Головной мозг наряду со спинным относится к центральному отделу нервной системы человека, отличается сложным строением с множеством сегментов и зон, отвечающих за определенные функции. Основная задача нервной системы – формирование соответствующей приспособительной реакции на внешнее воздействие.
Характеристика
Анатомия человека – раздел, в котором рассматриваются отделы головного мозга. Мозговое вещество человека весит около 1250 г. У мужчин объем мозгового вещества на 8-15% больше, чем у женщин. Масса мозгового вещества составляет около 2% от веса всего тела. При этом мозг потребляет 25% всего поступающего в организм кислорода и 17% глюкозы, которая служит энергетическим ресурсом для живых тканей.
Мозговая ткань представлена серым и белым веществом, у которых различаются функции и химический состав. Доля воды в сером составляет 84%, в белом – 70%. Липидные (жировые) фракции в белом занимают 50% сухого остатка, в белом – 30% сухого остатка. Также в мозговой ткани содержатся белки (8-9% массы сырой ткани) и минеральные вещества (1-2% массы сырой ткани).
Вещество головного мозга покрыто 3-мя оболочками – мягкой, затем паутинной и твердой, причем последняя состоит из 2 слоев, образованных соединительной тканью, однако на вопрос, сколько всего оболочек, принято отвечать, что три. Паутинная представлена тонкой мембраной, сформированной из соединительной ткани. Мягкая прилегает к мозговому веществу, она обильно оснащена кровеносными сосудами и нервными окончаниями.
Мозг состоит из нейронов и глиальных клеток, образующих нервную ткань, какая составляет основу ЦНС и поддерживает ее функции. Нервная ткань представлена системой специализированных структур, взаимодействующих между собой. Внешние стимулы (световые, звуковые, тактильные раздражители) преобразуются рецепторами в нервные импульсы, которые по нейрональной системе поступают в отделы головного мозга, в анатомии выделяют афферентные и эфферентные пути передачи.
В первом случае импульсы поступают в центральные части системы головного мозга, во втором от систем управления (ассоциативные центры) к периферическим структурам нервной системы, расположенным в мышцах, железах, исполнительных органах. В составе мозговой ткани насчитывается около 100 млрд. нейронов, объединенных в сложную нейрональную сеть.
Нейроны окружены глиальными клетками, которые выполняют трофическую (питательную) и поддерживающую функции. Число глиальных клеток превышает количество нейронов. В анатомической структуре, образованной нервными клетками, присутствует межклеточное пространство, представленное жидкостью, содержащей соли, углеводы, жировые и белковые фракции, и питающей ткань головного мозга.
Головной мозг находится внутри черепной коробки, где у человека преобладает мозговая часть над висцеральной (лицевой). Человеческий мозг состоит из 3-х крупных сегментов – гемисфер, мозжечка и стволового отдела, от чего отходит спинной мозг. Самый большой сегмент мозга – гемисферы (полушария), вторая во величине часть – мозжечок. Ствол занимает 3-е место по величине.
Полушария разделены между собой щелью, что четко видно на фото (вид сверху). В глубине щели находится спайка – мозолистое тело, которое связывает воедино обе гемисферы. На фотографии мозга, отображающей нижнюю поверхность, отчетливо просматриваются сегменты – весь участок ствола, мозжечок, нижняя сторона полушарий, черепные нервы, отходящие от мозгового вещества. На картинке, отражающей вид сбоку, преимущественно виден корковый слой, покрывающий большие полушария.
Схема строения предполагает разделение крупных частей на отдельные сегменты, к примеру, в составе ствола головного мозга выделяют продолговатый и средний отделы, варолиев мост, часто к стволу относят мозжечок, который отвечает за двигательную координацию человека, и промежуточный отдел.
Вертикальный разрез человеческого мозга показывает мозолистое тело, варолиев мост, мозжечок, продолговатый отдел, гипофиз, эпифиз. На общем плане строения различимы 5 основных отделов головного мозга (с учетом особенностей эмбрионального развития) – продолговатый, задний, средний, промежуточный и передний.
