Строение и функции головного мозга

СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ

У различных видов позвоночных устройство мозга удивительно схоже. Если проводить сопоставление на уровне нейронов, то обнаруживается отчетливое сходство таких характеристик, как используемые нейромедиаторы, колебания концентраций ионов, типы клеток и физиологические функции. Фундаментальные различия выявляются лишь при сравнении с беспозвоночными. Нейроны беспозвоночных значительно крупнее; часто они связаны друг с другом не химическими, а электрическими синапсами, редко встречающимися в мозгу человека. В нервной системе беспозвоночных выявляются некоторые нейромедиаторы, не свойственные позвоночным.

Среди позвоночных различия в устройстве мозга касаются главным образом соотношения отдельных его структур. Оценивая сходство и различия мозга рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих (в том числе человека), можно вывести несколько общих закономерностей. Во-первых, у всех этих животных строение и функции нейронов одни и те же. Во-вторых, весьма сходны устройство и функции спинного мозга и ствола головного мозга. В-третьих, эволюция млекопитающих сопровождается ярко выраженным увеличением корковых структур, которые достигают максимального развития у приматов. У земноводных кора составляет лишь малую часть мозга, тогда как у человека – это доминирующая структура. Считается, однако, что принципы функционирования мозга всех позвоночных практически одинаковы. Различия же определяются числом межнейронных связей и взаимодействий, которое тем выше, чем более сложно организован мозг. См. также АНАТОМИЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ.

Ствол мозга

расположен у основания черепа. Он соединяет спинной мозг с передним мозгом и состоит из продолговатого мозга, моста, среднего и промежуточного мозга.

Через средний и промежуточный мозг, как и через весь ствол, проходят двигательные пути, идущие к спинному мозгу, а также некоторые чувствительные пути от спинного мозга к вышележащим отделам головного мозга. Ниже среднего мозга расположен мост, связанный нервными волокнами с мозжечком. Самая нижняя часть ствола – продолговатый мозг – непосредственно переходит в спинной. В продолговатом мозгу расположены центры, регулирующие деятельность сердца и дыхание в зависимости от внешних обстоятельств, а также контролирующие кровяное давление, перистальтику желудка и кишечника.

На уровне ствола проводящие пути, связывающие каждое из больших полушарий с мозжечком, перекрещиваются. Поэтому каждое из полушарий управляет противоположной стороной тела и связано с противоположным полушарием мозжечка.

Другие системы.

Лимбическая система – широкая сеть связанных между собой областей мозга, которые регулируют эмоциональные состояния, а также обеспечивают научение и память. К ядрам, образующим лимбическую систему, относятся миндалевидные тела и гиппокамп (входящие в состав височной доли), а также гипоталамус и ядра т.н. прозрачной перегородки (расположенные в подкорковых отделах мозга).

Ретикулярная формация – сеть нейронов, протянувшаяся через весь ствол к таламусу и далее связанная с обширными областями коры. Она участвует в регуляции сна и бодрствования, поддерживает активное состояние коры и способствует фокусированию внимания на определенных объектах.

Высшие функции головного мозга

Базовыми функциями являются:

1. Двигательная активность. Такая возможность человеческого организма реализуется с помощью теменных долей в центральной передней извилине, данная область контролирует функциональность всех групп скелетных мышц.
2. Чувствительность. Данная функция подконтрольна центральной задней извилине, расположенной в теменной доле коры головного мозга. Кроме чувствительности кожного покрова, включая тактильную, болевую, температурную, барорецепторную, в этой области расположен центр проприоцептивной чувствительности, контролирующий пространственное ощущение положение тела и его отдельных частей.
3. Слух. За данную функцию отвечает область височных долей коры.
4. Зрение. Локализация зрительного центра характерна для затылочного участка коры.
5. Вкус и обоняние. Центр, контролирующий данные функции, расположен между лобной и височной долями, в глубине извилин.
6. Речь. Представляет собой моторную и сенсорную функции, за счет чего человек произносит и понимает слова. Отвечают за данные возможности центры Борока и Вернике, расположенные в больших полушариях.
7. Жизненно важные центры, включая дыхание, сердцебиение, регуляцию просвета сосудов, пищевые рефлексы, защитные рефлексы в виде кашля, чихания, рвотных движений, слезотечения, контроль состояния гладких мышечных волокон внутренних органов, находятся в продолговатом отделе мозга.
8. Равновесие и координация движений осуществляются за счет работы заднего отдела мозга, который состоит из множества путей, служащих для транспортировки информации в высшие и нижние центры мозга.
9. Зрительные, слуховые, двигательные функции, характерные для нижнего уровня, контролируются средним мозгом.
10. Чувствительность достигается с помощью функционирования промежуточного мозга, а точнее, таламуса.
11. Преображение нервных сигналов в эндокринные и контроль параметров вегетативной нервной системы осуществляются с помощью гипоталамуса.

