заболевание. Все реакции организма человека сформировались в ходе длительной эволюции человека в ответ на разнообразные воздействия окружающей среды. Какая-то часть этих реакций, целесообразная с точки зрения выживания человеческого вида, закрепилась в обмене веществ и стала наследственной особенностью. Таким образом, индивидуальная в прошлом форма ответа на определенные средовые влияния оказалась запрограммированной для последующих поколений. Иными словами, то, что является эндогенным для данного субъекта, было экзогенным для его предков. На этом чрезвычайно сложном пути эволюции человека изменялись не только реакции приспособления организма к среде обитания, но и сама среда. Человек постоянно занимался преобразованием среды, приспосабливая ее к себе. И эти преобразования, в свою очередь, изменяли самого человека. Встреча с вредоносным фактором еще не означает фатальной неизбежности заболевания. Так, среди находящихся в тесном контакте с инфекционными больными всегда имеются лица, нечувствительные или малочувствительные к инфекции. Для того чтобы неблагоприятное воздействие вызвало заболевание, необходимо определенное состояние организма.
В современной медицине раздел психосоматики представляют клинические, психологические, эпидемиологические и лабораторные исследования, которые освещают роль стресса в этиопатогенезе соматических заболеваний, связь патохарактерологических и поведенческих особенностей с чувствительностью или устойчивостью к определенным соматическим заболеваниям, зависимость реакции на болезнь от типа личностного склада, влияние некоторых методов лечения на психическое состояние.
Психосоматическое направление не является самостоятельной медицинской дисциплиной - это подход, учитывающий многообразие причин, приведших к болезни. В настоящее время термин психосоматическая медицина имеет два значения: одно связано с его применением в области медицины, второе - к болезням, в которых важную роль играют психологические факторы.
1. « Исследование взаимосвязи психических и физиологических процессов в организме человека».

Как факторы, такие как стресс или травма, могут повлиять на внутреннее строение мозга

У нашего организма есть фундаментальное физиологическое свойство — гомеостаз. Это способность поддерживать в норме показатели работы всех систем: температуру тела, давление в сосудах, уровень кислотности крови. Задача организма — держать эти показатели в постоянном диапазоне с минимальными отклонениями.

В середине прошлого века канадский эндокринолог Ганс Селье постулировал, что при воздействии факторов экстремальной силы, будь то голод, жажда, высокие температуры, кровопотеря или мышечные нагрузки, в организме возникает особое состояние, которое он и назвал стрессом. А когда человек находится в состоянии стресса, его физиологические показатели резко смещаются.

Селье выделил три стадии этого состояния.

1. Стадия тревоги. Длится от 4 до 48 часов. Выделяются адреналин, норадреналин, кортизол. Начинается мобилизация систем, например, пищеварительной — чтобы облегчить бегство. Уменьшается в размерах вилочковая железа, — из ее «депо» выходят иммунные клетки. Тоже самое с селезенкой. Здесь целый спектр проявлений.

2. Стадия устойчивости. Прекращается секреция соматотропина — гормона роста. Вырабатывается все больше кортизола, клетки надпочечников буквально раздуваются.

Теперь у организма два выхода. Первый — мобилизовать все силы и восстановить исходное состояние, и зачастую, организм с этим справляется. Второй — если организм не справляется и его возможности к восстановлению исчерпаны, происходит переход к третьей стадии.

3. Стадия истощения. Организму уже нечего мобилизировать. Гормоны уже не могут работать так, как надо. Органы перестают адекватно реагировать на кортизол и другие вещества. При физических факторах, например, тепловом, холодовом воздействии, такой стресс может привести к летальному исходу.

В случае с психологическими факторами — потеряли работу или не справились с гибелью близких людей — возникает декомпенсация и, как следствие, депрессия и/или нервный срыв.

На первой стадии стресса человек сам может справиться со стрессом. В Финляндии, например, дают отгул даже если у сотрудника первая стадия. Но в случае второй или третьей стадии придется пойти к врачу.

Илья Мартынов:

«При воздействии психических факторов человек, как правило, не умирает. Но в тех редких состояниях, когда стрессирующие факторы оказывают влияние выше порога возможного реагирования, это может привести к соматическим, телесным нарушениям как острым, так и хроническим. К примеру, у человека может случиться инсульт с летальным исходом».

Стресс может быть разрушительным в двух случаях: когда он очень сильный и когда он слабый, но продолжительный, а главное — неконтролируемый. Если человеку никак не удается приспособиться к продолжительному стрессовому воздействию, например, его нельзя остановить, от него нельзя спрятаться, убежать — такое стрессовое воздействие может стать причиной гораздо более губительных последствий на организм, чем очень сильные стрессовые ситуации, в которых можно хоть что-то сделать.

