О строении и функциях головного мозга

строение головного мозга

Обитавшие на Земле первобытные существа имели примитивное двухслойное нервное образование - древнюю кору; в процессе эволюции строение мозга усложнилось, появился обонятельный мозг - так называемая старая кора. Дальнейшее развитие привело к появлению новой коры, имеющей наиболее сложную структуру. У человека она занимает 96% площади всей коры, старая кора - 3,4%, а древняя - всего 0,6%. У животных же древняя и старая кора занимает около 70% площади всей коры больших полушарий.

При изучении формирования мозга в процессе эволюции сложилось представление о трех мозговых уровнях: высший уровень - передний отдел мозга (к нему относятся кора больших полушарий, подкорковые базальные узлы, обонятельный мозг и диэнцефальный отдел, или промежуточный мозг); средний уровень - средний отдел мозга и низший уровень - задний отдел мозга (он состоит из так называемого варолиева моста, мозжечка и продолговатого мозга, являющегося продолжением спинного мозга).

Можно считать твердо установленным иерархический принцип управления функциями организма, осуществляемый центральной нервной системой. «Верховное командование» принадлежит высшим отделам головного мозга - коре больших полушарий и подкорковым образованиям. Им подчиняются средний и низший уровни мозга. Все они взаимосвязаны, и ни один отдел мозга никогда не действует в одиночку.

Смысл иерархической организации заключается в распределении задач между несколькими уровнями. Рассмотрим для примера механизм управления каким-либо движением. Известно, что выполнение любого двигательного акта требует координированной работы большого числа разнообразных мышц, причём каждая группа мышц, каждое мышечное волокно должны получать специальную информацию. Высший уровень управления (кора больших полушарий) ставит лишь общую задачу: «встать со стула», «подойти к столу». Но он не контролирует действие отдельных мышечных единиц, участвующих в осуществлении поставленной задачи. Детализация команды происходит на более низких уровнях мозга. Иногда же все управление движениями формируется в нижележащих уровнях, находящихся в различных отделах спинного мозга. Это наблюдается в случаях рефлекторных (не зависимых от сознания) движений, например отдергивания руки при неожиданном прикосновении к горячему предмету, быстрое зажмуривание при прикосновении к глазу пылевой частицы, мошки.

Детальная последовательность нервных стимулов для осуществления такого рода бессознательных стереотипных движений заключена в «памяти» низших уровней головного мозга. Стандартные программы управления отдельными «блоками» движений жёстко фиксированы в различных системах низших уровней.

Таким образом, при совершении того или иного движения кора головного мозга вовсе не управляет каждой мышцей, а тем более каждым мышечным волокном. Сложные двигательные акты автоматически разворачиваются в детализированную систему последовательного чередования мышечных сокращений, более или менее жёстко фиксированную в низших уровнях мозга. И если общие задачи-команды, исходящие из высшего уровня - коры больших полушарий (как правило, осознаваемые), весьма разнообразны и часто нестандартны, то осуществление этих нестандартных движений происходит благодаря стандартным программам, фиксированным в более низших уровнях мозга.

Высший уровень, передний отдел мозга, возник в связи с эволюцией обоняния и совершенствованием других органов чувств. У человека он стал органом управления всеми формами поведения - инстинктивного (передаваемого по наследству), индивидуального (выработанного в процессе роста и развития) и коллективного (появляющегося в результате трудовой деятельности и общения людей с помощью речи). Эта последняя форма поведения связана с развитием самых молодых (новых, с точки зрения эволюции) поверхностных слоёв мозговой коры.

Кора больших полушарий - самая сложная часть мозга человека. Она покрывает всю поверхность головного мозга, ее толщина колеблется от 1,5 до 3 мм; общая поверхность составляет у взрослого человека 1400-1700 см2. В коре находится абсолютное большинство всех нервных клеток (общее их количество, по данным разных авторов, достигает 9-15 млрд.). Они расположены не хаотично, а упорядочено: шестью слоями, лежащими друг под другом. Клетки коры различны по форме и величине. Одни имеют правильную пирамидную или треугольную форму, другие похожи на звезды или веретена, третьи названы зернистыми.