Мозг обрабатывает сенсорную информацию, которая поступает от органов чувств.

К его функциям также относится:

Планирование.
Принятие решений.
Координация.
Управление движениями.
Позитивные и негативные эмоции.
Внимание.
Память.
Мышление. 
Письмо.
Счет.
Музыкальные способности.
Формирование характера.
Ощущение раздражения.
Способность различать цвета.
Аппетит и другие возможности человеческого организма.

Мозжечок

С точки зрения анатомии в мозжечке принято различать задний и передний край, нижнюю и верхнюю поверхность. В этой зоне есть средний отдел и полушария, разделенные на три доли бороздами. Это одна из важнейших структур мозга.

Главной функцией этого отдела считается регулирование работы скелетных мышц. Вместе с корковым слоем мозжечок принимает участие в координации произвольных движений, что происходит за счет наличия связей отдела с рецепторами, которые заложены в скелетных мышцах, сухожилиях, суставах.

Мозжечок оказывает также воздействие на регулирование равновесия тела при активности человека и во время ходьбы, что осуществляется совместно с вестибулярным аппаратом полукружных каналов внутреннего уха, которые передают в ЦНС информацию о положении тела и головы в пространстве. Это является одной из наиболее важных функций головного мозга.

Мозжечок обеспечивает координацию движений скелетных мышц с помощью проводящих волокон, которые проходят от него к передним рогам спинного мозга в место, где начинаются периферические двигательные нервы скелетных мышц.

На мозжечке могут образоваться опухоли в результате ракового поражения отдела. Диагностируется заболевание с помощью магнитно-резонансной томографии. Признаки патологии могут быть общемозговые, отдаленные, очаговые. Развиваться заболевание может по ряду причин (обычно развитие происходит на фоне наследственных факторов).

Состав головного мозга

Орган покрывают несколько оболочек, включая мягкую, паутинную и твердую.

Мягкая или сосудистая оболочка головного мозга располагается непосредственно над веществом мозга. Она покрывает все борозды и извилины. В состав мягкой оболочки входит рыхлая соединительная ткань с многочисленными сосудами, разветвляющимися и питающими мозг.

Сосудистая оболочка дополнена тоненькими отростками соединительной ткани, углубляющимися в структуру головного мозга. Тонкая и полупрозрачная паутинная оболочка мозга не обладает сосудами. Ее поверхность плотно прилегает к извилинам, но не проникает в борозды. Такая конфигурация приводит к образованию подпаутинных цистерн, которые заполнены спинномозговой жидкостью, питающей паутинную оболочку.

Типы цистерн:

1. Мозжечково-продолговатая цистерна обладает самыми большими размерами и расположена в задней области четвертого желудочка, в нее открывается срединной отверстие четвертого желудочка.
2. Цистерна боковой ямки, размещенная в боковой борозде большого мозга.
3. Межножковая цистерна занимает пространство между ножками мозга.
4. Цистерна перекресток располагается в области зрительной хиазмы или перекрестка.

Твердая оболочка головного мозга представляет собой надкостницы для внутренней мозговой поверхности костей черепа. Оболочка обладает повышенной концентрацией болевых рецепторов. При этом сам мозг лишен болевых рецепторов. В состав твердой мозговой оболочки входит плотная соединительная ткань, которая с внутренней стороны образована плоскими увлажненными клетками. Ткань плотно соединена с костями черепа в зоне его внутренней основы. Твердая и паутинная оболочки мозга разделены субдуральным пространством, которое заполняет серозная жидкость.

Серые структуры мозга по периферии покрыты белым веществом. Оно обладает большой концентрацией отростков нервных волокон, сверху которых расположена миелиновая оболочка. Благодаря ей, ткани приобретают белый оттенок. С помощью таких структур образуются проводниковые пути в центральной нервной системе. Они служат проводниками для информационных сигналов, перемещающихся к зависимым органам и в обратном направлении.

Белые волокна представлены следующими типами:

1. Ассоциативные, расположенные в разных областях спинномозговых нервов.
2. Восходящие, служат для передачи информации между внутренними структурами и корой полушарий.
3. Нисходящие, передающие сигнал внутричерепных образований на спинномозговые рога, а от них — к внутренним органам.

Области коры

На поверхности полушарий присутствуют постоянные борозды, делящие их на 5 долей. Лобная доля (lobus frontalis) лежит перед центральной бороздой (sulcus centralis). Затылочная доля простирается от центральной до теменно-затылочной борозды (sulcus parietooccipitalis).

Области лобной доли

Основная моторная область – расположена перед центральной бороздой, где находятся пирамидальные клетки, аксоны которых образуют пирамидальный (корковый) путь. Эти пути обеспечивают точные и удобные движения тела, особенно предплечий, пальцев, лицевых мышц.