Какие методы исследования позволяют изучать топографию и характеристики внутреннего строения мозга

Распределение современных методов исследования головного мозга в пространственно-временном масштабе

Современные методы исследования головного мозга основываются на морфофункциональных особенностях нервных клеток и их взаимодействии. Исходя из этого, в зависимости от того на что будет направлен метод их можно разделить на электрофизиологические, методы регистрирующие биопотенциалы мозга; оптические методы, использующие микроскопию, либо отслеживающие метаболические процессы, изменяющиеся в зависимости от активности мозга; методы, позволяющие воздействовать непосредственно на сам мозг, например, используя стимуляцию или вживляя в нейроны новые типы рецепторов.

Все эти методы также можно распределить относительно пространственного и временного масштаба. В пространственном масштабе рассматривается работа мозга начиная от самых мелких его структур, например, ионных каналов, до работы целого мозга. Под временным масштабом понимается то, какой промежуток времени, от миллисекунд до месяцев, метод позволяет регистрировать.

Современные методы исследования головного мозга

Электофизиологические методы регистрации биопотенциалов головного мозга

Пример регистрации сигналов ЭЭГ, ЭКоГ и LFP

Электроэнцефалография

Электроэнцефалография (ЭЭГ) – неинвазивный метод исследования функционального состояния головного мозга путём регистрации его биоэлектрической активности .

➥ Основаная статья: Электроэнцефалография

Достоинства:

• Чувствительность;
• Высокое временное разрешение;
• Высокая проработанность метода.

Недостатки:

• Низкое пространственное разрешение;
• Уязвим для шума и артефактов.

Таким образом, ЭЭГ хорошо подходит для исследования вопросов о скорости нейронной активности и хуже для исследования вопросов о местоположении такой активности.

Электрокортикография

➥ Основная статья: Электрокортикография

Электрокортикография (ЭКоГ) –  это инвазивный метод регистрации биопотенциалов нейронов, с помощью суперкортикально (эпидурально или субдурально), интракортикально или субкортикально расположенных электродов.

Достоинства:

• Гибкое размещение регистрирующих и стимулирующих электродов;
• Может быть выполнена на любом этапе: до, во время и после операции;
• Позволяет проводить прямую электростимуляцию головного мозга, выявляя критические участки коры, которых следует избегать во время операции;
• Высокое временное и пространственное разрешение;
• Отношение сигнал/шум лучше из-за более близкого расположения к нейронной активности.

Недостатки:

• Ограниченное время выборки – пароксизмы (иктальные события) могут не записываться в течение периода записи ЭКоГ;
• Ограниченное поля обзора – размещение электрода ограничено областью обнаженной коры и временем операции, возможны ошибки выборки;
• Запись зависит от влияния анестетиков, наркотических анальгетиков и самой операции.

Регистрация потенциалов локального поля

➥ Основная статья: Потенциал локального поля

Микроэлектродные методы регистрации биопотенциалов

Потенциалы локального поля (англ. local field potentials, LFP) – временные ритмические сигналы, возникающие в нервной ткани за счет суммации и синхронизации активности отдельных нейронов. Они генерируются за счет дисбаланса концентрации ионов вне клеток в результате электрической активности самих клеток.

Достоинства:

• Возможность регистрации активности в определенной области;
• Высокое временное разрешение;
• Возможность применения метода in vitro;

Недостатки:

• Низкое пространственное разрешение в сравнении с MUR и SUR.

Регистрация мультиюнитной активности (multiunit recording, MUR)

Метод регистрации биопотенциалов мозга, основанный на использовании электродов с большой площадью контакта, что позволяет наблюдать за целыми популяциями нейронов. Используется при невозможности  регистрации активности отдельных нейронов или для исследования отдельных нейронных ансамблей. Может проводится как in vivo , так и in vitro .

Достоинства:

• Меньшая сложность исполнения по сравнению с SUR;
• Возможность локализации спайка;
• Высокое временное разрешение;
• Возможность определения количества прилежащих клеток;
• Локализация нейрональной активности.

Недостатки:

• Низкое пространственное разрешениепо сравнению с SUR;
• Большая степень травмирования по сравнению с SUR.

Регистрация активности одиночных нейронов (singleunit recording, SUR)

➥  Основная статья:  Активность одиночного нейрона

Метод исследования, основанный на регистрации биопотенциалов отдельного нейрона системой микроэлектродов. Может проводится как in vivo , так и in vitro . Нашел широкое применение в анализе когнитивных способностей, картографировании коры головного мозга и в технологиях интерфейса мозг-компьютер.

