Александра Коростышевская, Андрей Савелов, Ирина Приходько, Яна Исаева, Василий Ярных
«Наука из первых рук» № 3(88), 2020
С детства мы слышим, что нервные клетки не восстанавливаются. И хотя вопрос о возможности образования новых нейронов во взрослом мозге до сих пор открыт, уже есть данные, что процесс нейрогенеза у человека продолжается до глубокой старости. Любые нарушения в развитии нервных клеток могут приводить к серьезным, иногда необратимым патологиям. Одним из таких нарушений являются дефекты в защитной изоляционной оболочке (миелине) отростков нервных клеток, которые могут формироваться у человека еще до его рождения. Их практически невозможно диагностировать с помощью традиционных методов визуализации.
Об авторах
|
Александра Михайловна Коростышевская — доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории МРТ-технологий, заведующая диагностическим отделением института «Международный томографический центр» Сибирского отделения РАН. Автор и соавтор более 70 научных работ. |
|
Андрей Александрович Савелов — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории МРТ-технологий института «Международный томографический центр» Сибирского отделения РАН. Автор и соавтор более 90 научных работ. |
|
Ирина Юрьевна Приходько — инженер-программист лаборатории МРТ-технологий института «Международный томографический центр» Сибирского отделения РАН. Автор и соавтор 3 научных работ. |
|
Яна Олеговна Исаева — студентка Института медицины и психологии им. В. Зельмана Новосибирского государственного университета. |
|
Василий Леонидович Ярных — кандидат химических наук, заведующий лабораторией отделения радиологии, профессор университета Вашингтона (Сиэтл, США) и Томского государственного университета. Автор и соавтор более 70 научных работ, в том числе 5 патентов. |
В мозге человека в среднем содержится около 100 млрд нейронов, которые принимают, хранят, обрабатывают и передают информацию с помощью электрических и химических сигналов. Взаимодействие между нейроном и другими нервными клетками и органами происходит с помощью коротких (дендриты) и длинного (аксон) отростков.
Каждый аксон, подобно проводу, покрыт изоляционным материалом — миелиновой оболочкой, которая обеспечивает более высокую скорость прохождения нервных импульсов и защищает нервные волокна от повреждений. Кроме того, эта оболочка несет опорную функцию, а также, по последним данным, служит для аксона, нуждающегося в большом количестве энергии, своего рода «заправочной станцией».
Все повреждения миелиновой оболочки или дефекты, возникшие в период ее формирования, приводят к серьезным, иногда неизлечимым заболеваниям. Среди них наиболее известен рассеянный склероз — хроническое аутоиммунное заболевание, поражающее преимущественно молодых людей.
Разрушается миелин и при инсультах, которые встречаются не только у взрослых (в первую очередь, как принято считать, у пожилых людей), но и у детей, включая нерожденных. Внутриутробный инсульт чаще всего случается после 28-й недели беременности, у детей — через месяц после рождения. Инсульт у плода приводит к развитию пороков головного мозга, а у детей может вызвать детский церебральный паралич в раннем возрасте.
При этом о «качестве» миелинизации головного мозга конкретного человека мы сегодня судим лишь по косвенным клиническим симптомам или данным магнитно-резонансной томографии (МРТ), с помощью которой обычно удается обнаруживать дефекты миелина уже на поздней, часто необратимой стадии.
Дефекты нервной «изоляции»
Развитие мозга плода — сложный процесс, при котором происходят быстрые перестройки морфологии и микроструктуры нервной ткани. В некоторых зонах мозга процесс формирования миелина начинается уже с 18–20-й недели беременности, а продолжается приблизительно до десятилетнего возраста.
Именно нарушения миелинизации часто лежат в основе задержек физического и умственного развития ребенка, а также служат причиной формирования ряда неврологических и психиатрических патологий. Помимо заболеваний, таких как инсульт, задержки развития головного мозга плода с нарушением миелинизации иногда наблюдаются и при многоплодной беременности. При этом десинхронизацию в развитии мозга близнецов оценить «на глаз» довольно сложно.
Но как выявить дефекты миелина в период внутриутробного развития? В настоящее время акушеры-гинекологи пользуются только биометрическими показателями (например, размером мозга), однако они обладают высокой изменчивостью и не дают полной картины. В педиатрии даже при наличии явных функциональных отклонений в мозговой деятельности ребенка традиционные изображения МРТ или нейросонографии (ультразвукового исследования головного мозга новорожденных) часто не показывают структурные отклонения.