Существует теория, что мозг – это орган центрального отдела нервной системы, который работает по принципу двоичного кода в процессе генерации или передачи нервных импульсов. Благодаря нейрональным сетям, по которым осуществляется передача нервных импульсов, все мозговые структуры работают слаженно.
Функции отделов
Основная функция, возложенная на структуры головного мозга – обеспечение взаимодействия с окружающей средой. Здесь формируются команды, ответственные за такие процессы в организме, как терморегуляция, обмен веществ, избирательное развитие структурных образований (систем), обеспечивающих адаптивные способности организма, нейрогуморальная регуляция.
Функции мозга определяются в зависимости от локализации его отделов. Причем отдельные участки мозгового вещества одновременно выполняют несколько задач, параллельно тесно взаимодействуя со всеми другими отделами. Если какой-либо участок мозга поврежден, его функции по компенсаторному типу может выполнять другая мозговая структура.
Продолговатый
Мозг человека устроен так, что в него входят отдельные участки, характеризующиеся функциональными различиями, к примеру, такой как продолговатый, который продолжает спинной. В продолговатом мозге располагается центр управления сердечной деятельностью. В рамках сердечного центра выделяют ядра, от которых отходят блуждающие нервы. Функции блуждающего нерва включают вегетативную регуляцию работы сердца и состояния сосудов.
В сосудодвигательном центре в структуре ядер блуждающих нервных окончаний выделяют прессорную и депрессорную зоны, которые взаимодействуют между собой. Прессорная зона отвечает за сужение сосудов, депрессорная – за расширение сосудистого просвета. Прессорная зона реагирует на химический состав крови. Передача информации осуществляется посредством хеморецепторов.
Депрессорная зона отвечает на информацию, поступающую от барорецепторов (воспринимают давление, которое оказывается на сосудистые стенки). Гипоталамус – отдел промежуточного мозга, который отвечает за нейроэндокринную функцию, определяет эффекты сердечно-сосудистой системы с учетом внешней обстановки и текущих потребностей организма.
Строение заднего мозга предусматривает наличие варолиева моста, где располагается часть центра дыхания, ответственного за дыхательную функцию. Участок, отвечающий за вдох, находится в мосте, участок, регулирующий процесс выдоха – в продолговатом мозговом отделе. Оба участка взаимодействуют между собой. В процессе вдоха участвуют межреберные мышцы наружного расположения, которые сокращаясь, способствуют расширению легких и поступлению в них воздуха.
Выдох происходит за счет сокращения межреберных мышц внутреннего расположения. Команды, вызывающие сокращение мышц, поступают от соответствующих зон вдоха и выдоха через структуры спинного мозга. Блуждающий нерв, гипоталамус и корковые структуры могут влиять на частоту дыхательных движений. Продолговатый мозговой сегмент содержит ядра 4 пар черепных нервов (блуждающий, подъязычный, дополнительный, языкоглоточный).
Функции языкоглоточного нерва включают двигательную активность глоточной мускулатуры, реализацию рефлекторных реакций (чихание, глотание, кашель, рвотные позывы, формирование речевых звуков). Считается, что у человека в составе продолговатого отдела, находящегося в головном мозге, располагаются такие центры, как кашлево-чихательный и рвотный.
Задний
Как можно увидеть на рисунке, головной мозг устроен так, что у человека имеется несколько важных мозговых отделов, в том числе задний, состоящий из мозжечка и моста. Четвертый желудочек в желудочковой системе расширяется по типу спинномозгового канала, образуя полость, в которой находится задний отдел. Варолиев мост образован густым сплетением проводящих путей.
Мозжечок представляет собой головной двигательный центр, где проходят пути, соединяющие его со многими другими областями мозга и системами организма. Пучки, состоящие из нервных волокон, образуют мозжечковые ножки – 3 пары. Нижние ножки соединяют мозжечковый отдел с продолговатым сегментом, средние – обеспечивают взаимодействие с мостом и затем с корковым слоем, верхние – с участками среднего мозга.