Премоторная кора. Эта область расположена перед основной моторной областью, контролирует более сложные движения свободной активности, зависящие от сенсорной обратной связи – захват предметов, перемещение над препятствиями.

Центр речи Брока – находится в нижней части, как правило, левого или доминирующего полушария. Центр Брока в левом полушарии (если оно доминирует) контролирует речь, в правом полушарии – поддерживает эмоциональный окрас произносимого слова; эта область также участвует в кратковременной памяти слов и речи. Центр Брока связан с предпочтительным использованием одной руки для работы – левой или правой.

Зрительная область – это моторная часть, контролирующая требуемые быстрые движения глаз при просмотре движущейся цели.

Обонятельная область – находится на основании лобных долей, отвечает за восприятия запаха. Обонятельная кора соединяется с обонятельными областями в нижних центрах лимбической системы.

Префронтальная кора – большая область лобной доли, отвечающая за когнитивные функции: мышление, восприятие, сознательное запоминание информации, абстрактное мышление, самосознание, самоконтроль, упорство.

Области теменной доли

Чувствительная область коры – находится прямо за центральной бороздой. Отвечает за восприятие общих телесных ощущений – восприятие кожи (прикосновение, тепло, холод, боль), вкуса. Этот центр способен локализовать пространственное восприятие.

Соматочувствительная область – расположена за чувствительной. Участвует в признании предметов в зависимости от их формы, основываясь на предыдущем опыте.

Области затылочной доли

Основная зрительная область – расположена в конце затылочной доли. Она получает визуальную информацию от сетчатки глаза, обрабатывает информацию из обоих глаз вместе. Здесь воспринимается ориентация объектов.

Ассоциативная зрительная область – находится перед основной, содействует с ней для определения цвета, формы, движения объектов. Она также содействует с другими частями мозга через передние и задние пути. Передний путь проходит вдоль нижнего края полушарий, участвует в распознавании слов во время чтения, распознавании лиц. Задний путь проходит в теменную долю, участвует в пространственных связях между предметами.

Области височной доли

Зона слуха и вестибулярная область – расположены в височной доле. Различается основная и ассоциативная область. Основная – воспринимает громкость, высоту тона, ритм. Ассоциативная – основанная на запоминании звуков, музыки.

Речевая область

Область речи – обширная область, связанная с речью. Доминирует левое полушарие (у правшей). На сегодняшний день было идентифицировано 5 областей:

• зона Брока (формирование речи);
• зона Вернике (понимание речи);
• боковая префронтальная кора перед и под зоной Брока (анализ речи);
• область височной доли (координация слуховых и зрительных аспектов речи);
• внутренняя доля – артикуляция, распознавание ритма, озвученного слова.

Правое полушарие не участвует в речевом процессе у правшей, но работает над интерпретацией слов и их эмоциональной окраской.

Латеральность полушарий

Существуют различия в функционировании левого и правого полушарий. Оба полушария координируют противоположные части тела, имеют разные когнитивные функции. У большинства людей (90-95%) левое полушарие контролирует, в особенности, языковые навыки, математику, логику. Напротив, правое полушарие управляет визуальными пространственными способностями, мимикой, интуицией, эмоциями, художественными и музыкальными способностями. Правое полушарие работает с большим изображением, а левое – с небольшими деталями, которые затем логически объясняет. У остальной части населения (5-10%) функции обоих полушарий противоположны, или оба полушария имеют одинаковую степень когнитивной функции. Функциональные различия между полушариями, как правило, выше у мужчин, чем у женщин.

Анатомия

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.

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.

Описание работы клеток мозга

Коммуникативные связи между нейронами устанавливаются с помощью синаптической передачи. Нейроны оснащены длинными отростками, которые называют аксоны. Они необходимы для передачи импульса к другим нейронам.

Аксон обладает разветвленной структурой и синапсами, которые образуются в месте соединения с другими нейронами. Существенно реже можно встретить аксо-аксональные и дендро-дендритические синапсы. Благодаря такому механизму, нейроны связываются и обмениваются сигналами. Для большей части синапсов характерна передача сигнала по химическому пути с помощью нейромедиаторов. Они оказывают воздействие на постсинаптические клетки, осуществляя связь с мембранными рецепторами, для которых являются специфическими лигандами.

Типы рецепторов:

1. Лиганд-зависимые ионные каналы или ионотропные рецепторы.
2. Рецепторы, обладающие связями с внутриклеточными вторичными посредниками, или метаботропные рецепторы.

Пример

Ионотропные рецепторы — рецепторы к ГАМК или глутамату.

Метаботропные рецепторы — мускариновый рецептор к ацетилхолину, рецепторы к норадреналину, эндорфину, серотонину.

