Мозок людини - великі експерименти - психіка і психологія
Головний мозок (лат. Cerebrum, грец. Ἐγκέφαλον) - орган, що координує і регулює всі життєві функції організму і контролюючий поведінка. Всі думки, почуття, відчуття, бажання і руху пов'язані з роботою мозку. Є основною частиною центральної нервової системи (ЦНС).
У двох словах, працює мозок в такий спосіб. Він отримує вхідні сенсорну інформацію від інших частин тіла через нервову систему - про те, що бачить людина, що чує, що чує, який стан його тіла щодо оточення, до чого він торкається і т.д. Клітини які отримують цю вхідну сенсорну інформацію, з'єднані з клітинами в центральній нервовій системі і в кінцевому рахунку в мозку. Потім мозок обробляє цю інформацію і через ЦНС посилає вихідні сигнали. Одним словом - реагуємо на навколишнє оточення. Вихідна інформація та її обробка також надає постійний вплив на мозок, і саме результати цього впливу ми називаємо «пам'яттю» або «знаннями». Нижчі відділи мозку (тобто та його частина яка займає низ черепа і знаходиться у верхівки спинного мозку) головним чином мають відношення до таких життєво важливих функцій, як дихання.
Мозок людини - симетрична структура, як і більшість інших частин тіла. При народженні його вага становить приблизно 0,3 кг, тоді як у дорослого він - близько 1,5 кг. Ставлення ваги головного мозку до ваги тіла людини становить приблизно 3%.
Кровопостачання головного мозку забезпечують в першу чергу сонні артерії, біля основи мозку вони поділяються на великі гілки, що йдуть до різних його відділах. Варто зазначити, що до мозку постійно, вдень і вночі, надходить 20% циркулюючої в організмі крові і відповідно кисню. Енергетичні запаси самого мозку вкрай невеликі, так що він надзвичайно залежний від постачання киснем. Існують захисні механізми, здатні підтримати мозковий кровотік в разі кровотечі або травми.
Між кров'ю і тканинами мозку є гематоенцефалічний бар'єр, який затримує великі молекули. Цей бар'єр захищає мозок від багатьох видів інфекції. У той же час, багато лікарських препаратів, ефективні в інших органах, не можуть проникнути в мозок через бар'єр.
Головний мозок укладений в надійну оболонку черепа. Крім того, він покритий оболонками (лат. Meninges) з сполучної тканини - твердої (лат. Dura mater) і м'якою (лат. Pia mater), між якими розташована судинна, або павутинна (лат. Arachnoidea) оболонка. Між оболонками і поверхнею головного і спинного мозку розташована цереброспинальная (часто її називають спинномозкова) рідина - ліквор (лат. Liquor). Цереброспинальная рідина також міститься в шлуночках головного мозку.
Хотілося-б відразу «ткнути пальцем» на дуже поширена помилка - будь-яка область мозку «має справу» з будь-якої конкретної функцією. Насправді, майже будь-яка функція включає діяльність багатьох відділів мозку, але все ж різні частки насамперед виконують різні типи діяльності.
Півкулі головного мозку мають покритий численними складками (збільшують поверхню кори) зовнішній шар, кору головного мозку, яка розділена на чотири частки. Лобові частки мають певне значення в плануванні майбутніх дій і управлінні рухами. Темні частки пов'язані з «тілесними відчуттями» - формують образ нашого тіла і співвідносять його з тим місцем, яке ми займаємо, і з навколишнім оточенням. Скроневі частки відповідають за нашу здатність чути, а потиличні частки пов'язані із зором. Хочу звернути увагу на дві області кори. Це, по-перше, задня асоціативна область (знаходиться біля краю темної, скроневої і потиличної долі), мабуть, пов'язана з використанням інформації, отриманої з сенсорної системи для сприйняття мови. По-друге лімбічна асоціативна область (знаходиться у мигдалевого краю півкуль мозку) відповідає за емоції і зберігання інформації в пам'яті. Ліве і праве півкулі пов'язані між собою великим пучком нервових волокон, відомим як мозолисте тіло. Важлива область внутрішньої кори - гіпокамп, який відповідає за певні аспекти зберігання інформації в пам'яті.