Поэтому поиск точных количественных критериев оценки формирования миелина во время беременности является актуальной задачей, которую к тому же нужно решить с помощью неинзвазивных диагностических методов, уже апробированных в акушерстве. Специалисты из новосибирского Международного томографического центра СО РАН предложили использовать для этих целей новый метод количественной нейровизуализации, уже адаптированный для дородовых (пренатальных) исследований.
На обычном томографе
Любая патология головного мозга плода, которую подозревают врачи во время ультразвукового обследования беременной, обычно является показанием к проведению МРТ; подобные исследования проводятся в МТЦ СО РАН уже более десяти лет. Результаты МРТ могут подтвердить, уточнить, опровергнуть либо вообще изменить предварительный диагноз и, соответственно, тактику ведения беременности.
Дело в том, что количество миелина и размеры отдельных структур головного мозга у эмбриона настолько малы, что любые измерения очень сложны и трудоемки. К тому же плод постоянно шевелится, что очень затрудняет получение качественных изображений и достоверных количественных данных. Поэтому нужна технология, позволяющая получать изображения быстро и с высокой разрешающей способностью даже на маленьких объектах.
Именно таким оказался метод быстрого картирования макромолекулярной протонной фракции (МПФ) — биофизического параметра, который описывает долю протонов в макромолекулах тканей, вовлеченных в формирование МРТ-сигнала, тогда как обычно источником сигнала являются протоны, содержащиеся в воде (Yarnykh, 2012; Yarnykh et al., 2015).
В основе метода лежит специализированная процедура математической обработки МРТ-изображений, которая позволяет вычленить компоненты сигнала, связанные с МПФ клеточных мембран. А в головном мозге человека и животных основная их часть содержится именно в миелине. Реконструируются карты МПФ на основе исходных данных, которые могут быть получены практически на любом клиническом томографе.
Для реконструкции карт МПФ используются четыре исходных изображения, полученные различными традиционными методами МРТ. Правильность такого подхода подтвердили результаты его апробации на лабораторных животных в Томском государственном университете: у мышей, которым вводили раствор, вызывающий разрушение миелина, результаты МПФ-картирования совпали с данными гистологического исследования тканей (Khodanovich et al., 2017).
Миелин — в норме и патологии
Пилотные исследования, выполненные в рамках клинических диагностических МРТ-обследований эмбрионов возрастом от 20 недель и старше, показали, что новая технология позволяет за небольшое (менее 5 мин.) время сканирования выявить очень малые количества миелина.
Они также подтвердили способность метода надежно оценивать пространственно-временные «траектории развития» миелина в различных структурах мозга. Судя по результатам исследования, в центральных структурах (стволовых, таламусе, мозжечке) процесс миелинизации начинается раньше, а ее степень пропорциональна возрасту. При этом в белом веществе полушарий головного мозга миелин в дородовом периоде практически не обнаруживается (Yarnykh, Prihod’ko, Savelov et al., 2018). Полученные новым неивазивным методом результаты хорошо согласуются с уже известными патоморфологическими данными.
Кроме того, оказалось, что изображения, полученные с помощью новой технологии, являются наиболее информативными для внутриутробной диагностики одного из видов медуллобластомы — врожденной злокачественной опухоли мозжечка. У плода опухоль не удалось отчетливо выявить с помощью традиционного МРТ-обследования, однако она хорошо прослеживалась с использованием количественного метода МПФ.
Дело в том, что у плода показатель МПФ для ткани медуллобластомы вдвое выше значений для окружающей здоровой ткани из-за более высокого содержания в опухоли фибриллярного белка коллагена соединительной ткани, которая широко представлена в этом виде опухоли. После рождения и до полутора лет эти различия сглаживались из-за нарастающей миелинизации мозжечка, в то время как значения МПФ в опухоли оставались практически неизменными.
Эти результаты говорят о том, что диагностическая значимость метода МПФ наиболее высока именно во внутриутробном периоде. И это очень важно, так как после рождения ребенка арсенал МРТ (в том числе с использованием контрастирующих средств), который позволяет визуализировать все детали злокачественного поражения, значительно расширяется (Korostyshevskaya, Savelov, Papusha et al., 2018).
В течение последнего десятилетия для изучения внутриутробного периода созревания мозга использовались различные количественные методы МРТ. Но оказалось, что среди всех известных на сегодня методов наиболее чувствительным к содержанию миелина в мозге взрослого человека и плода оказался метод картирования МПФ.
С его помощью новосибирским специалистам впервые удалось разработать количественные критерии нормальной внутриутробной миелинизации, на основании которых можно оценить своевременность формирования внутренней структуры мозга от второго триместра до рождения ребенка. Эти критерии в дальнейшем можно использовать в клинической практике. Кроме того, в некоторых случаях новый метод помогает диагностировать врожденный порок развития головного мозга еще до рождения, что бывает затруднительно с использованием только традиционных методов МРТ.
