CogniFit - Человеческий мозг

Что такое мозг?

Мозг — это сложный орган, который является частью Центральной Нервной Системы (ЦНС). Он расположен в передней и верхней части черепной полости, а также присутствует во всех позвонках. В черепной коробке мозг плавает в прозрачной жидкости, называемой спинномозговой жидкостью, которая даёт ему как физическую защиту, так и иммунитет.

Мозг — это мышца? Мы часто слышим, что для того, чтобы не атрофироваться, мозг, как и мышцы, должен тренироваться. Несмотря на это, важно помнить, что он не является мышцей. Этот орган состоит не из миоцитов, а из миллионов нейронов, связанных между собой при помощи аксонов и дендритов. Каждый по отдельности и все вместе они регулируют функции нашего мозга и тела. Наше дыхание, питание и сон, способность рассуждать, влюбляться и спорить, - всё это контролируется им.

Зачем нужен мозг? Функции мозга

Как главный орган ЦНС, он контролирует и регулирует большинство функций человеческого организма. Начиная от жизненно важных, таких, как, например, дыхание или сердечные ритмы, сон, голод, жажда, до высших функций: рассуждение, память, внимание (Корбетта и Шульман, 2002), контроль эмоций и поведение.

Мозг регулирует все производимые нами во сне и наяву действия: когда мы дышим или глотаем, смотрим, слушаем, что-то трогаем или пробуем, читаем или пишем, поём или танцуем, думаем в тишине или говорим, любим или ненавидим, ходим или бегаем, планируем или действуем спонтанно, представляем или создаём, и т.д. Составим список основных функций мозга:

• Контроль жизненных функций: контроль температуры тела, артериального давления, частота сердечных сокращений, дыхание, сон, питание...
• Приём, обработка, интеграция и интерпретация всей полученной от органов чувств информации: зрение, слух, вкус, осязание и обоняние.
• Контроль движений и поз тела: ходьба, бег, речь, стояние на месте.
• Отвечает за наши эмоции и поведение.
• Позволяет нам думать, рассуждать, чувствовать, быть.
• Контролирует высшие когнитивные функции: память, обучаемость, восприятие, исполнительные функции…(Miller, 2000; Miller & Cohen, 2001).

"Люди должны знать, что из мозга, и только из мозга возникают наши радости, удовольствия, смех и шутки, точно так же как и наши горести, боль, печаль и слёзы. Благодаря мозгу мы приобретаем мудрость и знания, видим и слышим, отличаем уродливое от прекрасного, плохое от хорошего, вкусное от пресного... Из-за мозга мы сходим с ума и бредим, нас одолевает страх и ужас... Нам приходится всё это терпеть, когда мозг нездоров... В связи с чем я придерживаюсь мнения, что этот человеческий орган обладает огромной властью” Гиппократ (IV в. до н.э.) "О священной болезни".

Гиппократ догадался, что человеческий мозг является одним из самых сложных, загадочных и в то же время совершенных творений природы. В своё время Гиппократ и его современники даже не могли себе представить, как далеко мы продвинемся в изучении этого органа. Благодаря технологическим достижениям в нейровизуализации, медицине, биологии, психологии и нейронауках в целом мы смогли разгадать важнейшие тайны его анатомии и функций. Однако до сих пор существует множество секретов и вопросов, на которые пока нет ответа.

Отделы головного мозга

У всех позвоночных животных есть мозг, который состоит из следующих отделов:

