Разгадайте тайны головного мозга: все, что вы хотели знать о его структуре и функции

Разгадайте тайны головного мозга: все, что вы хотели знать о его структуре и функции

Мозг – это без преувеличения один из самых потрясающих органов человеческого тела. Занимая до 80% объема черепной коробки и имея массу, составляющую в среднем 2% от общей массы тела человека, мозг является центром управления всеми процессами в нашем организме. Этот увлекательный факт также поясняет, почему мозг мужчин и женщин может весить по-разному – причина кроется в различии общей массы тела.

Примечательно, что интеллект человека не имеет прямой зависимости от веса или размеров его мозга. Это подчеркивает сложность и уникальность его структуры и функционирования. Мозг человека можно анализировать с точки зрения функций его полушарий и различных его частей. Прежде чем углубиться в детали, давайте сначала узнаем больше о его удивительной структуре.

Мозг состоит из следующих основных частей: лобной доли, теменной доли, височной доли, затылочной доли, мозжечка, промежуточного мозга, среднего мозга, моста и продолговатого мозга. Каждая из этих частей имеет свою уникальную роль и отвечает за выполнение различных функций в организме. Например, лобная доля участвует в планировании, принятии решений и контроле поведения, тогда как затылочная доля отвечает за обработку визуальной информации.

Не стоит забывать и о спинном мозге, который, хоть и не будет рассматриваться здесь подробно, играет важную роль, будучи продолжением головного мозга и отвечая за передачу нервных импульсов между телом и мозгом. Примером его важности может служить рефлекторная дуга, обеспечивающая быстрый ответ на раздражители без участия головного мозга.

Подробнее о расположении внутренних компонентов мозга и их функциях мы будем говорить, рассматривая каждую часть отдельно с помощью иллюстраций. Это поможет лучше понять, как работает эта сложная и изощренная система.

Таким образом, мозг – это не просто какой-то один орган, а целая сложная и уникальная система, координирующая массу важнейших функций в нашем теле. От интеллектуальных способностей до регуляции жизненно важных процессов — мозг выполняет бесчисленные задачи, делающие нас теми, кто мы есть. Примером этому может служить способность к творческому мышлению и решению сложных задач, что отличает нас от других живых существ.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое головной мозг

ГМ как энергетический, контрольный, организационный центр нервной системы хранится в нейрокраниуме. У взрослых людей его объем (вес) составляет около 1500 г. Однако, специализированная литература показывает большую изменчивость массы ГМ (как у человека, так и у животных, например, у обезьян). Наименьший вес – 241 г и 369 г, а также самый большой вес – 2850 г были найдены у представителей популяции с тяжелой умственной отсталостью. Отличается и объем между полами. Вес мужского мозга примерно на 100 г больше, чем женского.

Расположение мозга в голове видно на срезе.

Головной мозг, наряду со спинным, образует ЦНС. Мозг расположен в черепе, защищен от повреждения жидкостью, которой заполнена черепная полость, цереброспинальной жидкостью. Строение головного мозга человека очень сложное – оно включает кору, делящуюся на 2 полушария, которые функционально различаются.

Функция правого полушария заключается в решении творческих задач. Оно отвечает за выражение эмоций, восприятие изображений, цветов, музыки, распознавание лиц, чувствительность, является источником интуиции. Когда человек впервые сталкивается с задачей, проблемой, начинает работать именно это полушарие.

Левое полушарие доминирует при задачах, с которыми человек уже научился справляться. Метафорически левое полушарие можно назвать научным, поскольку оно включает логическое, аналитическое, критическое мышление, подсчет и использование языковых навыков, интеллект.

В составе мозга имеются 2 вещества – серое и белое. Серое вещество на поверхности мозга производит кору. Белое вещество состоит из большого количества аксонов с миелиновыми оболочками. Оно находится под серым веществом. Связки белого вещества, проходящие через ЦНС, называются нервными трактами. Эти тракты обеспечивают передачу сигналов другим структурам ЦНС. В зависимости от функции пути делятся на афферентные и эфферентные:

• афферентные пути приносят сигналы к серому веществу из другой группы нейронов;
• эфферентные пути образуют аксоны нейронов, приводящие сигналы к другим клеткам ЦНС.