Исследование поддержано Министерством образования и науки Российской Федерации (госзадание 18.2583.2017/4.6.), Российским научным фондом (проект № 19-75-20142) и Национальными институтами здравоохранения США (National Institutes of Health, NIH).
Литература
1. Коростышевская А. М., Савелов А. А., Цыденова Д. В и др. Количественный анализ структурной зрелости головного мозга плода по данным диффузионно-взвешенной МРТ // Вест. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Биология, клиническая медицина. 2015. Т. 13. № 4. С. 27–32.
2. Коростышевская А. М., Василькив Л. М., Цыденова Д. В. и др. Количественный анализ пре- и постнатальной структурной зрелости головного мозга в норме и при вентрикуломегалии по данным диффузионно-взвешенной МРТ // Мультидисциплинарный научный журнал «Архивариус». 2016. Т. 22. № 10(14). С. 33–41.
3. Korostyshevskaya A. M., Prihod’ko I. Y., Savelov A. A. et al. Direct comparison between apparent diffusion coefficient and macromolecular proton fraction as quantitative biomarkers of the human fetal brain maturation // J. Magn. Reson. Imaging. 2019. N. 50. P. 52–61. DOI: 10.1002/jmri.26635.
4. Korostyshevskaya A. M., Savelov A. A., Papusha L. I. et al. Congenital medulloblastoma: fetal and postnatal longitudinal observation with quantitative MRI // Clinical imaging. 2018. N. 52. P. 172–176.
5. Yarnykh V., Korostyshevskaya A. Implementation of fast macromolecular proton fraction mapping on 1.5 and 3 Tesla clinical MRI scanners: preliminary experience // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 886. P. 1–5.
6. Yarnykh V. L., Savelov A., Prihod’ko I. Y. et al. Quantitative assessment of normal fetal brain myelination using fast macromolecular proton fraction mapping // Am. J. of Neuroradiology. 2018. V. 39(7). P. 1341–1348.
Головному мозгу подвластны сложнейшие операции и задачи.
С помощью органов чувств головной мозг может понять происходящее вокруг и принять решение к какому-либо действию.
Основой формой деятельности нервной системы является рефлекс.
Рефлекс— это ответная реакция организма на раздражение (внешнее или внутреннее), происходящая при участии центральной нервной системы (ЦНС).
Головной мозг не всегда принимает участие в осуществлении рефлекса. Например, ходим мы автоматически и не обдумываем каждый свой шаг, в этом нам помогает работа спинного мозга, так как большинство нервов, активизирующих мышцы тела, идут от спинного мозга.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Спинной и головной мозг относятся к центральной нервной системе (ЦНС). Они состоят из множества нервных клеток (нейронов и нейроглии), которые, в свою очередь, образуют нервную ткань, а из нее формируется серое и белое вещество.
Серое вещество мозга- это скопление тел нейронов и дендритов.
Белое вещество мозга образованно аксонами (нервными волокнами), покрытыми миелиновой оболочкой, которая и придает белый цвет.
У головного мозга серое вещество образует кору больших полушарий, находится на периферии.
Белое вещество находится в центральной части головного мозга.
В головном мозге различают следующие отделы:
- продолговатый мозг
- задний мозг (мост и мозжечок)
- средний мозг
- промежуточный мозг, образованный таламусом, эпиталамусом, гипоталамусом
- конечный мозг (большие полушария, покрытые корой)
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Также весь мозг обычно подразделяют на три большие части:
- ствол мозга
- мозжечок
- передний мозг — состоит из больших полушарий (конечный мозг) и промежуточного мозга
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Ствол мозга
Состав:
- продолговатый мозг
- мост
- средний мозг
Функции ствола мозга:
- рефлекторная
- проводниковая- через этот отдел проходят восходящие и нисходящие нервные пути ЦНС
- ассоциативная- обеспечивает взаимодействие спинного мозга, ствола и больших полушарий головного мозга.
1. Продолговатый мозг (входит в состав ствола мозга).
Именно он непосредственно переходит в спинной мозг.
В продолговатом мозге находятся тела нейронов, отростки которых образуют блуждающий нерв.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Функции продолговатого мозга:
- участвует в реализации вегетативных (слюноотделение), вкусовых, слуховых, вестибулярных рефлексов
- регуляция дыхания, глотания, потоотделения, сердечной деятельности, работы сосудов
- координация движений, позные рефлексы
- центры защитных рефлексов (чихания, кашля, рвоты)
2. Мост (варолиев мост), входит в состав ствола мозга.
