Структура и функции головного мозга

На латинском языке головной мозг обозначается словом «cerebrит», а на древнегреческом – «encephalon». Головной мозг расположен в полости черепа и имеет форму, в общих чертах соответствующую внутренним очертаниям черепной полости.

В головном мозге различают три крупные части: полушария большого мозга, или гемисферы, мозжечок и ствол мозга.

Наибольшую часть всего головного мозга занимают большие полушария, за ним по величине следует мозжечок, остальную часть составляет ствол мозга. Оба полушария, левое и правое, разделяются друг от друга щелью. В ее глубине полушария связаны между собой большой спайкой – мозолистым телом. Имеются также и две не столь массивные спайки, в том числе так называемая передняя комиссура.

Со стороны нижней поверхности мозга видна не только нижняя сторона полушарий большого мозга и мозжечка, но и вся нижняя поверхность мозгового ствола, а также отходящие от мозга черепно-мозговые нервы. Сбоку видна преимущественно кора больших полушарий.

Жизненно важные процессы останавливаются, если разрушается какой-либо жизненно важный центр мозга: сердечно-сосудистый или дыхательный. Если сравнивать иерархически эти центры с соответствующими им выше - и нижестоящими (в спинном мозге), то их можно назвать главными организаторами кровообращения и дыхания. Спинной мозг, т. е. его мотонейроны, идущие непосредственно к мышцам, является исполнителем. А в роли инициатора и модулятора – гипоталамус (промежуточный мозг) и кора мозга (конечный мозг).

В продолговатом мозге находится сердечно-сосудистый центр. Сердечно-сосудистому относятся ядра блуждающего нерва, оказывающие парасимпатические эффекты на сердце, и так называемый сосудодвигательный центр, который оказывает симпатические эффекты на сердце и кровеносные сосуды. В сосудодвигательном центре выделяются две зоны: прессорная (сужает сосуды) и депрессорная (расширяет сосуды), состоящие в реципрокных отношениях. Прессорная зона «включается» от хеморецепторов (реагируют на состав крови) и экстерорецепторов, а депрессорная зона – от барорецепторов (реагируют на давление, испытываемое стенками сосудов). Иерархически высшим центром парасимпатической и симпатической иннервации является гипоталамус. От него зависит, какие эффекты в сердечно-сосудистой системе будут происходить. Гипоталамус это определяет в соответствии с актуальной потребностью целого организма в данную минуту.

Дыхательный центр частично расположен в мосте заднего мозга и частично в продолговатом мозге. Можно сказать, что имеется отдельный центр вдоха (в мосте) и центр выдоха (в продолговатом мозге). Эти центры находятся в реципрокных отношениях. Вдох совершается при сокращении наружных межреберных мышц, а выдох – при сокращении внутренних межреберных мышц. Команды к мышцам поступают от двигательных нейронов спинного мозга. К спинному мозгу команды поступают от центров вдоха и выдоха. Центру вдоха присуща постоянная импульсная активность. Но ее прерывает информация, идущая от рецепторов растяжения, которые находятся в стенках легких. Расширение легких от вдоха инициирует выдох. Частоту дыхания может модулировать блуждающий нерв и вышестоящие центры: гипоталамус и кора мозга. Например, при говорении мы можем сознательно регулировать длительность вдоха и выдоха, поскольку вынуждены произносить разные по длительности звуки.

Кроме того, в продолговатом мозге находятся ядра нескольких черепно-мозговых нервов. Всего у человека 12 пар черепно-мозговых нервов, из которых четыре пары находятся в продолговатом мозге. Это подъязычный нерв (ХII), дополнительный (XI), блуждающий (Х) и языкоглоточный (IX) нерв. Благодаря ядрам языкоглоточного нерва происходят движения мышц глотки, а значит, реализуются несколько рефлексов, имеющих для организма важное значение: кашель, чихание, глотание, рвота, а также происходит фонация – произнесение речевых звуков. В связи с этим считается, что в продолговатом мозге находятся соответствующие центры: чихательный, кашлевый, рвотный.

Кроме этого, в продолговатом мозге находятся вестибулярные ядра, регулирующие функцию равновесия.

К заднему мозгу относятся Варолиев мост и мозжечок. Полостью заднего мозга является четвертый мозговой желудочек (как продолжающийся и расширяющийся спинно-мозговой канал). Варолиев мост образован мощными проводящими путями. Мозжечок – это двигательный центр, имеющий многочисленные связи с другими частями мозга. Связующие волокна собраны в пучки и образуют три пары ножек. Нижние ножки обеспечивают связь с продолговатым мозгом, средние - связь с мостом, а через него – с корой, а верхние – со средним мозгом.

Мозжечок составляет лишь 10 % массы головного мозга, но включает в себя более половины всех нейронов ЦНС. Двигательные функции мозжечка заключаются в регуляции тонуса мышц, позы тела и равновесия. За это отвечает древний мозжечок. Мозжечок координирует позу и целенаправленные движения. За это отвечают старый и новый мозжечок. Мозжечок участвует также в программировании различных целенаправленных движений, к которым относятся баллистические движения, спортивные движения, например бросок мяча, игра на музыкальных инструментах, «слепой» метод печатания и др. Изучается предположение об участии мозжечка в процессах мышления: обсуждается наличие общих нейронных систем для управления движением и мышлением.

