Мозг состоит из трех основных частей: большого, или конечного, мозга, ствола головного мозга и мозжечка. Конечный мозг является самой крупной мозговой структурой, именно он делает вас человеком, а не игуаной, и именно здесь принимаются все решения. Это место, где протекают высшие психические процессы: сознание, мышление и память.
Кора головного мозга
На поверхности головного мозга есть морщинистая структура. Эти складки, или извилины, формируют его кору. Данный слой серого вещества толщиной в 3 мм указывает на наше высокоразвитое положение в эволюционном древе. Серое вещество состоит из тел клеток, синапсов и капилляров. Считается, что в начале нашего эволюционного развития мозг был очень гладким. Но по мере того, как мы становились умнее, мозгу требовалось больше места. Поэтому он был вынужден сложиться в несколько слоев, чтобы уместиться в черепной коробке. Это явление называют гирификацией.
Разные части конечного мозга отвечают за выполнение определенных функций.
Доли и полушария
Извилины мозга разделены небольшими поверхностными канавками — мозговыми бороздами. Некоторые извилины достаточно крупны и залегают глубоко в мозге, образуя щели. Самая крупная щель — межполушарная щель, которая разделяет конечный мозг на две половины: правое и левое полушария. Затем каждая из этих половинок разделяется еще на четыре доли. Эти доли, у каждой из которых есть по отражению в полушариях, называются лобными, теменными, затылочными и височными.
Каждое полушарие содержит свою половину коры и подкорки. Оба полушария соединены пучком нервов — мозолистым телом (см. одноименный параграф на стр. 206), которое помогает им работать сообща. Если говорить о двигательной функции, то левое полушарие управляет правой стороной тела, а правое полушарие следит за движениями левой. Но с точки зрения когнитивной функции ситуация несколько усложняется. Левое полушарие отвечает за логику и аналитические способности. Оно связано с прагматизмом, математическим складом ума, рассудительностью и лингвистическими способностями. Правое полушарие управляет творчеством и эмоциональными переживаниями. Оно отвечает за распознавание лиц, интуицию, способности к музыке и искусству. И хотя при выполнении определенных действий достаточно задействовать какое-то одно полушарие, для восприятия и обработки конкретных мыслей требуется весь мозг.
Подкорковые структуры
Под корой залегает белое вещество конечного мозга. Оно состоит в основном из поддерживающих тканей: глиальных клеток и аксонов нейронов, которые передают импульс по нейронным путям, соединяющим различные участки коры. Белое вещество названо так из-за миелиновых волокон. Центральные участки конечного мозга занимают базальные ядра (ганглии), таламус, гипоталамус и гиппокамп.
Передний, средний и задний мозг
В поперечном разрезе мозг разделяется на три эмбриональных участка: передний, средний и задний мозг. Каждый из них выполняет собственную функцию. В процессе нашего эмбрионального роста эти мозговые области развивались как наросты на нервной трубке. Снизу расположен задний мозг. Он состоит из ствола мозга и мозжечка.
Самой старшей из этих структур с точки зрения эволюции является задний мозг. Он выполняет важнейшую функцию — поддерживает в нас жизнь. Задний мозг управляет всеми ключевыми процессами: частотой сердечных сокращений, дыханием, кровяным давлением, глотанием, поддержанием температуры и равновесия. В структурном плане наш задний мозг мало отличается от мозга рептилий. Его даже прозвали рептильным мозгом.
Ствол головного мозга
Ствол головного мозга выполняет все основные процессы, поэтому является настоящим ядром нашего мозга. Он не только связывает головной мозг со спинным, но и служит крупнейшим нервным узлом, по которому проходят все восходящие и нисходящие нервные сигналы. Здесь же пересекаются и нервы, соединяющие правое и левое полушария головного мозга.
На сагиттальном срезе показаны три основные области.
Мозг играет важную роль в поддержании сознания и самосознания. С помощью центров, управляющих сердечно-сосудистой и дыхательной системами, он также контролирует бессознательные функции, поэтому повреждение ствола головного мозга смертельно. К структурам, в которых находятся эти центры, относятся Варолиев мост, продолговатый мозг и ретикулярная формация (или ретикулярная активирующая система, которая проходит через весь ствол мозга).
Ствол мозга и мозжечок образуют задний мозг и поддерживают в нас жизнь.