В каждом слое преобладают клетки однотипной конфигурации. Например, один из слоёв состоит из мелких зернистых клеток, другой - образован звездчатыми клетками, третий - гигантскими пирамидными, четвёртый - веретенообразными клетками. Клетки мозговой коры расположены упорядочено не только по горизонтали (слоями), но и по вертикали, а именно: пирамидные, звездчатые, веретенообразные и зернистые клетки располагаются друг под другом и образуют вертикальные колонки, которые могут функционировать самостоятельно или в комплексе друг с другом. Объединение мозговых клеток в колонки является отличительным признаком коры головного мозга человека, так как даже у высших животных, имеющих все шесть слоёв коры, эта особенность отсутствует.

Каждая мозговая клетка (называемая нейроном), в отличие от всех остальных клеток тела, имеет отростки - дендриты, по которым в нейрон приходят нервные импульсы (информация), и аксон, по которому сигналы передаются другим нейронам. Мозговая клетка представляет собой центр по переработке информации, и чем больше у нее дендритов, тем больше информации она получает, обрабатывает и передаёт другим нейронам. Таким образом, общий объем мозговой деятельности обусловливается не только и не столько количеством нейронов, сколько развитием связей между ними.

Поверхность коры головного мозга представляет собой сложный узор, образуемый бороздами и извилинами. Их расположение одинаково у всех людей. В соответствии с особенностями клеточного состава поверхность коры условно разделяют на ряд участков - корковые поля, обозначенные постоянными номерами.

Участки коры, в которые поступают импульсы от органов чувств, а также от внутренних органов, мышц и суставов, получили название чувствительных, или сенсорных, центров. В коре больших полушарий имеются также области, которые обладают способностью одновременно реагировать на импульсы не из одного, а из нескольких органов чувств. Это ассоциативные зоны. Их повреждение не сопровождается потерей определённого вида чувствительности (как при поражении чувствительных зон), но при этом может быть нарушена способность правильно оценивать значение действующего раздражителя. Например, при повреждении зрительной ассоциативной зоны человек остаётся зрячим, он может прочитать слово, фразу, но перестаёт понимать их значение (словесная слепота). Повреждение слуховой ассоциативной зоны не вызывает потери слуха, но нарушает способность понимать смысл слышимых слов (словесная глухота); при поражении ассоциативной зоны тактильной чувствительности теряется способность узнавать предметы на ощупь с закрытыми глазами.

Все это свидетельствует о важнейшей роли ассоциативных зон коры больших полушарий головного мозга. Об этом же говорят и следующие факты: площадь ассоциативных зон по мере эволюционного развития прогрессивно возрастает, наибольшей величины она достигает у человека, и именно в этих зонах расположены наиболее сложные колонки корковых клеток.

Помимо сенсорных и ассоциативных, в коре мозга имеются двигательные (моторные) зоны, возбуждение которых вызывает мышечные сокращения. Повреждение этих областей сопровождается частичным или полным параличом.

Определённые отделы мозговой коры составляют материальный субстрат уникальной особенности человека - речи. Эти отделы у большинства людей находятся в левом полушарии, главным образом в области третьей лобной извилины и височной доли. Повреждения лобных областей могут вызвать нарушение формирования речи. Повреждения, локализующиеся в задних отделах доли, вызывают нарушение понимания речи.

Под лобными долями больших полушарий расположены подкорковые базальные узлы, принимающие большое участие в регуляции произвольных и непроизвольных движений. Их поражения вызывают различные заболевания, одним из которых является паркинсонизм, характеризующийся повышением мышечного тонуса, дрожанием мышц в покое, скованностью (затруднённостью) движений, маскообразностью лица. С повреждением базальных узлов может быть связано также возникновение таких непроизвольных движений, как подёргивание, тики, судороги.