Находится над продолговатым мозгом.
Здесь располагаются нервные волокна, по которым нервные импульсы идут вверх — в кору больших полушарий и вниз — к спинному мозгу.
Здесь находятся центры, связанные с мимикой и жевательными функциями и центры сознательного контроля за движениями тела.
3. Средний мозг (входит в состав ствола мозга).
Средний мозг соединяет задний мозг с промежуточным. На его поверхности находятся четыре бугорка — четверохолмие:
- 2 зрительных холмика- центры первичной обработки зрительной информации, их нейроны реагирую на быстро передвигающиеся объекты
- 2 слуховых холмика- центры ориентировочных рефлексов на звуковые раздражители
В среднем мозге расположены важнейшие двигательные центры, которые совместно с мозжечком участвуют в поддержании тонуса мышц и координации позы тела.
Мозжечок— отдельная структура наряду со стволом мозга и передним мозгом.
Строение мозжечка чем-то напоминает строение всего мозга, откуда и появилось его название.
Мозжечок состоит из двух полушарий и червя, который соединяет полушария между собой.
Внутри мозжечка расположено белое вещество, покрытое корой из серого вещества.
Поверхность мозжечка образует борозды.
На фотографии мы видим срединный разрез мозжечка через червь:
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Функции мозжечка:
- регуляция позы тела и поддержание мышечного тонуса
- координация медленных произвольных движений с позой всего тела
- обеспечение точности быстрых произвольных движений
У человека с поврежденным мозжечком наблюдается дрожание рук и ног, нарушение точности движений, речь невнятная, человек не может стоять с закрытыми глазами и множество других двигательных нарушений.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Передний мозг
Состав
- промежуточный мозг
- большие полушария головного мозга
Промежуточный мозг (входит в состав переднего мозга)
Промежуточный мозг состоит из четырех частей:
- верхняя часть- таламус- зрительные бугры
- нижняя часть- гипоталамус- подбугорная часть
- надбугорная область- эпиталамус с эпифизом (шишковидная железа)- (это эндокринная железа, функционально связанная с гипофизом и надпочечниками)
- гипофиз- нижний мозговой придаток, расположенный в нижней части гипоталамуса
1. Таламус (Передний мозг- Промежуточный мозг- Таламус, верхняя часть)
Нейроны таламуса образуют 40 ядер, которые отвечают за первичную обработку всех видов информации, кроме обонятельной, поступающей через органы чувств.
В скоплениях нейронов таламуса информация частично обрабатывается и
поступает в кору больших полушарий.
Таламус является высшим центром болевой чувствительности, именно здесь формируется болевое ощущение.
Также таламус содержит нейроны, благодаря которым человек может оценивать течение времени- внутренние часы организма.
Повреждения таламуса приводит к потере сознания, потере активной связи организма с окружающей средой, вызвать тремор (непроизвольную дрожь конечностей в состоянии покоя).
2. Гипоталамус (Передний мозг- Промежуточный мозг- Гипоталамус, нижняя часть)
Гипоталамус- является главным подкорковым центром регуляции вегетативных функций организма, это достигается за счет выделения в кровь регуляторов, управляющих деятельностью гипофиза.
В гипоталамусе располагаются центры гомеостаза, теплорегуляции, голода и насыщения, жажды и ее удовлетворения, полового поведения, страха, ярости, регуляции цикла «бодрствование- сон».
В гипоталамусе и гипофизе образуются нейрорегуляторные пептиды- энкефалины и эндорфины, которые обладают сильнейшим обезболивающим, противошоковым и антистрессовым действием.
Повреждение гипоталамуса приводят к затруднению дыхания, нарушению терморегуляции, работы кишечника, артериального давления, сердечного ритма.
3. Гипофиз (Передний мозг- Промежуточный мозг- Гипофиз). Расположен ниже гипоталамуса.
Гипофиз является одной из важнейших эндокринных желез и находится под контролем гипоталамуса.
Гипофиз выделяет следующие гормоны:
- соматотропный гормон- регулирует рост
- гонадотропный гормон- способствует росту половых клеток, выработке молока
- тиреотропный гормон- регулирует работу щитовидной железы
- адренокортикотропный гормон- способствует усилению образования гормонов надпочечников
- интермедин- влияет на пигментацию кожи
- вазопрессин- участвует в механизмах обучения и памяти, активизирует сокращение гладких мышц сосудов, регулирует процессы терморегуляции и др.