Строение головного мозга человека вызывает у людей множество вопросов и обсуждений. Многие интересуются, как именно функционируют различные его части и какую роль они играют в нашей жизни. Например, кора головного мозга отвечает за высшие психические функции, такие как мышление и память, в то время как лимбическая система связана с эмоциями и мотивацией. Некоторые исследователи подчеркивают, что мозг обладает удивительной пластичностью, что позволяет ему адаптироваться к новым условиям и восстанавливаться после травм. В то же время, популярные мифы о том, что мы используем лишь 10% своего мозга, продолжают существовать, несмотря на научные опровержения. Люди также обсуждают влияние образа жизни на здоровье мозга, включая питание, физическую активность и умственную нагрузку. Таким образом, интерес к строению и функциям головного мозга остается актуальным и многогранным.

Головной мозг | Строение и функции | Биология ЦТ, ЕГЭ

Защита мозга

Защита ГМ включает череп, оболочки (менинги), спинномозговую жидкость. Кроме ткани, нервные клетки ЦНС также защищены от воздействия вредных веществ из крови гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). ГЭБ – это смежный слой эндотелиальных клеток, тесно связанных между собой, препятствующих прохождению веществ через межклеточные пространства. В патологических состояниях, таких как воспаление (менингит), целостность ГЭБ бывает нарушенной.

Оболочки

Головной и спинной мозг покрывают 3 слоя оболочек – твердая, паутинная, мягкая. Составляющие компоненты оболочек – соединительные ткани мозга. Общая их функция состоит в защите ЦНС, кровеносных сосудов, снабжающих ЦНС, сбор цереброспинальной жидкости.

Каковы основные функции головного мозга

Нервные клетки, они же нейроны, вместе со своими волокнами, передающими сигналы, образуют нервную систему. У позвоночных основная часть нейронов сосредоточена в полости черепа и позвоночном канале. Это называется центральной нервной системой. Соответственно, выделяют головной и спинной мозг как ее составляющие.Спинной мозг собирает сигналы от большинства рецепторов тела и передает их в головной мозг. Через структуры таламуса они распределяются и проецируются на кору больших полушарий головного мозга. Проекция информации на кору Кроме больших полушарий обработкой информации занимается еще и мозжечок, который, по сути, является маленьким самостоятельным мозгом. Мозжечок обеспечивает точную моторику и координацию всех движений.Зрение, слух и обоняние обеспечивают мозг потоком информации о внешнем мире. Каждая из составляющих этого потока, пройдя по своему тракту, также проецируется на кору. Кора – это слой серого вещества толщиной от 1.3 до 4.5 мм, составляющий наружную поверхность мозга. За счет извилин, образованных складками, кора упакована так, что занимает в три раза меньшую площадь, чем в расправленном виде. Общая площадь коры одного полушария – приблизительно 7000 кв.см.В итоге все сигналы проецируются на кору. Проекция осуществляется пучками нервных волокон, которые распределяются по ограниченным областям коры. Участок, на который проецируется либо внешняя информация, либо информация с других участков мозга образует зону коры. В зависимости от того, какие сигналы на такую зону поступают, она имеет свою специализацию. Различают моторную зону коры, сенсорную зону, зоны Брока, Вернике, зрительные зоны, затылочную долю, всего около сотни различных зон. Зоны коры В вертикальном направлении кору принято делить на шесть слоев. Эти слои не имеют четких границ и определяются по преобладанию того или иного типа клеток. В различных зонах коры эти слои могут быть выражены по-разному, сильнее или слабее. Но, в общем и целом, можно говорить о том, что кора достаточно универсальна, и предполагать, что функционирование разных ее зон подчиняется одним и тем же принципам. Слои коры По афферентным волокнам сигналы поступают в кору. Они попадают на III, IV уровень коры, где распределяются по близлежащим к тому месту, куда попало афферентное волокно, нейронам. Большая часть нейронов имеет аксонные связи в пределах своего участка коры. Но некоторые нейроны имеют аксоны, выходящие за ее пределы. По этим эфферентным волокнам сигналы идут либо за пределы мозга, например, к исполнительным органам, или проецируются на другие участки коры своего или другого полушария. В зависимости от направления передачи сигналов эфферентные волокна принято делить на:

• ассоциативные волокна, которые связывают отдельные участки коры одного полушария;
• комиссуральные волокна, которые соединяют кору двух полушарий;
• проекционные волокна, которые соединяют кору с ядрами низших отделов центральной нервной системы.