• Большой или конечный мозг, состоящий из корковых и подкорковых структур. Корковые структуры или кора головного мозга подразделяются на несколько долей: фронтальную (А), теменную (В), поясную (С), затылочную (D), височную и островную (последние две скрыты на рисунке). Кроме того, эти доли разделены напополам, на два полушария, правое и левое. К подкорковым относят структуры, расположенные под корой головного мозга, такие как мозолистое тело (1), объединяющее оба полушария, таламус (2), базальные ганглии, миндалина, гиппокамп и сосцевидные тела (6). Мозг отвечает за интегрирование всей поступающей от органов чувств информации и за организацию ответа на неё. Контролирует эмоции, моторные и все высшие когнитивные функции: рассуждение, эмоциональное выражение, память (Сквайер, 1992), обучаемость...
• Мозжечок (10): это второй по величине отдел головного мозга, отвечающий главным образом за контроль движения и поз тела, но также и за ряд когнитивных функций.
• Гипоталамус (4) и Гипофиз (5), отвечающие за висцеральные функции, такие, как регулирование температуры тела и базовое поведение - питание, сексуальное желание, поиск удовольствий, агрессия...
• Шишковидная железа (11): отвечает (кроме прочих висцеральных функций) за высвобождение гормона мелотонина и регулирование циклов сна/бодрствования вместе со зрительным перекрестом (3).
• Ствол мозга: состоит из спинного мозга (9), продолговатого мозга (8), варолиевого моста (7) и среднего мозга. Ствол мозга контролирует автоматические функции, такие как артериальное давление или сердцебиение, лимбические реакции и такие висцеральные функции как пищеварение или мочеиспускание.

Характеристика человеческого мозга

Сколько весит человеческий мозг? Какого он размера? Сколько нейронов в мозге?

• Кора головного мозга людей является одной из самых сложных и развитых. Она не только крупнее, чем у животных, но и образует сложную структуру, формируя борозды и извилины, придающие ей характерный сморщенный вид.
• Человеческий мозг весит около 1,4-1,5 кг, а его объем достигает 1130 и 1260 кубических сантиметров у женщин и мужчин соответственно.
• Мозг (и спинной мозг) покрыты оболочками, называемыми мозговыми оболочками, защищающими мозг от ударов по черепу.
• Для большей защиты мозг "плавает" в спинномозговой жидкости.
• Считается, что мозг состоит из более чем 100 миллионов мозговых клеток, главным образом глиальных клеток и нейронов.

НЕЙРОНЫ Клетки, ответственные за получение, обработку и передачу информации, как на внутриклеточном, так и межклеточном уровне. Делают они это посредством электрохимических сигналов (нервных импульсов), называемых потенциалом действия нейрона. По своей структуре нейроны имеют те же цитоплазматические генетические элементы, что и другие клетки организма. Нейрон состоит из трёх частей:

• Тело или сома (6): это основная часть клетки, содержащая ядро (с ДНК), эндоплазматический ретикулум, рибосомы (производят белки) и митохондрии (генерируют энергию). В соме реализуются основные метаболические функции клетки. Если умирает сома, то клетка погибает.
• Аксоны (3): это выходящие из сомы и похожие на провода удлинённые отростки, на концах которых находятся терминали (2), являющиеся точками синаптического контакта (5), через которые передаётся нервный импульс (пресинаптический элемент). Длина аксонов может варьироваться в зависимости от нейрона: от очень коротких (до 1 мм) до очень длинных (более метра, характерных для периферических нервов, например, мотонейронов). Некоторые аксоны (особенно моторных и сенсорных нейронов) покрыты миелиновой оболочкой (4), которая упрощает передачу информации. Чем больше миелина содержит аксон, тем сильнее передаваемый нервный импульс. Больше всего миелина содержат периферические нейроны (сенсорные и моторные), по которым информация должна проделать наибольший путь.
• Дендриты (1): нервные окончания, выходящие из сомы клетки, которые разветвляются в форме дерева. Дендриты ответственны за приём информации (постсинаптический элемент) и делают возможной коммуникацию между двумя нейронами.

Также в мозге находятся серое вещество и белое вещество, они связаны с различными частями нейронов:

• Серое вещество мозга соответствует в основном сомам и дендритам нейронов.
• Белое вещество - это область, где доминируют аксоны нейронов. Имеет беловатый цвет из-за миелиновой оболочки нервных волокон.

ГЛИАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ:Это самый распространённый тип клеток ЦНС. Эти клетки обладают способностью деления в головном мозге взрослого человека (нейрогенез), что необходимо для его правильного функционирования. Эти клетки оказывают основную структурную поддержку нейронов; покрывают их аксоны миелиновой оболочкой с целью улучшения синаптической трансмиссии (шванновские клетки); играют важную роль в клеточном питании; участвуют в регенерации и восстановлении нервных клеток, иммунных механизмах, поддержании гематоэнцефалического барьера и т.д. Существуют различные типы глиальных клеток: астроциты, олигодендроциты и микроглиальные клетки. В периферической нервной системе это шванновские клетки, клетки-сателлиты, макрофаги.