- окситоцин- стимулирует сокращения матки, активирует выделение молока, участвует в механизмах обучения и памяти и др.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Большие полушария головного мозга (входят в состав переднего мозга).
Большие полушария называют конечным мозгом, который составляет 80 % всей массы головного мозга и покрывает сверху все остальные отделы.
Конечный мозг состоит из двух полушарий, которые соединяет мозолистое тело, обеспечивая их координированную работу.
Полушария покрыты которой, образованной серым веществом (тела нейронов), под которой располагается белое вещество (проводящие нервные пути).
Полушария делятся на левое и правое, они соединены между собой мозолистым телом, которое состоит из поперечных сплетений нервных волокон.
Кора больших полушарий самое молодое в эволюционном плане образование мозга.
Глубокими бороздами кора каждого полушария делится на доли: лобную, теменную, затылочную и височную.
Посмотрите и запомните доли коры головного мозга:
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Функции долей коры головного мозга:
|
Доли коры головного мозга |
функции |
|
Затылочная доля: |
|
|
Височная доля |
|
|
Лобная доля (ассоциативная) |
|
|
Теменная доля: |
|
Складки коры полушарий называют извилинами, благодаря им сильно увеличивается площадь коры полушарий.
В извилинах находятся высшие нервные центры.
В глубине больших полушарий расположены скопления нейронов, образующих ядра лимбической системы, которая является главным эмоциональным центром мозга.
Лимбическая система в переводе с латинского означает граница, край. Это совокупность ряда структур головного мозга, расположенных на обеих сторонах таламуса, непосредственно под большими полушариями головного мозга. Окутывает верхнюю часть ствола головного мозга, будто поясом, и образует его край- лимб.
Структуры лимбической системы ответствечают за следующие функции:
- эмоциональное поведение
- побуждения к действию (мотивации)
- процессы обучения и запоминания
- инстинкты (пищевые, оборонительные, половые)
- регуляцию цикла «сон-бодрствование»
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Высшая нервная деятельность человека
Высшая нервная деятельность- это деятельность высших отделов центральной нервной системы, которая обеспечивает наиболее совершенное приспособление животных и человека к окружающей среде.
Термин «высшая нервная деятельность» впервые введён в науку И.П.Павловым.
Основная роль в осуществлении высшей нервной деятельности у высших животных и человека принадлежит коре больших полушарий.
К высшей нервной деятельности относят познание, речь, память и абстрактное мышление, сознание и др.
Мышление (интеллект)- процесс обобщённого отражения действительности с её связями, отношениями и закономерностями.
С помощью мышления познается содержание и смысл воспринимаемого.
Мышление представляет собой самую сложную форму психической деятельности человека, вершину её эволюционного развития.
Мышление построено на двух функциях высших нервных центров: на анализе и синтезе информации и ответных действий организма.
Очень важным аппаратом мышления человека является речь, которая позволяет передавать информацию с помощью абстрактных символов.
Сигнальные системы
Первая сигнальная система— это зрительные, слуховые и другие чувственные сигналы, из которых строятся образы внешнего мира, одинаковая у человека и животных.
Отдельные элементы более сложной сигнальной системы начинают появляться у общественных видов животных (высокоорганизованных млекопитающих и птиц), которые используют звуки (сигнальные коды) для предупреждения об опасности, о том, что данная территория занята, и т.д.
Вторая сигнальная система— словесная, в которой слово в качестве условного раздражителя.
Ко второй сигнальной системе относится: речь, сознание, абстрактное мышление.
С помощью слова осуществляется переход от чувственного образа первой сигнальной системы к понятию, представлению второй сигнальной системы.
Способность оперировать абстрактными понятиями, выражаемыми словами, служит основой мыслительной деятельности.
Язык -это форма существования мысли и ее обмена.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Головной мозг защищен не только скелетом головы (черепом), но еще оболочками из соединительной ткани (твердой, паутинной и мягкой), которые переходят в аналогичные оболочки спинного мозга.
Оболочки головного мозга.
Твердая оболочка головного мозга одновременно является надкостницей внутренней поверхности костей черепа. Наиболее плотное соединение этой оболочки наблюдаются в районе черепных швов.
Здесь проходит большое количество кровеносных сосудов.
Твердая мозговая оболочка обладает болевой чувствительностью.
Паутинная оболочка головного мозга расположена после твердой мозговой оболочки и имеет вид паутины.
Образована соединительной тканью, клетки которой синтезируют внеклеточное вещество.
Функция паутинной оболочки состоит в поддержании биохимического состава и регуляции давления ликвора — спинномозговой жидкости, которая циркулирует в паутинном пространстве.
