Функции головного мозга таинственны и удивительны; они зависят от миллиардов нервных клеток и внутренних взаимодействий между ними. Все мысли, убеждения, воспоминания, поступки и настроения проистекают из головного мозга. Головной мозг является центром мышления и интеллекта, а также центром, контролирующим весь организм. Головной мозг контролирует способность двигаться, прикасаться, чувствовать запахи и вкус, слышать и видеть. Он позволяет людям составлять слова, говорить и общаться, понимать цифры и оперировать ими, сочинять и ценить музыку, узнавать и разбираться в геометрических фигурах, строить планы и даже формировать представление и фантазировать.
Головной мозг проверяет все раздражители — от внутренних органов, поверхности тела, глаз, ушей, носа и рта. Затем он реагирует на эти раздражители, регулируя следующее:
положение тела;
движения конечностей;
скорость, с которой функционируют внутренние органы;
Настроение
Обзор головного мозга
Головной мозг состоит из большого мозга, ствола головного мозга и мозжечка. Каждая половина (полушарие) большого мозга разделена на доли. |
Ни один компьютер пока даже близко не может сравниться со способностями головного мозга человека. Тем не менее, такая сложность имеет и свою цену. Головной мозг нуждается в постоянном питании. Ему требуется постоянный приток крови и кислорода в чрезвычайно больших количествах — приблизительно 25 % кровотока от сердца. Общее потребление энергии головным мозгом со временем существенно не меняется, но некоторые области головного мозга используют больше энергии в периоды повышенной активности (например, при попытке освоить новый язык или освоить новую задачу, например, катание на коньках). Отсутствие притока крови к головному мозгу в течение более 10 секунд может привести к потере сознания.
Недостаток кислорода или аномально низкий уровень сахара (глюкозы) в крови в течение 4 минут может привести к получению головным мозгом меньшего количества энергии и его серьезному повреждению. Тем не менее, головной мозг защищен несколькими механизмами, срабатывающими для предотвращения таких нарушений. Например, если кровоток в головной мозг уменьшается, мозг немедленно посылает сигналы сердцу биться быстрее и мощнее, перекачивая таким образом больше крови. Если уровень сахара в крови становится слишком низким, головной мозг посылает сигналы надпочечникам для высвобождения эпинефрина (адреналина), который стимулирует печень к высвобождению запасов сахара.
Знаете ли Вы, что...
|
Головной мозг также защищен гематоэнцефалическим барьером. Он состоит из клеток, которые выстилают кровеносные сосуды головного мозга. Эти клетки позволяют некоторым веществам достигать головного мозга и блокируют другие. Гематоэнцефалический барьер необходим, потому что в головном мозге, в отличие от большей части организма, клетки, образующие стенки капилляров, плотно спаяны между собой, например, для защиты от вредного воздействия токсинов и инфекций. (Капилляры, мельчайшие кровеносные сосуды тела, находятся там, где происходит переход питательных веществ и кислорода из крови в ткани). Поскольку гематоэнцефалический барьер контролирует вещества, которые могут попасть в головной мозг, пенициллин, многие химиотерапевтические препараты, некоторые токсичные вещества и большинство белков не могут проникнуть в головной мозг. С другой стороны, вещества, такие как спирт, кофеин и никотин, могут поступать в головной мозг. Определенные лекарственные препараты, например, антидепрессанты, разрабатываются таким образом, чтобы они могли проникать через этот барьер. Некоторые вещества, необходимые головному мозгу, например, сахар и аминокислоты, не проходят через барьер с легкостью. Тем не менее, в гематоэнцефалическом барьере есть транспортные системы, которые перемещают через барьер в ткани головного мозга необходимые вещества. При воспалении головного мозга, которое возникает при наличии определенных инфекций или опухолей, целостность гематоэнцефалического барьера нарушается (он становится проницаемым). Когда гематоэнцефалический барьер становится проницаемым, определенные вещества (например, некоторые антибиотики), которые обычно не могут попасть в головной мозг, в состоянии это сделать.
Активность головного мозга является результатом электрических импульсов, генерируемых нервными клетками (нейронами), которые обрабатывают и хранят информацию. Импульсы проходят вдоль нервных волокон внутри головного мозга. На каком уровне отмечается активность головного мозга и каков ее вид, а также где в головном мозге возникает такая активность, зависит от уровня сознания человека и от конкретного действия, выполняемого человеком.
Головной мозг состоит из трех основных частей:
Большой мозг
Ствол головного мозга
Мозжечок
Каждая часть (большие полушария, ствол головного мозга и мозжечок) состоит из участков меньшего размера, у каждого из которых есть свои особые функции.