Функционируя, ионотропные рецепторы вызывают непосредственное торможение или возбуждение. Таким образом, их эффект протекает быстрее, чем в случае с метаботропными рецепторами. Гормоны могут также модулировать активность нейронов, которые расположены в некоторых отделах головного мозга. Способность человеческого мозга к воспроизведению новых нейронов достигается за счет деятельности стволовых клеток.

Опухоль

Второе место по распространенности занимают опухоли ствола мозга. Некоторые из них могут быть очень опасными, но большинство не требуют какого-либо врачебного вмешательства. Опухоли бывают нескольких видов:

• Первичные. Появляются при повреждении мозговых тканей.
• Вторичные. Являются следствием других заболеваний.
• Деформирующие. Негативно сказываются на форме ствола мозга, деформируя ее. Могут находиться на стволовой части или некоторых других отделах.
• Диффузные. Сливаются с мозговым веществом, что создает серьезные трудности в лечении. Случаи успешной терапии являются большой редкостью.
• Парастволовые. Прирастают к стволу, вызывая деформацию.
• Ромбовидные. Появляются в затылочной части черепной коробки.
• Мозжечковые. Затрагивают мозжечок вместе со стволом.
• Экзофитные. Образуются на мозжечке, затем достигают ствола.

Новообразования развиваются постепенно, увеличиваясь в размерах. Иногда их рост может замедляться или полностью прекращаться, что избавит от необходимости лечения. Причинами их появления становятся различные травмы и осложнения после тяжелых болезней.

Симптомы

Выявить новообразования, которые затрагивают мозговой ствол, не так легко. При малых размерах они могут не вызывать вообще никаких симптомов, что создает определенные трудности в диагностике. К моменту обнаружения опухоли, как правило, она уже успевает разрастись до больших размеров.

Симптоматика, которая может обозначать рост новообразования, следующая:

• Головные боли;
• Головокружение;
• Нарушения координации;
• Проблемы со зрением или слухом;
• Дезориентация в пространстве;
• Тремор рук или головы;
• Нестабильное настроение.

При возникновении таких симптомов нужно обратиться к врачу. Больному будет назначено проведение МРТ, что позволит определить наличие опухоли.

Лечение

Прогноз всегда зависит от того, какая именно опухоль у больного. Большое значение имеют темпы ее роста, размер и точное расположение. Доброкачественные новообразования легко удаляются хирургическим путем, для чего делается разрез, через который иссекается сама опухоль. Злокачественные же убрать таким методом не получится, поэтому придется отдать предпочтение лучевой терапии или другим методикам.

Способы лечения опухолей:

• Хирургическое удаление. Иссечение опухоли методом физического воздействия ножом, для него требуется сделать надрез. Подходит только для доброкачественных новообразований.
• Лучевая терапия. Рентгеновское воздействие на опухоль сквозь все другие структуры головы. Эффективно замедляет рост новообразований.
• Стереотаксическая. Применяется комбинация из нескольких видов облучений, включая радиационное. Отличается отсутствием каких-либо болезненных ощущений для пациента.

При необходимости врачи могут комбинировать сразу несколько методов терапии. Это позволит повысить шансы на успешное удаление опухоли.

Большие полушария

– самая большая часть мозга, составляющая у взрослых примерно 70% его веса. В норме полушария симметричны. Они соединены между собой массивным пучком аксонов (мозолистым телом), обеспечивающим обмен информацией.

Каждое полушарие состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной. В коре лобных долей содержатся центры, регулирующие двигательную активность, а также, вероятно, центры планирования и предвидения. В коре теменных долей, расположенных позади лобных, находятся зоны телесных ощущений, в том числе осязания и суставно-мышечного чувства. Сбоку к теменной доле примыкает височная, в которой расположены первичная слуховая кора, а также центры речи и других высших функций. Задние отделы мозга занимает затылочная доля, расположенная над мозжечком; ее кора содержит зоны зрительных ощущений.

Области коры, непосредственно не связанные с регуляцией движений или анализом сенсорной информации, именуются ассоциативной корой. В этих специализированных зонах образуются ассоциативные связи между различными областями и отделами мозга и интегрируется поступающая от них информация. Ассоциативная кора обеспечивает такие сложные функции, как научение, память, речь и мышление.

Другие отделы ГМ и их функции

В строении головного мозга человека выделяют несколько отделов.

Формирование мозговой активности происходит во время внутриутробного развития благодаря ромбовидному, среднему, переднему мозгу.

Отделы нашего головного мозга отвечают за различные задачи, характеризуются конечным и продолговатым, промежуточным и средним, а также задним мозгом, варолиевым мостом и мозжечком.

Их функции показывает таблица:

Анатомические, физиологические параметры ГМ изучаются учеными не один десяток лет, у каждого человека они различные, ведь не существует даже двух людей, думающих одинаково. Эти и другие тайны мозга экспертам со временем предстоит раскрыть.