Так-же великий інтерес представляють кілька структур, що лежать глибоко під корою головного мозку, в області середнього мозку. Базальні ганглії допомагають регулювати моторну діяльність. Лімбічна система, розташована в нижній частині середнього мозку, керує почуттями задоволення, з одного боку, і страху і болю - з іншого. Мигдалеподібне тіло (одна з частин лімбічної системи) - виконує функцію обробки наших реакцій страху.
Нижче великих півкуль розташований стовбур мозку, що переходить в спинний мозок. Від стовбура і спинного мозку відходять нерви, за якими до мозку надходить інформація від внутрішніх і зовнішніх рецепторів, а в зворотному напрямку йдуть сигнали до м'язів і залоз. Від головного мозку відходять 12 пар черепно-мозкових нервів.
Всередині мозку розрізняють сіру речовину, що складається переважно з тіл нервових клітин і утворює кору, і біла речовина - нервові волокна, які формують провідні шляхи (тракти), що зв'язують між собою різні відділи мозку, а також утворюють нерви, що виходять за межі ЦНС і йдуть до різним органам.
про нейрони
Основний структурний елемент мозку - клітина особливого типу, відома як нейрон. Як і будь-яка інша клітина, нейрони мають клітинне тіло, що містить ядро, а також два інших основних компоненти: один або більше дендритів і аксон. У мозку людини від 5 до 20 млрд. Нейронів. До складу мозку входять також гліальні клітини, їх приблизно в 10 разів більше, ніж нейронів. Глія заповнює простір між нейронами, утворюючи несучий каркас нервової тканини, а також виконує метаболічні та інші функції.
Дендрити - це тонкі волокна, які відходять від тіла нейрона. Вони отримують сигнали від інших нейронів, по суті виконують функцію введення інформації. Один нейрон може мати від одного до декількох тисяч дендритів.
Аксон, як правило, найдовше з волокон, що відходить від тіла клітини. Він передає електричну інформацію від нейрона, таким чином він забезпечує функцію виведення інформації. Нехай нейрон і володіє тільки одним аксонів, зате у аксона зазвичай є багато відгалужень і він може передавати інформацію через ці відгалуження цілої тисячі інших нейронів.
Хоча дендрити деяких нейронів отримують інформацію від аксонів інших нейронів, фізично вони не контактують один з одним. Між ними є дуже маленький проміжок, званий синапсом. Нейрони можуть «спілкуватися» між собою, посилаючи через синапс хімічні речовини, звані нейромедиаторами. Ці нейромедіатори або спонукають отримує їх нейрон посилати сигнал, або забороняють йому це робити.
Нейромедіатор, що виділився з пресинаптичної мембрани аксона, зв'язується з рецепторами на дендритах постсинаптичного нейрона. Мозок використовує різноманітні нейромедіатори, кожен з яких зв'язується зі своїм особливим рецептором.
З рецепторами на дендритах з'єднані канали в напівпроникною постсинаптичні мембрані, які контролюють рух іонів через мембрану. У спокої нейрон має електричним потенціалом в 70 мілівольт (потенціал спокою), при цьому внутрішня сторона мембрани заряджена негативно по відношенню до зовнішньої. Хоча існують різні медіатори, всі вони надають на постсинаптичні нейрон або збудливу, або гальмівну дію. Збудливий вплив реалізується через посилення потоку певних іонів, головним чином натрію і калію, через мембрану. В результаті негативний заряд внутрішньої поверхні зменшується - відбувається деполяризація. Гальмівний вплив здійснюється в основному через зміну потоку калію і хлоридів, в результаті негативний заряд внутрішньої поверхні стає більше, ніж в спокої, і відбувається гиперполяризация.
Функція нейрона полягає в інтеграції всіх впливів, які сприймаються через синапси на його тілі і дендритах. Оскільки ці впливи можуть бути збудливими або гальмівними і не збігатися за часом, нейрон повинен обчислювати загальний ефект синаптичної активності як функцію часу. Якщо збудливу дію переважає над гальмівним і деполяризація мембрани перевищує порогову величину, відбувається активація певної частини мембрани нейрона - в області підстави його аксона (аксонного горбка). Тут в результаті відкриття каналів для іонів натрію і калію виникає потенціал дії.