Большой мозг
Большой мозг, наиболее крупная часть головного мозга, состоит из следующих структур.
Кора головного мозга Этот извилистый слой ткани является наружной поверхностью больших полушарий. Он состоит из тонкого слоя серого вещества, его толщина составляет приблизительно одну восьмую дюйма (2–4 миллиметра). У взрослых людей кора головного мозга содержит большинство нервных клеток нервной системы.
Белое вещество Белое вещество состоит главным образом из нервных волокон (аксонов), которые соединяют нервные клетки коры головного мозга друг с другом, а также с другими частями головного и спинного мозга. Оно также содержит вспомогательные клетки (олигодендроциты), которые вырабатывают миелин для волокон нервных клеток (для ускорения проведения импульсов по нервным волокнам). Белое вещество расположено под корой головного мозга.
Подкорковые структуры Эти структуры также расположены под корой головного мозга, поэтому они так и называются. Они включают базальные ганглии, таламус, гипоталамус, гиппокамп и лимбическую систему, в состав которой входят миндалевидное тело, обонятельные пути (структуры, которые помогают передавать сигналы запаха) и связанные с ними структуры.
Большие полушария разделены на две половины — левое и правое полушария головного мозга. Полушария соединены нервными волокнами, образующими мост из белого вещества мозга (мозолистое тело) по центру головного мозга. Каждое полушарие разделено на доли:
лобная доля;
теменная доля;
затылочная доля;
височная доля.
У каждой доли есть конкретные функции, но для выполнения большинства действий несколько участков различных долей в обоих полушариях должны функционировать слаженно.
Лобные доли имеют следующие функции:
Инициация многих произвольных действий, начиная от взгляда по направлению к интересующему предмету или перехода улицы и заканчивая расслаблением мочевого пузыря для мочеиспускания
Контроль приобретенных двигательных навыков, таких как письмо, игра на музыкальных инструментах и завязывание шнурков на обуви
Контроль сложных интеллектуальных процессов, таких как речь, мышление, концентрация внимания, решение задач, суждение, а также планирование будущего
Контроль выражения лица и жестов кистями и руками
Координация выражений лица и жестов с настроением и чувствами
Отдельные участки лобных долей контролируют конкретные движения, обычно с другой стороны тела. У большинства людей левая лобная доля контролирует большинство функций, задействованных при использовании речи.
Теменные доли выполняют следующие функции:
Интерпретация сенсорной информации, поступающей из других частей организма
Контроль организма и положения конечностей
Соединение образов формы, фактуры и веса в обобщенные восприятия
Воздействие на математические навыки и понимание языков, аналогично функции прилегающих участков височных долей
Хранение пространственных воспоминаний, позволяющим людям ориентироваться в пространстве (знать, где они находятся) и сохранять чувство направления (знать, куда они направляются)
Обработка информации, помогающей человеку знать положение частей своего тела
Затылочные доли выполняют следующие функции:
Обработка и интерпретация зрительных образов и идентификация формы объектов
Способность человека формировать зрительные воспоминания
Составление зрительных образов на основании пространственной информации, предоставляемой прилегающими теменными долями
Височные доли выполняют следующие функции:
Создание воспоминаний и эмоций
Откладывание только что произошедших событий в краткосрочную и долгосрочную память
Хранение и воспроизведение долгосрочных воспоминаний
Осмысление звуков и образов, что позволяет людям узнавать других людей и предметы, а также объединять слух и речь
Подкорковые структуры включают большие группы нервных клеток:
Базальные ганглии, которые координируют движения и делают их плавными
Таламус, который в основном организует передачу сенсорных сообщений к самым высоким уровням головного мозга (в кору головного мозга) и обратно, обеспечивая общее восприятие таких ощущений, как боль, прикосновение и изменение температуры
Гипоталамус, который координирует некоторые более автоматические функции организма, например, контроль сна и пробуждения, поддержание температуры тела, контроль аппетита и жажды, а также контроль гормональной активности прилегающего гипофиза.
Лимбическая система, еще одна подкорковая структура, состоит из структур и волокон, расположенных глубоко в большом мозге. К компонентам лимбической системы относятся гипоталамус, миндалевидное тело, таламус, мамиллярные тела и гиппокамп. Эта система соединяет гипоталамус с другими участками лобных и височных долей. Лимбическая система контролирует восприятие и выражение эмоций, мотивацию, память и обучение, а также некоторые автоматические функции организма. Вырабатывая эмоции (такие как страх, гнев, удовольствие и грусть), лимбическая система позволяет человеку вести себя способами, помогающими выразить физические и психологические расстройства и пережить их. Гиппокамп также участвует в формировании и воспроизведении воспоминаний, его связь с лимбической системой помогает связать эти воспоминания с эмоциями, испытываемыми во время их формирования. Благодаря лимбической системе остроэмоциональные воспоминания вспомнить обычно легче, чем все остальные. Лимбическая система также влияет на другие области головного мозга, такие как базальные ганглии, которые контролируют преднамеренные движения конечностей.