Мягкая сосудистая оболочка сращена с тканью мозга, состоит из рыхлой соединительной ткани, в толще которой находятся кровеносные сосуды, обеспечивающие питание мозга.
Она принимает участие в образовании сосудистых сплетений желудочков головного мозга, продуцирующих спинномозговую жидкость (ликвор).
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Кровеносные сосуды, проникающие в ткань головного мозга, находятся в толще мягкой сосудистой оболочки.
Между стенками сосудов и белым веществом головного мозга имеется периваскулярное пространство, которое заполнено ликвором и способствует регуляции оттока спинномозговой жидкости.
Вокруг кровеносных капилляров такого пространства нет.
Содержимое кровеносных капилляров отделено от ткани головного мозга гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ).
Функции ГЭБ:
- поддержание гомеостаза (постоянство внутренней среды) мозга
- очищение крови, которая поступает в головной мозг от микроорганизмов, вредных веществ
В состав ГЭБ входят:
- эндотелиальные клетки капилляров- осуществляют активный транспорт и обмен веществ
- перициты- отростчатые клетки соединительной ткани стенок капилляров, способны сокращаться и фагоцитировать
- астроциты- выстилают стенки мозговых капилляров со стороны мозговой ткани, тесно взаимодействуют с эндотелиальными клетками и между ними осуществляется постоянный обмен веществ
Теперь поговорим о нервах, которые отходят от головного мозга, всего их 12 пар, которые называют черепно-мозговыми нервами.
|
Нерв |
Функции |
|
I. Обонятельный |
Ощущение запаха |
|
II. Зрительный |
Зрение, сетчатка глазного яблока |
|
III. Глазодвигательный |
Движения глаз, суживание зрачка, наведения на резкость |
|
IV. Блоковый |
Передвижение глаз вниз, в наружную сторону |
|
V. Тройничный |
Чувствительность лица, скальпа и зубов; жевательные движения |
|
VI. Отводящий |
Поворот глаз кнаружи |
|
VII. Лицевой |
Ощущение вкуса; движения мимической мускулатуры деятельность слюнной железы |
|
VIII. Преддверно-улитковый нерв |
Слух; чувство равновесия |
|
IX. Языкоглоточный |
Чувствительность глотки, ощущение вкуса; глотательные движения, слюноотделение |
|
X. Блуждающий |
Чувствительность глотки, гортани, органов грудной и брюшной полостей; глотание, голосообразование, замедление сердцебиения, усиление перистальтики |
|
XI. Добавочный |
Движения плечами; повороты головы |
|
XII. Подъязычный |
Движения языка, акты глотания и жевания |
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Спинной мозг представляет собой наиболее «древнюю» часть нервной системы.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Спинной мозг расположен в позвоночном канале и защищен позвонками, тремя спинномозговыми оболочками, являющимися продолжением оболочек головного мозга:
- твёрдой мозговой оболочкой
- паутинной
- мягкой (сосудистой)
Внутри спинномозгового канала циркулирует спинномозговая жидкость.
По внешнему виду это тяж длиной 43-45 см и массой около 38 г.
На уровне большого затылочного отверстия спинной мозг переходит в головной мозг, а на уровне поясничных позвонков заканчивается пучком нервов, получившим название «конский хвост».
Спинной мозг делится на две симметричные половины, которые разделены двумя продольными бороздами (передней и задней).
В его центре проходит спинномозговой канал, в котором находится спинномозговая жидкость (ликвор).
Вокруг спинномозгового канала расположено серое вещество, образованное телами нейронов и дендритов.
Снаружи спинной мозг покрыт белым веществом, образованным отростками нейронов, покрытых миелиновыми оболочками.
Схема строения спинного мозга:
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
На поперечном срезе серое вещество напоминает контур бабочки с расправленными крыльями, эти «крылья» называют передними и задними рогами спинного мозга.
В задних рогах спинного мозга расположены тела вставочных нейронов.
В передних рогах— тела двигательных нейронов (мотонейроны).
От каждого сегмента позвонка (31 сегмент: 8 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых, 1 копчиковый) спинного мозга отходят передние и задние корешки — спинномозговые нервы, которые по бокам сегментов сливаются и образуют 31 пару спинномозговых смешанных нервов.
Так выглядит поперечный срез спинного мозга под микроскопом:
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Функции спинного мозга:
Рефлекторная функция — за счет двигательных центров спинного мозга и под контролем головного мозга осуществляется:
- координация простых безусловных рефлексов (коленного рефлекса, отдергивание руки от горячего предмета и т. п.)