Если взять направление, перпендикулярное поверхности коры, то замечено, что нейроны, располагающиеся вдоль этого направления, реагируют на схожие стимулы. Такие вертикально расположенные группы нейронов, принято называть кортикальными колонками.Можно представить себе кору головного мозга как большое полотно, раскроенное на отдельные зоны. Картина активности нейронов каждой из зон кодирует определенную информацию. Пучки нервных волокон, образованные аксонами, выходящими за пределы своей зоны коры, формируют систему проекционных связей. На каждую из зон проецируется определенная информация. Причем на одну зону может поступать одновременно несколько информационных потоков, которые могут приходить как с зон своего, так и противоположного полушария. Каждый поток информации похож на своеобразную картинку, нарисованную активностью аксонов нервного пучка. Функционирование отдельной зоны коры – это получение множества проекций, запоминание информации, ее переработка, формирование собственной картины активности и дальнейшая проекция информации, получившейся в результате работы этой зоны.Существенный объем мозга – это белое вещество. Оно образовано аксонами нейронов, создающими те самые проекционные пути. На рисунке ниже белое вещество можно увидеть как светлое заполнение между корой и внутренними структурам мозга. Распределение белого вещества на фронтальном срезе мозга Используя диффузную спектральную МРТ, удалось отследить направление отдельных волокон и построить трехмерную модель связанности зон коры (проект Connectomics (Коннектом)).Представление о структуре связей хорошо дают рисунки ниже (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012). Вид со стороны левого полушария Вид сзади Вид справа Кстати, на виде сзади отчетливо видна асимметрия проекционных путей левого и правого полушария. Эта асимметрия во многом и определяет различия в тех функциях, которые приобретают полушария по мере их обучения.

Как головной мозг состоит из частей

В нашем мозге миллиарды нейронов. У каждого нейрона есть тело (сома) и два вида отростков — дендриты и аксон. С их помощью клетки могут общаться между собой. Дендриты принимают входящие импульсы от других нейронов, а аксон отправляет исходящие.

Обмен информацией между нейронами происходит с помощью синапсов — специальных образований на концах дендритов и аксонов

Когда мы обучаемся новому, нейроны в разных частях мозга общаются друг с другом. Если нейроны взаимодействуют регулярно, они образуют нейронные связи, которые позволяют им обмениваться сигналами быстрее и проще. За один простой навык отвечает целая сеть связей — их может быть несколько тысяч или миллионов. А ещё одна и та же связь может отвечать за разные навыки.

Освоенный навык или заученная информация не лежат в мозге в одном месте, а хранятся распределённо — в большом количестве клеток. Когда мы начинаем что-то делать или вспоминать, то активируем сразу всю сеть.

Валентина Русакова, магистрантка СПбГУ и исследовательница бюро pdupd.co

Например, вы обучаетесь играть на гитаре. Игра задействует нейроны в разных областях мозга: моторной, слуховой и зрительной коре. Поначалу вам сложно одновременно удерживать аккорд в памяти, контролировать положение пальцев на струнах и сопоставлять всё это с извлекаемым звуком, потому что нейронные связи трёх разных видов деятельности пока не объединены в одну сеть. Однако чем больше вы практикуетесь, тем больше автоматизируется процесс и быстрее идут сигналы по нервной ткани, а играть получается всё лучше.

Если мы перестаём пользоваться новым навыком или полученной информацией, нейронные связи, которые образовались для этого, активируются всё реже и ослабевают. Совсем информация не исчезнет, но мы можем утратить к ней доступ. Например, связей было мало, они долго не активировались целенаправленно — и мы не можем вспомнить то, что когда-то знали. А ещё информация может «записаться» в долгосрочную память с ошибками: то, чем мы не пользуемся стабильно и часто, может «смешаться» с чем-то ассоциативно похожим и исказиться.

Валентина Русакова, магистрантка СПбГУ и исследовательница бюро pdupd.co

Такая способность нейронов постоянно создавать новые связи друг с другом называется нейропластичностью. Она не зависит от возраста — обучаться новому люди могут и в детстве, и в старости, так как новые нейроны образуются в мозге всю жизнь. Разница лишь в том, что в пожилом возрасте этот процесс может идти медленнее и часть новых клеток погибает за ненадобностью: например, если человек ничему не обучается и не формирует новые связи. Нейрогенез не прекращается полностью, даже если у человека диагностирована болезнь Альцгеймера.

Как работают нейроны в головном мозге

Цитоархитектонические поля Бродмана. Окрашенные зоны :
а) Моторная (красная) :
4 — первичная моторная кора
6 — на медиальной поверхности, дополнительная моторная зона
6 — на латеральной поверхности, премоторная кора
б) Сенсорная (голубая) :
3/1/2 — первичная соматосенсорная кора
40 — вторичная соматосенсорная кора
17 — первичная зрительная кора 18,
19 — ассоциативная зрительная кора
41, 42 — первичная слуховая кора*
22 — ассоциативная слуховая кора
(*Первичную слуховую кору не всегда можно увидеть сбоку, так как она полностью расположена на верхней поверхности верхней височной извилины.)