Мозжечок
В основании мозга расположена структура, похожая на скорлупу грецкого ореха. Ее называют мозжечком. Из-за схожести названий (cerebellum) его часто путают с конечным мозгом (cerebrum). Мозжечок, что в переводе с латыни означает «маленький мозг», является самой крупной структурой заднего мозга. Он управляет произвольными движениями мышц. Также мозжечок помогает поддерживать осанку и равновесие — за счет обработки нервных импульсов от сенсорных систем (например, внутреннего уха) и согласования с ними положения наших мышц. В отличие от остальных мозговых структур, левая половина мозжечка управляет левой половиной нашего тела. Это возможно благодаря парной работе с правым полушарием головного мозга.
Злоупотребление алкоголем или деформация от опухоли или инсульта могут повредить мозжечок. Кроме того, на работу мозжечка влияют такие заболевания, как церебральный паралич и рассеянный склероз. Сопутствующие симптомы повреждения включают неустойчивую походку, рассогласованность движений мышц, невнятную речь и проблемы с выполнением точных движений.
Средний мозг
Средний мозг — это небольшая область в верхней части ствола мозга. Он играет важную роль в соединении заднего и переднего мозга. Средний мозг помогает обрабатывать входящие визуальные и звуковые сигналы, координирует движения и управляет болью. К важным структурам среднего мозга относятся крыша, покрышка и ножки мозга. В них содержится скопление пигментированных нейронов (их называют ядрами ЦНС), которые вырабатывают нейромедиатор дофамин. Эта темная область, или черное вещество, активно участвует в «системе поощрения» и движении.
Болезнь Паркинсона связана с сокращением количества дофаминергических нейронов в черном веществе.
Гибель дофаминергических нейронов приводит к различным заболеваниям и симптомам, например паркинсонизму и болезни Паркинсона. Считается, что повышенное выделение дофамина связано с развитием шизофрении. Было замечено, что пациенты лучше реагируют на лекарства, блокирующие дофаминовые рецепторы. В то же время люди, употребляющие амфетамины, которые также повышают уровень дофамина, проявляют те же симптомы, что и больные шизофренией. Однако есть и другие теории, оспаривающие это.
Передний мозг
Передний мозг — это все, что образовано конечным мозгом, за исключением среднего мозга. Иначе говоря, к переднему мозгу относятся кора головного мозга и подкорковые структуры: таламус, гипоталамус, базальные ганглии и лимбическая система.
На рентгеновском снимке изображен сагиттальный участок мозга с четко видимыми структурами. У этого пациента кора головного мозга выглядит истонченной и усохшей, что является классическим признаком деменции.
Кора головного мозга обрабатывает информацию, которая поступает от пяти органов чувств. Однако это не просто пассивный приемник; кора способна посылать команды в другие части нервной системы. Сенсорная и моторная (двигательная) зоны коры контролируют определенные участки тела, а четыре доли разделяют кору на функциональные части. Сенсорные области интерпретируют информацию, которую получают от органов чувств, а моторные зоны «говорят» скелетным мышцам, когда и как двигаться. Промежуточным звеном между сенсорной и моторной зонами являются ассоциативные области. Они анализируют полученную информацию и корректируют ее, прежде чем отправить дальше, в моторные области.
Функции долей мозга
Никто не знает автора этих строк, но часто говорят: «Если бы человеческий мозг был так прост, что мы могли бы его понять, то мы были бы так просты, что не смогли бы его понять». За эти годы мы достигли значительного прогресса в понимании организации и функций мозга и его долей. Но наука не стоит на месте, поэтому нам еще многое предстоит узнать. Пока что ясно лишь одно: мы живем, пока жив мозг; без него нас бы не было.
Этот вид сбоку показывает основные функциональные зоны коры головного мозга. Основные функции каждой зоны приведены в таблице выше.
Ты на меня смотришь?
На изображении справа показано, как мозг «видит» вашу внешность. Этот образ не станет лучше, какой бы объектив не выбрал мозг: сенсорный или моторный. У вас так и останутся огромные руки, большие рот, язык и губы и маленькие туловище, ноги и голова.
Эта диаграмма кортикального гомункула показывает, какими частями тела управляют определенные области мозга.
«Гомункулус» на латыни означает «маленький человек».