- координация мышц сгибателей разгибателей, сохранение мышечного тонуса, постоянства позы тела и его частей
- координация некоторых вегетативных рефлексов (сосудодвигательных, пищевых, дыхательных, половых, дефекации, мочеиспускания)
Проводниковая функция:
- осуществляет связь между спинным и головным мозгом за счет восходящих и нисходящих путей белого вещества
- по восходящим путям возбуждение от мышц и внутренних органов передается в головной мозг, по нисходящим (двигательным)- от головного мозга к органам
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Великий российский ученый и естествоиспытатель Иван Михайлович Сеченов (1829- 1905) сделал вывод, что деятельность нервной системы носит рефлекторный характер.
Рефлекс- это ответная реакция организма на раздражение (внешнее или внутреннее), происходящая при участии ЦНС.
Выделяют условные и безусловные рефлексы.
Безусловные рефлексы:
- врожденные (передаются по наследству)
- сохраняются всю жизнь
- одинаковые у всех организмов одного вида
- способствуют приспособлению к постоянным условиям
- рефлекторная дуга проходит через спинной мозг или ствол головного мозга
Например, при слишком ярком свете мы закрываем глаза; при попадании сока лимона на язык происходит выделение слюны; мы отдергиваем руку от горячего предмета. Также к рефлексам относят чихание, кашель, сосательный рефлекс у новорожденного, испуг при сильном неожиданном звуке, выделение адреналина при стрессе.
Центры рефлексов могут быть как в головном, так и в спинном мозге.
К рефлексам, центры которых находятся в головном мозге относят: сосательный рефлекс, зрачковый, дыхательный.
К рефлексам, центры которых находятся в спинном мозге: ахиллов рефлекс, подошвенный рефлекс, мочевыделительный.
У животных таким безусловным рефлексом является таксис -врожденный механизм пространственной ориентации двигательной активности в направлении благоприятных, жизненно необходимых условий среды (положительный таксис) или в направлении от неблагоприятных (опасных) для жизни условий (отрицательный таксис).
Условные рефлексы:
- возникают при индивидуальном развитии и накоплении новых навыков
- могут изменяться или исчезать в течение жизни
- у каждого организма свои собственные, индивидуальные
- приспосабливают организм к изменяющимся условиям
- временная связь образуется в коре больших полушарий
Например, выделение слюны при виде лимона; реакция младенца на бутылочку с молоком; реакция человека на свое имя; если вы долго вставали в одно и тоже время по звонку будильника, то спустя какое-то время сможете вставать в это же время и без будильника.
Путь, по которому нервный импульс идет от чувствительного рецептора к исполнительному органу, называется рефлекторной дугой. Она может быть простой и состоит из двух нейронов, чувствительного и двигательного, но чаще она бывает сложной и состоит из пяти отделов:
- рецепторов, воспринимающих раздражение и отвечающих на него возбуждением, расположенных в коже, во всех внутренних органах, в органах чувств
- чувствительного нейрона, передающего возбуждение к центру; тела чувствительных нейронов находятся за пределами центральной нервной системы, в нервных узлах, вдоль спинного мозга и возле головного мозга
- центральной нервной системы (спинной, головной мозг) с одним или несколькими вставочными нейронами
- двигательного нейрона, несущего возбуждение от центральной нервной системы к рабочему органу
- эффектора — исполнительного органа, который осуществляет эффект, реакцию в ответ на раздражение рецептора; это могут быть мышцы, сокращающиеся при поступлении к ним возбуждения из центра, клетки железы, которые выделяют сок под влиянием нервного возбуждения, или другие органы
Схематично рефлекторную дугу можно представить так:
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
Ученым Олдсу Джеймсу и Питеру Милнеру в 1954 году удалось открыть центр удовольствия в гипоталамусе.
Они проводили опыты на крысах, которым вживляли электроды в ядра гипоталамуса и давали возможность самостоятельно стимулировать эти ядра, нажимая специальный рычажок, замыкающий ток в электродах.
Стимуляция некоторых ядер гипоталамуса приводила к негативной реакции.
При самостимуляции других ядер животные нажимали на педаль часами, не обращая внимания на пищу, воду, и если опыт не прекращали, то животное доводило себя до полного истощения.
Позже на обезьянах провели подобные опыты и результаты оказались такими же.
Электростимуляцию производили также у некоторых больных людей во время операции на головном мозге. При стимуляции аналогичных отделов гипоталамуса появлялось чувство радости, удовлетворения и не чувствовалась боль при воздействиях на мозговую ткань. Это свойство позволяет проводить некоторые операции без общего наркоза.
Раздражение передних отделов гипоталамуса может вызывать у животных ярость, страх и защитную реакцию.