Цей потенціал поширюється далі по аксону до його закінчення зі швидкістю від 0,1 м / с до 100 м / с. Коли потенціал дії досягає закінчення аксона, активується ще один тип іонних каналів, що залежить від різниці потенціалів, - кальцієві канали. За ним кальцій входить всередину аксона, що призводить до мобілізації бульбашок з нейромедіатором, які наближаються до пресинаптичної мембрани, зливаються з нею і вивільняють нейромедіатор в синапс.
Мієлін і гліальні клітини. Багато аксони покриті мієлінової оболонкою, яка утворена багаторазово закрученою мембраною гліальних клітин. Мієлін складається переважно з ліпідів, що і надає характерного вигляду білої речовини головного і спинного мозку. Завдяки мієлінової оболонці швидкість проведення потенціалу дії по аксону збільшується, так як іони можуть переміщатися через мембрану аксона лише в місцях, не покритих мієліну, - т.зв. перехоплення Ранвей. Між перехопленнями імпульси проводяться по мієлінової оболонці як по електричному кабелю. Оскільки відкриття каналу і проходження по ньому іонів займає якийсь час, усунення постійного відкривання каналів і обмеження їх сфери дії невеликими зонами мембрани, що не покритими мієліну, прискорює проведення імпульсів по аксону приблизно в 10 разів.
Тільки частина гліальних клітин бере участь у формуванні мієлінової оболонки нервів (шванновские клітини) або нервових трактів (олігодендроціти). Набагато більш численні гліальні клітини (астроцити, мікрогліоціти) виконують інші функції: утворюють несучий каркас нервової тканини, забезпечують її метаболічні потреби і відновлення після травм і інфекцій.
Електрика в мізках
За допомогою електродів, розміщених на поверхні голови або введених в речовину мозку, можна зафіксувати електричну активність мозку, обумовлену розрядами його клітин. Запис електричної активності мозку за допомогою електродів на поверхні голови називається електроенцефалограмою (ЕЕГ). Вона не дозволяє записати розряд окремого нейрона. Тільки в результаті синхронізованою активності тисяч або мільйонів нейронів з'являються помітні коливання (хвилі) на записуваної кривої.
При постійній реєстрації на ЕЕГ виявляються циклічні зміни, що відображають загальний рівень активності індивіда. У стані активного неспання ЕЕГ фіксує низькоамплітудні неритмічні бета-хвилі. У стані розслабленого неспання з закритими очима переважають альфа-хвилі частотою 7-12 циклів в секунду. Про настання сну свідчить поява Високоамплітудний повільних хвиль (дельта-хвиль). У періоди сну зі сновидіннями на ЕЕГ знову з'являються бета-хвилі, і на підставі ЕЕГ може створитися помилкове враження, що людина не спить (звідси термін «парадоксальний сон»). Сновидіння часто супроводжуються швидкими рухами очей (при закритих століттях). Тому сон зі сновидіннями називають також сном зі швидкими рухами очей (див. Також СОН). ЕЕГ дозволяє діагностувати деякі захворювання мозку, зокрема епілепсію (див. ЕПІЛЕПСІЯ).
Якщо реєструвати електричну активність мозку під час дії певного стимулу (зорового, слухового або тактильного), то можна виявити т.зв. викликані потенціали - синхронні розряди певної групи нейронів, що виникають у відповідь на специфічний зовнішній стимул. Дослідження викликаних потенціалів дозволило уточнити локалізацію мозкових функцій, зокрема зв'язати функцію мови з певними зонами скроневої і лобової часток. Це дослідження допомагає також оцінити стан сенсорних систем у хворих з порушенням чутливості.
Нейрохимия
До числа найважливіших нейромедіаторів мозку відносяться ацетилхолін, норадреналін, серотонін, дофамін, глутамат, гамма-аміномасляна кислота (ГАМК), ендорфіни і енкефаліни. Крім цих добре відомих речовин, в мозку, ймовірно, функціонує велика кількість інших, поки не вивчених. Деякі нейромедіатори діють тільки в певних областях мозку. Так, ендорфіни і енкефаліни виявлено лише в шляхах, які проводять больові імпульси. Інші медіатори, такі, як глутамат або ГАМК, більш широко поширені.