Масса мозжечка равняется 10% от веса всего мозгового вещества. Однако на этом участке локализовано более 50% всех нейронов нервной системы. Функции мозжечка включают регуляцию тонуса скелетной мускулатуры, поддержание позы тела, сохранение равновесия, совершение целенаправленных, произвольных движений, координацию двигательной активности. Мозжечок участвует в планировании и исполнении движений:
- Баллистических (совершенных под действием силы тяжести земного притяжения).
- Спортивных (бросок мяча, копья).
- Музыкальных (игра на инструментах).
Общие нейрональные системы, образованные мозжечком и корковыми отделами, участвуют в процессах мышления, направленных на организацию сложных движений. В области дна 4-го желудочка находятся ядра нервных ответвлений – лицевого, вестибулокохлеарного, отводящего, сегментарно тройничного.
Средний
Устройство головного мозга предполагает выделение среднего отдела, который, если говорить кратко, отражает устойчивость и неизменность нервной системы человека. Этот отдел практически не претерпел эволюционных изменений. На горизонтальном разрезе головного мозга просматриваются структуры, из чего состоит средний отдел, отвечающий за чередование циклов сон-бодрствование, концентрацию внимания, рефлекторные реакции (оборонительные, связанные с ориентированием в пространстве), такие функции человека, как слух и зрение.
В среднем отделе сосредоточены структуры, воспринимающие информацию от органов зрения, регулирующие болевую чувствительность и температуру тела. Красное ядро отдела управляет постуральными движениями (формирование и поддержание позы), в совокупности с черной субстанцией участвует в регуляции экстрапирамидной системы (мышечный тонус, поза). Структуры среднего отдела формируют реакции организма на внешние стимулы – зрительные, слуховые.
В области верхнего двухолмия располагается зрительный центр, в зоне нижнего двухолмия – слуховой центр. Через структуры среднего отдела проходит сильвиев водопровод, соединяющий 3-й и 4-й желудочки. В среднем отделе находятся ядра черепных нервов – блокового, глазодвигательного, а также одно ядро тройничного. Блоковый и глазодвигательные нервные ответвления регулируют движения, совершаемые глазами.
Промежуточный
Человеческий мозг устроен так, что в нем находится промежуточный отдел, который отвечает за такую функцию, как сенсорное восприятие. Основную часть промежуточного мозга человека составляет таламус – головной зрительный, чувствительный бугор. В таламус поступают сведения от всех рецепторов, сосредоточенных в области органов чувств.
К таламусу стекается информация от органов зрения и слуха, от рецепторов – вкусовых, обонятельных, осязательных, проприорецепторов (рецепторы, расположенные в мышцах, коже, связках и суставных сумках), интерорецепторов (рецепторы, расположенные во внутренних органах, тканях, элементах сосудистой системы), вестибулорецепторов (рецепторы, расположенные в лабиринте внутреннего уха, воспринимают изменение скорости и направления при перемещении тела в пространстве).
От таламуса отходят придатки (верхний, нижний, задний) и зрительный перекрест. Верхний придаток содержит эпифиз – шишковидную железу, продуцирующую мелатонин. Эпифиз также секретирует гистамин, норадреналин, серотонин, которые участвуют в управлении циркадными ритмами. Регулятивная деятельность ориентирована на уровень освещенности.
В заднем придатке сосредоточены вторичные центры – слуховой и зрительный, представленные медиальными (расположены ближе к срединной плоскости) и латеральными (лежащие удаленно от срединной плоскости) коленчатыми телами. Функции нижнего придатка – гипоталамуса, связаны с его расположением в лимбической системе, краткое описание которой требует упоминания о важной роли в управлении работой внутренних органов, формировании эмоций и памяти.