Самая меньшая часть переднего мозга - обонятельный мозг, как это явствует из его названия, обеспечивает функцию первого органа чувств, появившегося у живых существ, - функцию обоняния.

Очень важное значение для благополучия организма имеет промежуточный мозг - диэнцефальный отдел, регулирующий деятельность органов чувств, а также все вегетативные функции. В его состав входят зрительный бугор (таламус), подбугровая область (гипоталамус) и некоторые другие образования.

Зрительный бугор является центром болевой чувствительности. Импульсы от органов чувств (глаза, уха, языка, кожи) проходят в кору головного мозга через нейроны зрительного бугра. Он является как бы воротами, через которые высшие отделы мозга получают информацию от органов чувств (кроме обоняния) и от внутренних органов. Взаимодействие импульсов от внутренней среды с импульсами, идущими от рецепторов кожи, объясняет происхождение отражённых болей, когда при заболевании того или иного внутреннего органа (сердца, желудка) повышается чувствительность или появляется чувство боли в определённых участках кожных покровов, что используется при диагностике заболеваний внутренних органов.

Подбугровая область - гипоталамус - очень маленькое мозговое образование, которое, однако, имеет чрезвычайно важное значение для всего организма. Здесь расположены высшие центры, регулирующие работу внутренних органов, эндокринных желез, обмен веществ, температуру тела. Кроме того, гипоталамус является областью формирования эмоциональных состояний.

Высокая активность гипоталамуса обеспечивается чрезвычайно обильным снабжением его кровью: капиллярная сеть гипоталамуса по своей разветвленности в несколько раз превышает капиллярную систему в других областях мозга. Особенностью капилляров гипоталамуса является также повышенная проницаемость их стенок. Поэтому на клетки гипоталамуса могут оказывать избирательное влияние вещества, находящиеся в крови, которые не проникают в другие отделы мозга.

Все функции гипоталамуса контролируются высшими отделами центральной нервной системы - подкорковыми образованиями и корой больших полушарий.

В среднем мозге расположены первичные центры зрения и слуха; кроме того, он содержит нервные волокна, соединяющие нижележащие отделы - спинной и продолговатый мозг - с большими полушариями головного мозга.

Наконец, самый низший отдел головного мозга - продолговатый мозг - представляет собой непосредственное продолжение спинного мозга. В нем расположены центры равновесия тела в пространстве, координации движений, регуляции дыхания, сердечной деятельности, тонуса кровеносных сосудов. Поскольку все эти центры находятся на небольшом пространстве, любое поражение продолговатого мозга может иметь катастрофические последствия. Кроме того, продолговатый мозг управляет рефлекторными актами жевания, глотания, сосания, а также защитными рефлексами - рвотой, кашлем, морганием.

Под затылочными долями больших полушарий помещается мозжечок, участвующий в регуляции всех сложных двигательных актов, включая произвольные движения. При его повреждении движения теряют точность, становятся резкими, плохо координированными. Мозжечок является также органом приспособления тела к преодолению силы земного притяжения.

В центральной части мозгового ствола ещё в прошлом веке было выделено образование, состоящее из клеток разных типов и размеров, переплетённых большим количеством нервных волокон, идущих в разных направлениях. Так как вид этой ткани под микроскопом сходен с сетью, она была названа сетчатой, или ретикулярной, формацией. Однако, несмотря на то, что это образование известно давно, его физиологическое значение выяснено только в последние десятилетия, когда было установлено, что ретикулярная формация осуществляет тонкую регуляцию мозговых функций, поддерживая бодрствующее состояние, повышая тонус мозговой коры и избирательно затормаживая деятельность некоторых участков мозга. Например, нервные клетки, находящиеся в подкорковых частях слухового и зрительного центров, затормаживаются под влиянием импульсов, идущих от ретикулярной формации. Полагают, что эти процессы имеют отношение к функции внимания. И из повседневной жизни известно: если внимание направлено на какой-то предмет, сконцентрировано на нем, то другие раздражители практически не воспринимаются. Так, человек, увлечённый чтением интересной книги, не слышит музыки, передаваемой по радио; человек, погруженный в свои мысли, может не заметить приближающуюся автомашину.