а) Соматосенсорная кора :

1. Отделы . Соматосенсорная, или соматоэстетическая, кора занимает всю постцентральную извилину. Части тела противоположной стороны представлены инвертированными (за исключением лица), а кисти рук, губы и язык представлены непропорционально большими. Представленные на рисунке ниже уже известные Вам гомункулы лишь схематически изображают расположение различных частей тела без учета обширных участков, перекрывающих друг друга.

На вертикальном срезе соматосенсорная кора разделена на поля 3, 1 и 2. Таламо-корковые волокна (от вентральных задних медиального и латерального ядер) подходят преимущественно к полю 3 (разделенному на более мелкое поле За и более крупное поле 3б) и в меньшей степени — к полям 1 и 2. Происходит распределение информация от кожных рецепторов, и быстро проводящие волокна направляются преимущественно к полю 1; к более сложно организованному полю 2 приходят импульсы от кожных и других рецепторов. Размер и сложность организации рецепторного поля прогрессивно увеличиваются от 3б до 1. Поля 3 (За иногда включают в состав моторной коры), 1 и 2 рассматривают как первичную соматосенсорную кору (SI), однако поле 3б больше «заслуживает» определение первичный. Нейроны сенсорной коры обладают постоянно изменяющимися функциональными свойствами и не просто производят извлечение соответствующей сенсорной информации, а систематизируют ее в зависимости от контекста или ситуации. Подобная контекстуальная обработка обусловливает адаптирующееся целенаправленное поведение; многократная обработка — основа обучения.

Как головной мозг взаимодействует с другими частями тела

Исследователи проанализировали места поражения головного мозга у пациентов с синдромом «чужой» конечности и акинетичеким мутизмом, - пишет sciencemag.org .

«Они даже сидят на руке, пытаясь заставить ее не двигаться, - говорит Райан Дарби, невролог из Университета Вандербильта в Нэшвилле (Теннеси. США). - Они не сумасшедшие. Они знают, что их рука не контролируема».  

Новое исследование, анализирующее поражения мозга у людей с акинетическим мутизмом (синдром, при котором человек может чесаться или жевать пищу, не осознавая, что это действие происходит), раскрывает, как наш мозг контролирует тело.

До исследования было понятно, что пациенты с синдромом чужой конечности и акинетическим мутизмом имеют повреждения в мозгу, но никаких закономерностей выявлено не было. Поэтому Дарби и его коллеги обратились к относительно новой методике, известной как топология сети поражений.

Они проштудировали литературу для исследований изображений головного мозга обоих типов пациентов и отметили все зафиксированные ими повреждения головного мозга. Затем они построили эти повреждения на картах областей мозга, которые активируются вместе в одно и то же время – они более известны как сети мозга. В то время как отдельные поражения у пациентов с редкими нарушениями движения проявлялись в будто бы случайных местах, без причины, команда обнаружила, что кажущиеся произвольными местоположения попадают в определенные мозговые сети.

Исследователи сравнили свои результаты с данными тех, кто потерял некоторые способности к сознательному движению после временной стимуляции мозга с использованием низковольтных электродов или целевых магнитных полей для временного «отключения» областей мозга.

Сети, которые вызвали потерю сознательного движения, соответствовали сетям поражения, обнаруженными Дарби и коллегами. Это говорит о том, что эти сети участвуют в осознанном движении и в восприятии того, как мы контролируем и несем ответственность за наши действия.

У пациентов с акинетическим мутизмом повреждения сосредоточены в области мозга, называемой передней поясной корой, участвующей в осознанном движении. У пациентов с синдромом чужой конечности команда обнаружила нарушения в пределах височно-спинного перехода - область мозга, сильно вовлеченная в самосознание и деятельность. Однако в малоизученной области под названием предклинье полушарий головного мозга почти не было обнаружено нарушения, хотя она тоже связана с самосознанием.

По словам Кевина Митчелла – нейрогенетика в Тринити-колледже в Дублине, пока ученые смогли только выявить сети мозга, связанные с когнитивными функциями, такими как воля или деятельность, но они еще не понимают, что является критически важным для осуществления этих функций. «Если вы удалите рулевое колесо вашего автомобиля, у вас, очевидно, возникнут проблемы с управлением, - говорит он. – Но, если у вас есть только рулевое колесо, удача снова не на вашей стороне».

Исследование очень важно, потому что, по словам Патрика Хаггарда – невролога из Лондонского университетского колледжа, «способность принимать решения и осущетсвлять действия является фундаментальной для человека и характеризует устройство нашего общества».