Как работает головной мозг?

Головной мозг работает путём передачи информации между нейронами (и другими рецепторными или эффекторными клетками) посредством электрохимических импульсов. Эта передача информации происходит во время синапса. При синапсе нейроны и клетки контактируют между собой, посредством химических разрядов и электрических импульсов обмениваясь нейротрансмиттерами, активирующими или тормозящими действия другой клетки. Терминали аксона являются пресинаптическими элементами нейронной коммуникации, через которые нейрон устанавливает связи с дендритами, сомой и даже другими аксонами.

Передача информации между нейронами длится миллисекунды. Одновременно и скоординированно происходят сотни соединений, которые позволяют нам адекватно воспринимать информацию, понимать её и отвечать окружающему миру.

Развитие человеческого мозга

Как развивается мозг? Его развитие начинается в эмбрионном периоде и заканчивается в юношеском возрасте. Спустя лишь 4 недели после зачатия начинает образовываться нервная трубка, из которой в дальнейшем сформируется нервная система в целом, спинной и головной мозг. Именно тогда начинаются процесс клеточной пролиферации, миграции и дифференциации, в результате которых сформируется этот орган нашего организма. Нейроны производятся в нервной трубке и затем покидают её, чтобы стать частью важнейших отделов мозга, затем дифференциируются и специализируются в зависимости от функций, которые они будут выполнять.

Подсчитано, что в дородовый период вырабатывается более 250000 клеток головного мозга за минуту. На самом деле, при рождении у младенца уже имеются все необходимые нервные клетки, однако эти клетки ещё не связаны между собой. В течение первых двух лет эти связи начинают формироваться генетически, при этом в основном за счет взаимодействия с окружающей средой и в зависимости от полученных стимулов. Процессы миелинизации (процесс, при котором нервные волокна покрываются изоляционным слоем жира, упрощающим передачу информации) способствуют тому, что это происходит быстрее.

От 0 до 12 месяцев: у младенцев еще не развит спинной мозг и ствол головного мозга, поэтому они реагируют только на рефлекторные стимулы и выполняют только базовые функции выживания такие, как сон, питание или плач. В процессе взаимодействия с окружающей средой они устанавливают новые связи и быстро учатся смотреть в нужном направлении, повторять согласные звуки, понимать речь...

До 3-х лет мозг уже достигает 80% объема мозга взрослого человека, кроме того, лимбическая система и кора головного мозга уже достаточно развиты. Это позволяет детям распознавать и выражать эмоции, играть, начать считать и разговаривать. Поэтому считается, что до этого возраста мозг обладает максимальной пластичностью - до такой степени, что даже если одна из его областей будет повреждена, другая, возможно, примет на себя её функции (хотя она пока еще может не специализироваться в этом).

Мозг не прекращает развиваться даже по прошествии юности: дольше всего созревают лобные части мозга, отвечающие за поведение, мышление, решение проблем и т.д.

Однако, даже если созревание мозга заканчиватся в юности, продолжают происходить процессы нейрогенеза (создание новых нейронов), и могут устанавливаться новые связи с помощью тренировки и усиления нейронных соединений. Это является основой нейронной пластичности.

Возможно ли тренировать и улучшить способности мозга? Как вам в этом может помочь CogniFit

Благодаря нейронной пластичности, а также способности устанавливать новые нейронные связи и усиливать старые, мы можем улучшить наши когнитивные навыки.

Ссылки

Corbetta, M. y Shulman, G. L. (2002). Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci, 3 (3), 201-215.

Miller, E. K. (2000). The prefrontal cortex and cognitive control. Nat Rev Neurosci, 1 (1), 59-65.

Miller, E. K. y Cohen, J. D. (2001). An integrative theory of prefrontal cortex function. Annu Rev Neurosci, 24, 167-202.

Squire, L.R. (1992) Memory and the hippocampus: a synthesis from findings with rats, monkeys and humans. Psychol Rev, 99, pp.195-231.