Активность самой ретикулярной формации поддерживается импульсами «сверху» и «снизу»: из центральных отделов нервной системы - коры головного мозга и мозжечка и с периферии тела - от всех органов чувств. Это обусловливает ее постоянное возбуждение.

В глубине мозга на стыке двух полушарий расположена лимбическая система (или висцеральный мозг), которая играет важную роль в формировании эмоциональных состояний и памяти.

Влияние гиппокампа, входящего в состав лимбической системы, на процессы памяти было отмечено ещё знаменитым русским невропатологом и психиатром В.М. Бехтеревым. Он описал пациента с двусторонним разрушением гиппокампа в результате мозговых кровоизлияний. Этот пациент страдал потерей памяти на события, происшедшие после травмы. Память же на события, имевшие место до травмы, полностью сохранилась. Аналогичные факты были описаны позднее многими исследователями. Затем обнаружилось, что нарушения памяти на отдельные слова также связаны с повреждением гиппокампа.

Предполагают, что следы, которые хранились и использовались многие месяцы и годы (долгосрочная память), становятся достаточно устойчивыми и воспроизводятся без участия гиппокампа. Недавние же следы (кратковременная память) нарушаются при его повреждении. Поэтому считается, что гиппокамп принимает непосредственное участие в закреплении следов информации - в переходе их из кратковременной в долгосрочную память. При этом, поскольку лимбическая система (в том числе гиппокамп) участвует в организации не только памяти, но и эмоций, ситуации, связанные с эмоциональным состоянием, запоминаются, как правило, более надёжно, чем события, которые не имеют эмоциональной окраски.

Важным фактором, обеспечивающим нормальное протекание всех функций мозга, является его кровоснабжение. Интенсивный обмен веществ, свойственный нервным клеткам, возможен только благодаря достаточному притоку и оттоку крови, приносящей кислород и питательные вещества и уносящей конечные продукты обмена.

Артериальное кровоснабжение головного мозга осуществляется из двух основных источников. Передние отделы мозга снабжаются кровью через внутренние сонные артерии, задние - через позвоночные артерии. У основания мозга все эти артерии соединяются между собой и образуют так называемый виллизиев круг. От него берут начало артерии, доставляющие кровь ко всем отделам головного мозга.

На поверхности мозга артерии образуют сеть, от которой отходят сосуды внутрь мозгового вещества и там распадаются на капилляры. Особенностью кровеносных сосудов головного мозга является большое количество анастомозов - сосудистых перемычек, соединяющих между собой ветви одной и той же артерии и ветви различных артерий. Такие перемычки обусловливают сетевидное строение артериальной системы больших полушарий головного мозга. Благодаря анастомозам мозг человека имеет надёжные резервные пути доставки питательных веществ: если какая-либо артерия выйдет из строя (тромб, кровоизлияние), то анастомозы ее функции переключают на другие кровеносные сосуды.

Венозная система, подобно артериальной, также имеет большое количество анастомозов различного диаметра. Внутри мозгового вещества артериальная и венозная системы объединяются кровеносными капиллярами в единую сосудистую сеть.

На поверхности каждого нейрона располагается несколько капилляров. Соединяясь между собой, капилляры образуют как бы корзинки, в которых находятся мозговые клетки. Их отростки тесно переплетены с окружающими клетку капиллярами. Наибольшее количество капилляров сосредоточивается возле крупных мозговых клеток. Предполагается, что объем кровообращения мозговых клеток определяется интенсивностью их функциональной деятельности. Чем интенсивнее и продолжительнее работает нервная клетка, тем большее количество капилляров сосредоточено возле нее и тем активнее ее обмен веществ.



Анекдот:

Заглянуть в холодильник - это рефлекс, есть не хотим, но открыть надо.