Как головной мозг обучается и запоминает информацию

Говоря об аффективной системе, с одной стороны, следует проводить разделение потребности и мотивации, а с другой — различать эмоции и чувства. Потребности и мотивации формируют аффективные состояния, которые необходимо отличать от эмоциональных ответов. Лимбическая система мозга (а значит, и эмоции) впервые появилась у млекопитающих, несмотря на то что, например, птицы обладают некоторыми атрибутами эмоций. Лимбическая система практически не присуща рептилиям, амфибиям и другим низшим животным.

Наиболее яркими примерами потребностей и мотиваций являются голод, жажда, любопытство и влечение к противоположному полу Поведение регулируется мотивациями с помощью ряда механизмов. Известно, что главную роль в мотивационном поведении играет гипоталамус. Нейроны гипоталамуса характеризуются высокой чувствительностью к целому ряду биохимических веществ, при этом их импульсная активность проявляет зависимость от концентрации основных веществ, растворенных в крови и цереброспинальной жидкости. В свою очередь, нейроны гипоталамуса регулируют секреторную активность гипофиза, а также действуют на другие части аффективной системы, обеспечивая запуск определенных типов регулируемого поведения, как, например, пищевое или питьевое поведение. Поведение человека управляется не только простыми мотивациями, такими как питание или питье, но и более сложными, а подчас и весьма абстрактными потребностями.

Как головной мозг воспринимает ощущения

Люди уже достаточно давно начали интересоваться и подробнее изучать анатомию. Особенно интересной темой вплоть до сегодняшнего дня остается головной мозг и его строение. В 5 столетии до нашей эры греческим врачом Алкмеоном были сделаны выводы относительно того, что мозг является органом, способным провоцировать возникновение не только ощущений, но и мыслей. Вплоть до того времени, когда появился микроскоп, мозг изучали с помощью рассечения или препарирования. Только в 17 столетии удалось изучить орган с помощью специального оборудования и описать его основные макроструктуры. Дальнейшее детальное изучение мозга позволило в 19 веке разработать клеточную теорию.

Строение мозга

В 19 столетии удалось описать первые нейроны. Сделал это ученый из Чехии Ян Пуркинье. Он смог доказать, что нейрон выступает полностью самостоятельной клеткой. Соответственно, были сделаны выводы, что нервная клетка входит в состав нервной системы и выступает ее основной структурно-функциональной единицей.

Нейрон представляет собой достаточно простую структуру, представленную телом, а также короткими дендритами и длинными аксонами. Данные отростки отвечают за передачу импульсов и их прием от других нервных клеток. Ранее огромной популярностью пользовалась теория относительно того, что нервная система человека имеет ретикулярное строение. Это значило, что совершенно все нейроны были соединены между собой в огромную сеть. Соединение при этом происходило с помощью аксонов и дендритов. Также использовалась еще теория контакта, которая говорила о том, что нервная система складывается от самостоятельных нейронов, разделенных между собой определенными границами.

Гематоэнцефалический барьер

Гематоэнцефалический барьер или ГЭБ, представляет собой невероятно сложную систему, анатомического, биохимического и физиологического характера. Именно она отвечает и контролирует то, какие именно вещества могут проникать в нервную систему и с какой скоростью. Попадают они непосредственно из крови. Нейроны крайне чувствительные клетки, поэтому они быстро реагируют на разного рода химические соединения. ГЭБ нужна для того, чтобы защищать нейроны, ведь если произойдет гибель клетки, то новая на этом месте уже не появится.

ГЭБ представляет собой барьер, который возникает между кровью человека и его нервной тканью. Впервые о существовании подобной системы начал говорить немецкий специалист Пауль Эрлих. Он же и нашел доказательства функционирования такой системы. Он установил, что если в кровь ввести краситель, то он будет окрашивать самые разные ткани в организме, но при этом даже в минимальном количестве не попадает в мозг.

Все клетки в человеческом организме представляют собой полностью открытые системы. Они активно обмениваются с окружающей средой разного рода веществами, водой, кислородом, питательными компонентами и при этом дополнительно происходит вывод конечных продуктов обмена веществ. Практически во всех тканях присутствует определенное количество кровеносных капилляров, содержащих специальные поры, обеспечивающие обмен веществами между кровью и тканями.

Те капилляры, которые находятся в нервной ткани, отличаются от остальных. Они не имеют специальных пор и щелей между собственными клетками стенок. Все отверстия в них закрыты белковыми молекулами, образующими максимально плотные контакты. Такие капилляры обладают минимальным показателем проницаемости, поэтому свободно из крови может поступать только кислород, вода, выводиться углекислый газ и мочевина.

Узнайте самое интересное о человеческом мозге из курса «».