Достоинства:

• Высокое пространственное разрешение;
• Высокое временное разрешение;
• Низкая степень травмирования за счет малых размеров;
• Широкий потенциал для практического применения.

Недостатки:

• Высокая сложность исполнения;
• Дороговизна оборудования.

Какие медицинские проблемы могут быть связаны с нарушениями внутреннего строения мозга

О когнитивных нарушениях говорят, если у человека снижается внимание и память, ухудшается интеллект, возникают сложности при умственной работе. Симптомы бывают различными – у одних страдает способность воспринимать и анализировать информацию, другие не могут планировать и принимать решения. Но результат один: человек не может полноценно учиться и работать, теряет социальные связи^1,2.

Снижение когнитивных функций может быть связано с хроническими болезнями. Чаще всего патологический процесс запускают сосудистые нарушения головного мозга, заболевания сердечно-сосудистой системы, сахарный диабет и состояния, сопровождающиеся хронической болью. Ниже рассмотрим самые частые причины интеллектуальных нарушений.

Артериальная гипертензия

Повышение артериального давления часто приводит к развитию сосудистых когнитивных расстройств . Это происходит потому, что давление, даже высокое, не остается таким постоянно. Оно то резко повышается, то снижается под влиянием лекарств. Сосуды при этом то спазмируются, то расширяются, меняется кровоток в мозге, и повреждаются нейроны. Здоровых клеток, отвечающих за когнитивные функции, становится меньше. В результате снижается память, мышление становится заторможенным, пациенту бывает сложно сосредоточиться на задаче, выполнять действия, требующие быстрого переключения внимания. Если болезнь прогрессирует, появляются и другие симптомы – нарушение ходьбы вплоть до полной обездвиженности, недержание мочи, дефицит эмоций и сужение круга интересов¹.

Сахарный диабет

При сахарном диабете ускоряется развитие атеросклероза – болезни сосудов головного мозга. В них образуются бляшки, которые перекрывают просвет и снижают ток крови. Одновременно с этим у людей с сахарным диабетом повышается риск развития тромбозов. Все эти факторы приводят к развитию диабетической энцефалопатии – патологии, существенно снижающей когнитивные функции. Может ухудшаться речь, нередко возникают сложности при выполнении привычных действий, страдает зрительная и слуховая память¹.

Инсульт

Ишемический инсульт, при котором нарушается кровоснабжение головного мозга, очень часто приводит к когнитивным расстройствам : по статистике, ими страдают 68% больных¹. Выраженность и количество патологий зависят от тяжести перенесенного заболевания. После обширного инсульта ухудшится память, внимание, проявятся речевые нарушения, произойдет снижение интеллекта. Если нарушения кровотока были незначительными, постинсультные симптомы будут нарастать постепенно, на протяжении нескольких месяцев или даже лет. Вот какие нарушения со временем отмечают пациенты, перенесшие «легкий» инсульт:³

• Снижается скорость психических реакций в непривычных ситуациях – возникают проблемы с изучением нового материала, решением нетипичных задач.
• Мышление становится медленным – человеку становится сложно анализировать, обобщать и делать выводы. Например, люди с таким диагнозом часто не могут ответить на вопрос, что общего между яблоком и грушей (все это – фрукты).
• Плохо переносятся умственные нагрузки. Человек быстрее устает от той работы, которую раньше делал легко.

Замечено, что люди, привыкшие к умственным нагрузкам, легче переносят последствия инсульта и могут сохранять работоспособность даже при снижении когнитивных функций . У них включается так называемый когнитивный резерв : нейронные связи, сформированные в результате активной умственной деятельности в прошлом, теперь помогают справиться с последствиями ишемии в период реабилитации после инсульта³.

Хроническая боль

По статистике, на хроническую боль различной локализации жалуется каждый второй человек. Каждый 20-й сталкивается с постоянными головными болями, причем большее число среди них – женщины. По их словам, они испытывают боли ежегодно по нескольку месяцев подряд. Постоянная боль изматывает и ослабляет организм, вызывая бессонницу, раздражительность и снижение когнитивных функций. Из-за постоянной боли у человека снижается концентрация внимания – он просто не может сосредоточиться на задаче, отвлекаясь на неприятные ощущения в теле. А еще у него ухудшается память, снижается скорость обработки информации, теряется способность анализировать, рассуждать, принимать решения – ведь все эти действия требуют значительного напряжения нервной системы².

Хронический болевой синдром, сопровождаемый когнитивными нарушениями, может привести к тревожному или депрессивному расстройству, которое будет прогрессировать вплоть до тяжелых форм. Если не поддерживать интеллектуальные способности у пациентов с хронической болью, результатом может стать инвалидизация и полная потеря трудоспособности.