Ствол головного мозга
Ствол головного мозга соединяет большой мозг со спинным мозгом. Он содержит систему нервных клеток и волокон (называемую ретикулярной активирующей системой), расположенную глубоко внутри верхней части ствола головного мозга. Ретикулярная активирующая система контролирует уровни сознания и восприимчивости. Ствол головного мозга также содержит множество скоплений нервных центров, которые контролируют движения глаз, лица, челюсти и языка, включая жевание и глотание.
Ствол головного мозга также автоматически регулирует критически важные функции тела, такие, как дыхание, артериальное давление и сердцебиение, а также помогает регулировать положение тела и равновесие.
Если тяжело поврежден весь ствол головного мозга, человек теряет сознание, и эти автоматические функции тела прекращаются. Это означает, что вся активность головного мозга прекратилась. Такое прекращение считается смертью головного мозга. Вскоре наступает смерть.
Однако если ствол головного мозга не поврежден, организм может продолжать жить, даже если тяжелое поражение больших полушарий препятствует восприятию, мышлению и движению.
Мозжечок
Мозжечок, расположенный под большими полушариями и над самым стволом головного мозга, координирует движения тела. Имея информацию о положении конечностей, получаемую им из коры головного мозга и базальных ганглиев, мозжечок помогает конечностям двигаться более плавно и точно. Он делает это путем постоянного регулирования мышечного тонуса и положения тела.
Мозжечок взаимодействует с участками ствола головного мозга, называемыми вестибулярными ядрами, которые соединены с органами равновесия (полукружными каналами), находящимися во внутреннем ухе. Вместе эти структуры отвечают за чувство равновесия, позволяя человеку ходить в вертикальном положении.
В мозжечке также хранятся воспоминания о натренированных движениях, позволяющими выполнять сложные скоординированные движения, например, балетные пируэты, на скорости и с сохранением равновесия. Мозжечок участвует в мыслительных функциях, таких как внимание, речь и эмоции.
Мозговые оболочки
И головной, и спинной мозг покрыты тремя слоями ткани (мозговыми оболочками), которые их защищают.
Тонкая мягкая мозговая оболочка является самым нижним слоем, который плотно прилегает к головному и спинному мозгу.
Полупрозрачная паутинная мозговая оболочка является средним слоем.
Похожая на кожу твердая мозговая оболочка является самым верхним и наиболее плотным слоем.
Пространство между паутинной и мягкой мозговой оболочкой (субарахноидальное пространство) является каналом для спинномозговой жидкости, защищающей головной и спинной мозг.
Спинномозговая жидкость служит для защиты головного мозга при внезапном сотрясении и незначительной травме, а также для удаления продуктов жизнедеятельности из головного мозга. Спинномозговая жидкость содержится в сети полостей головного мозга, называемых желудочками. Спинномозговая жидкость вырабатывается специальными клетками, которые выстилают желудочки, поступает в головной мозг по внешней поверхности кровеносных сосудов и течет по поверхности головного мозга между мозговыми оболочками. Жидкость поглощается вспомогательными клетками (глиальные клетки) и распределяется по всему головному мозгу, заполняя его внутренние пространства (4 желудочка головного мозга). Со временем жидкость вытекает из головного мозга и поступает в кровеносные сосуды организма. По мере того, как спинномозговая жидкость протекает через головной мозг, она удаляет использованные белки и другие продукты жизнедеятельности из ткани головного мозга. Процесс удаления главным образом происходит, когда люди спят, что подчеркивает важность сна.
Головной мозг и его оболочки находятся в прочной, костной защитной конструкции — черепе. Спинной мозг соединяется с головным мозгом в области основания ствола головного мозга.
Оболочки, покрывающие мозг
В пределах черепа головной мозг покрыт тремя слоями ткани, называемыми мозговыми оболочками:
Между паутинной и мягкой оболочкой находится субарахноидальное пространство. Это пространство заполнено спинномозговой жидкостью, которая протекает между мозговыми оболочками, заполняет пространства в головном мозге, а также помогает защищать головной и спинной мозг. |