Человека-гомункулуса придумали американские нейрохирурги Уайлдер Пенфилд и Эдвин Болдри. Их работы, опубликованные в 1937 году, были посвящены пациентам с эпилепсией. Полученные данные позволили ученым составить карту различных областей мозга. Проекция-гомункулус показывает, как выглядел бы человек, если бы пропорции тела зависели от объема корковой области, выделенной мозгом. Такое искаженное изображение получается, потому что мозг разделяет соматосенсорную и моторную кору на области по степени иннервации органов, а не объему кожи или анатомической площади. Области тела с большим количеством чувствительных нейронов занимают крупные области коры, и, следовательно, такие области более чувствительны.
Наш мозг питают парная внутренняя сонная артерия и позвоночные артерии. Внутренние сонные артерии снабжают кровью переднюю часть мозга, а позвоночные артерии — заднюю. Позвоночная (теперь ее называют базилярной) и внутренняя сонные артерии после своего ветвления сходятся в нижней части головного мозга, образуя Виллизиев круг — кольцо из кровеносных сосудов, соединенных анастомозами. Виллизиев круг обеспечивает мозг кровью даже при сужении или закупорке одного из сосудов. В этом участке развивается большая часть аневризм. Если одна из таких аневризм лопнет, последует кровоизлияние в мозг.
Артериальное кровоснабжение мозга.
Кортикальный гомункулус — это неврологическая карта, показывающая корковые области мозга, которые получают или отправляют информацию в различные части тела или из них. Кортикальный гомункулус изображает голову и связанные с ней структуры в нижней части извилины, а ноги и ступни занимают верхнюю ее часть. Самому мозгу выделенной области не осталось: дело в том, что он не двигается и ничего не чувствует. Иначе его 100 миллиардов нейронов возглавили бы этот список!
Мозолистое тело
Мозолистое тело — это С-образная структура в середине мозга. Оно содержит до 300 миллионов взаимосвязанных нервных волокон, которые обеспечивают связь левого полушария с правым. Похоже, эволюция наградила мозолистым телом только организмы, которые внутриутробно получают питательные вещества через плаценту.
Один из методов изучения роли глубинных структур мозга заключается в том, чтобы посмотреть, как человек функционирует без них либо с поврежденными структурами в результате травмы или болезни. Мы знаем, что происходит, когда после операции по разделению полушарий у пациентов с тяжелой эпилепсией мозолистое тело перестает функционировать. При таких операциях мозолистое тело вырезают, чтобы контролировать электрическую активность в мозгу пациента. Одно из последствий этой паллиативной процедуры таково, что у человека как будто появляется два управляющих центра, каждый из которых не знает о существовании другого. Это приводит к тому, что одна половина тела начинает действовать независимо от другой. Агенезия мозолистого тела (АМТ) — это редкое заболевание, при котором люди рождаются без мозолистого тела либо с отсутствующими или ненормальными его участками. У таких людей есть разные неврологические симптомы, так что некоторые пациенты могут даже не знать о своем диагнозе, пока не сделают случайного сканирования мозга. До выявления диагноза такие люди могут жить как высокофункциональные личности. С той лишь разницей, что окружающие считают их немного ленивыми и социально неприспособленными.
Мозолистое тело похоже на купол. Оно выполняет роль связующего звена между полушариями головного мозга.
В XX веке некоторое время преобладало мнение, что женский мозг содержит более толстые пучки волокон, которые обеспечивают ему качественную коммуникацию между полушариями. Так и зародилась вера в развитую женскую интуицию. Дальнейшие исследования опровергли эту теорию. Но технологии нейровизуализации показали, что определенные области мозолистого тела у женщин все-таки крупнее, чем у мужчин.
По оценкам ученых, каждый день взрослый человек теряет около 100 000 нейронов. В основном это следствие старения. Раньше считалось, что взрослый человек не способен синтезировать новые нейроны. Однако исследование доктора Мауры Болдрини, нейробиолога из Колумбийского университета, показало, что вне зависимости от возраста наш мозг способен создавать новые клетки за счет особого процесса — нейрогенеза. А поскольку нервные клетки не способны к делению, это говорит о том, что в мозге присутствуют стволовые клетки. Нейрогенез, предположительно, происходит в гиппокампе (см. «Лимбическая система» на стр. 210–212).
Нейрогенез в мозге взрослого человека вызывает множество споров в научном мире.