Раздражение заднего гипоталамуса вызывало активную агрессию, расширение зрачков, повышение кровяного давления, сокращение желчного, мочевого пузырей.
Эта информация доступна зарегистрированным пользователям
У нервных клеток есть два вида отростков — небольшие и чрезвычайно разветвлённые дендриты, с помощью которых нейрон собирает импульсы от других нервных клеток, и очень длинные аксоны, которые отправляют импульсы дальше. Почти все аксоны в центральной нервной системе (то есть в головном и спинном мозге) покрыты миелином — светлой субстанцией, состоящей преимущественно из липидов. Миелинизированных нервных волокон также много в периферической нервной системе, то есть в нервах, которые выходят из головного и спинного мозга и идут к другим органам.
Олигодендроцит и миелиновая оболочка. Один олигодендроцит формирует миелиновую оболочку сразу на нескольких аксонах, но на каждом из них он создаёт только один сегмент оболочки (от одного перехвата Ранвье до другого). Иллюстрация: Holly Fischer/Wikimedia Commons/CC BY 3.0.
‹
›
Миелин одновременно ускоряет электрохимические импульсы, бегущие по аксонам, и изолирует их друг от друга, не допуская «короткого замыкания» между нейронными «проводами». Чтобы понять, как миелин ускоряет импульсы, нужно вспомнить, что любой импульс в нейроне — это перегруппировка ионов между наружной и внутренней стороной клеточной мембраны. Когда на каком-то участке мембраны открываются ионные каналы, то такие же ионные потоки сразу открываются на соседнем участке мембраны, потом — на участке чуть подальше и т. д. Электрические свойства мембраны последовательно меняются вдоль нейронного отростка — это и есть бегущий импульс. Миелин окутывает аксоны не всплошную с начала и до конца. В миелиновой обмотке есть пробелы, где мембрана не покрыта миелином, — перехваты Ранвье (названные так в честь открывшего их французского физиолога Луи Антуана Ранвье). И когда импульс распространяется по аксону, то перегруппировка ионов происходит как раз на перехватах Ранвье. То есть импульс не переползает медленно между участками, которые находятся вплотную друг к другу, а скачет от одного перехвата к другому. И если в аксоне без миелина импульс бежит со скоростью 0,5—10 м/с, то в таком же аксоне, но с миелином, скорость импульса достигает 150 м/с.
Скопления аксонов, обмотанных миелином, выглядят светлее, поэтому области в мозге, где преобладают аксонные «провода», называют белым веществом. (Скопления дендритов, которые обходятся без миелина, образуют серое вещество. Поскольку дендриты намного короче аксонов, они не передают импульсы на большие расстояния и скорость для них не так важна.) Нейроны не сами вырабатывают миелин, для того есть специальные клетки — олигодендроциты в центральной нервной системе и шванновские клетки в периферических нервах. И те и другие относятся к глие, или нейроглие — так называют совокупность различных клеток нервной системы, которые обслуживают нейроны, создавая им условия для работы. В последнее время появляется всё больше данных о том, что глиальные клетки не просто обслуживают нейроны, но напрямую вмешиваются в их работу (см. статью «Иммунные ”электрики” мозга», «Наука и жизнь» № 8, 2020 г.). Задача олигодендроцитов и шванновских клеток — сделать нейронам миелиновую обмотку. Олигодендроцит или шванновская клетка выпячивают собственную мембрану и обхватывают аксон, мембрана нарастает — и в итоге вокруг аксона получается слоистый липидный рулон. Глиальная клетка остаётся живой и поддерживает целостность миелиновой обмотки на том участке аксона, за который она отвечает.
Разрушение миелиновой оболочки приводит к неврологическим симптомам различного вида и различной степени тяжести. Есть много заболеваний, связанных с утратой миелина на аксонах, и рассеянный склероз среди них — самое известное. Это одна из аутоиммунных болезней, когда иммунитет по какой-то причине атакует собственные клетки и молекулы организма. При рассеянном склерозе срабатывают разные иммунные механизмы, в которых участвуют как иммунные клетки мозга, так и иммунные клетки, вошедшие в мозг из крови. Но, так или иначе, заканчивается всё тем, что миелиновая оболочка вокруг аксонов разрушается, а иногда разрушаются и сами аксоны. В очаг болезни приходят астроциты — так называется ещё одна разновидность глиальных клеток. Их задача — поддерживать и питать нейроны, а также залечивать повреждения; именно это они и делают, стараясь зарубцевать больной участок и формируя характерную бляшку. Стоит добавить, что обычно рассеянный склероз поражает центральную нервную систему; периферические нервы страдают от него редко.