Гипоталамус – это высший регулятивный мозговой центр вегетативного (автономного) отдела нервной системы. В этом отделе мозга человека анализируется химический состав крови и ликвора (цереброспинальная жидкость). Входящий в состав гипоталамуса гипофиз является железой, секретирующей гормоны, которые регулируют деятельность других желез эндокринной системы. Хеморецепторы (рецепторы, воспринимающие химические стимулы) передают в гипоталамус информацию о концентрации веществ, содержащихся в жидких средах организма.
Опираясь на полученные сведения, гипоталамус ослабляет или стимулирует процессы метаболизма посредством непосредственного влияния на вегетативные центры при помощи нервных импульсов или посредством продукции биологических пептидных веществ – статинов (тормозят секреторную активность передней доли гипофиза) и либеринов (стимулируют секреторную активность передней доли гипофиза). Функции гипоталамуса включают управление процессами, основанными на биологической мотивации:
- Пищевое поведение (вкусовые предпочтения, режим питания, особенности диеты).
- Половое поведение (поведенческие реакции, направленные на реализацию половых потребностей).
- Агрессивно-оборонительные реакции.
Расположение гипоталамуса в пределах лимбической системы головного мозга предполагает его участие в осуществлении взаимодействия между соматическими и вегетативными функциями. Речь идет о двигательных реакциях, основанных на сведениях, поступающих от органов чувств, и управлении соматическими функциями с учетом текущих потребностей организма.
К примеру, если в силу биологических потребностей активируется оборонительное поведение, необходима эффективная работа скелетной мускулатуры и органов чувств. Человеку необходимо четко слышать и видеть, динамично двигаться. Для повышения эффективности мышечной работы важны параметры – скорость передачи нервных импульсов, обеспечение нервных структур и мышечной ткани питательными веществами и кислородом.
Делая вывод, можно утверждать, что гипоталамус обеспечивает внутренние ресурсы для реализации внешнего поведения. Ядра таламуса делятся на группы – переключательные, интегративные, модулирующие. Первая группа является промежуточным звеном в афферентных путях, по которым информация поступает от органов к нервным центрам. Афферентные пути отходят от головы, конечностей, частей туловища.
Сигналы поступают в анализаторные зоны коркового слоя, где происходит обработка полученных данных. Интегративные ядра обеспечивают связь всех структурных подразделений таламуса между собой и с ассоциативными зонами коркового слоя. Примером может служить объединение зрительных стимулов и словесной информации в единый образ. Функции таламуса поддерживают гностическую (познавательную) деятельность.
Модулирующие ядра – самая древняя структура таламуса. Это основа ретикулярной формации, которая тянется вдоль мозгового ствола, состоит из ретикулярных ядер и разветвленной нейрональной сети с многочисленными аксонами и дендритами. Ретикулярная формация активирует корковые участки головного мозга, что приводит к концентрации внимания и своевременной обработке сведений, поступающих по восходящим путям. Ретикулярная формация контролирует рефлекторные функции спинного мозга.
Передний
Передний мозг является одним из мозговых пузырей, которые образуются из нервной трубки, впоследствии строение этого отдела изменяется – он разделяется на 2 гемисферы с разграничением функций. Существует понятие межполушарная асимметрия, которая предполагает разделение задач, возлагаемых на правую и левую гемисферы. К примеру, правое полушарие отвечает за конкретную, образную форму мышления, а левое – за абстрактную форму мыслительной деятельности. Виды задач, выполняемых правым полушарием мозга:
- Обработка информации невербального (неречевого) характера (образы, символы).
- Воображение (способность мечтать, фантазировать, заниматься изобразительным искусством, музыкой и другими видами творчества).
- Параллельная, одновременная деятельность, направленная на обработку информации разного типа.
Благодаря работе левого полушария человек воспринимает вербальную (речевую) информацию, обладает способностью читать и писать. Левая гемисфера ответственна за восприятие и способность различать цифры, даты, имена. От работы левого полушария зависит уровень аналитического мышления, основанного на логике и умении анализировать первичные сведения.
Головной мозг характеризуется сложным строением и выделением отдельных участков, выполняющих разграниченные и интегрированные (объединенные) функции.