Дія нейромедіаторів. Як уже зазначалося, нейромедіатори, впливаючи на постсинаптическую мембрану, змінюють її провідність для іонів. Часто це відбувається через активацію в постсинаптическом нейроне системи другого «посередника», наприклад циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ). Дія нейромедіаторів може видозмінюватися під впливом іншого класу нейрохимических речовин - пептидних нейромодуляторов. Вивільняються пресинаптичної мембраною одночасно з медіатором, вони мають здатність посилювати чи іншим чином змінювати ефект медіаторів на постсинаптическую мембрану.
Важливе значення має нещодавно відкрита ендорфін-енкефаліновимі система. Енкефаліни і ендорфіни - невеликі пептиди, які гальмують проведення больових імпульсів, зв'язуючись з рецепторами в ЦНС, в тому числі у вищих зонах кори. Це сімейство нейромедіаторів пригнічує суб'єктивне сприйняття болю.
Психоактивні кошти - речовини, здатні специфічно зв'язуватися з певними рецепторами в мозку і викликати зміну поведінки. Виявлено кілька механізмів їх дії. Одні впливають на синтез нейромедіаторів, інші - на їх накопичення і вивільнення з синаптичних бульбашок (наприклад, амфетамін викликає швидке вивільнення норадреналіну). Третій механізм полягає у зв'язуванні з рецепторами і імітації дії природного нейромедіатора, наприклад ефект ЛСД (діетіламіда лізергінової кислоти) пояснюють його здатністю зв'язуватися з серотонінових рецепторів. Четвертий тип дії препаратів - блокада рецепторів, тобто антагонізм з нейромедиаторами. Такі широко використовуються антипсихотичні засоби, як фенотіазини (наприклад, хлорпромазин, або аміназин), блокують дофамінові рецептори і тим самим знижують ефект дофаміну на постсинаптичні нейрони. Нарешті, останній з поширених механізмів дії - гальмування інактивації нейромедіаторів (багато пестициди перешкоджають інактивації ацетилхоліну).
Давно відомо, що морфін (очищений продукт опійного маку) володіє не тільки вираженим знеболюючим (анальгетіческім) дією, але і властивістю викликати ейфорію. Саме тому його і використовують як наркотик. Дія морфіну пов'язано з його здатністю зв'язуватися з рецепторами ендорфін-енкефаліновимі системи людини. Це лише один з багатьох прикладів того, що хімічна речовина іншого біологічного походження здатне впливати на роботу мозку тварин і людини, взаємодіючи зі специфічними нейромедіаторної системами. Інший добре відомий приклад - кураре, що отримується з тропічної рослини і здатне блокувати ацетилхолінових рецептори. Індіанці Південної Америки змащували кураре наконечники стріл, використовуючи його паралізує дію, пов'язане з блокадою нервово-м'язової передачі.
Бонус: робота мозку на прикладі
Розглянемо простий приклад. Що відбувається, коли ми беремо в руку фломастер, що лежить на столі? Світло, відбите від фломастера, фокусується в оці кришталиком і направляється на сітківку, де виникає зображення фломастера; воно сприймається відповідними клітинами, від яких сигнал йде в основні чутливі передають ядра головного мозку, розташовані в таламусі (зоровому горбі), переважно в тій його частині, яку називають латеральним колінчастим тілом. Там активуються численні нейрони, які реагують на розподіл світла і темряви. Аксонинейронів латерального колінчастого тіла йдуть до первинної зорової кори, розташованої в потиличній частці великих півкуль. Імпульси, що прийшли з таламуса в цю частину кори, перетворюються в ній у складну послідовність розрядів кіркових нейронів, одні з яких реагують на кордон між фломастером і столом, інші - на кути в зображенні фломастера і т.д. З первинної зорової кори інформація по аксонах надходить в асоціативну зорову кору, де відбувається розпізнавання образів. Розпізнавання в цій частині кори засноване на попередньо накопичених знаннях про зовнішні обрисах предметів.
На наведеному прикладі видно, що виконання досить простої дії залучає великі ділянки мозку, що тягнуться від кори до підкоркових відділів. При більш складних формах поведінки, пов'язаних з промовою або мисленням, активуються інші нейронні ланцюги, що охоплюють ще більш великі ділянки мозку.