На дне мозгового желудочка, который имеет ромбовидную форму (его называют также, ромбовидной ямкой), расположены ядра вестибуло-кохлеарного (VIII), лицевого (VII), отводящего (VI) и частично тройничного (V) черепно-мозговых нервов.

Средний мозг является весьма постоянным, малоизменчивым в эволюционном отношении отделом головного мозга. Его ядерные структуры связаны с регуляцией постуральных движений (красное ядро), с участием в деятельности экстрапирамидной двигательной системы (черная субстанция и красное ядро), с ориентировочными реакциями на зрительные и звуковые сигналы (четверохолмие). Верхнее двухолмие является первичным зрительным центром, а нижнее – первичным слуховым центром.

Сквозь средний мозг проходит так называемый Сильвиев водопровод, соединяющий 4-й и 3-й мозговые желудочки между собой. Здесь же находятся ядра 3-го (глазодвигательного), 4-го (блокового) и одного из ядер 5-го (тройничного) черепно-мозговых нервов. 3-й и 4-й черепно-мозговые нервы регулируют движения глаз. Учитывая, что здесь же находится верхнее двухолмие, получающее информацию от рецепторов зрения, средний мозг можно считать местом сосредоточения зрительно-глазодвигательных функций.

Промежуточный мозг представлен одним образованием – таламусом. Таламус имеет округлую яйцевидную форму. Историческое название таламуса – зрительный бугор, или чувствительный бугор. Такое название он получил из-за своей основной функции, которую удалось установить очень давно. Таламус является коллектором всей сенсорной информации. Это значит, что в него приходит информация от всех видов рецепторов, от всех органов чувств (зрение, слух, вкус, обоняние, осязание), проприорецепторы, интерорецепторы, вестибулорецепторы.

Вместо названия «промежуточный мозг» часто используют название «таламус». Таламус занимает центральную часть промежуточного мозга. Он образует дно и стенки 3-го мозгового желудочка. Анатомически у таламуca имеются придатки: верхний придаток (эпиталамус), нижний придаток (гипоталамус), задняя часть (метаталамус), и зрительный перекрест. или зрительная хиазма.

Эпиталамус состоит из нескольких образований. Самое крупное – это эпифиз, или шишковидное тело (шишковидная железа). Это эндокринная железа, секретирующая мелатонин. В эпифизе обнаружены также норадреналин, гистамин и серотонин. Доказано участие этих веществ в регуляции циркадных ритмов (суточных ритмов активности, связанных с освещенностью).

Метаталамус состоит из латеральных коленчатых тел (вторичные зрительные центры) и медиальных коленчатых тел (вторичный слуховой центр).

Гипоталамус является одновременно высшим центром вегетативной нервной системы, «химическим анализатором» состава крови и спинно-мозговой жидкости и железой внутренней секреции. Он является частью лимбической системы мозга. Частью гипоталамуса является гипофиз – образование величиной с горошину. Гипофиз - важная эндокринная железа: его гормоны регулируют деятельность всех других желез.

Благодаря тому, что в гипоталамусе имеются свои собственные различные осмо - и хеморецепторы, он может определять достаточность концентрации различных веществ в жидких средах организма, проходящих через ткань гипоталамуса – крови и спинно-мозговой жидкости. В соответствии с результатом анализа он может усиливать или ослаблять различные обменные процессы как путем посылки нервных импульсов ко всем вегетативным центрам, так и путем выделения биологически активных веществ – либеринов и статинов. Так, гипоталамус является высшим регулятором пищевого, полового, агрессивно-оборонительного поведения, то есть основных биологических мотиваций.

Поскольку гипоталамус является составной частью лимбической системы, то он является и центром интеграции соматических (связанных с двигательными реакциями в соответствии с данными органов чувств) и вегетативных функций, а именно: он обеспечивает соматические функции в соответствии с потребностями всего организма. Например, если для организма в данный момент биологически важной задачей является оборонительное поведение, которое, в первую очередь, зависит от эффективной работы скелетных мышц и органов чувств (видеть, слышать, двигаться). Но эффективная работа мышц в свою очередь зависит не только от скорости нервных импульсов, но и от обеспечения мышц и нервов энергетическими ресурсами и кислородом и т. д. Поэтому можно сказать, что гипоталамус осуществляет «внутреннюю» поддержку «внешнего» поведения.

Ядра таламуса делят функционально на три группы: релейные (переключательные), ассоциативные (интегративные) и неспецифические (модулирующие).

Переключательные ядра – это промежуточное звено в длинных проводящих путях (афферентные пути), идущих от всех рецепторов туловища, конечностей и головы. Дальше эти афферентные сигналы передаются в соответствующие анализаторные зоны коры больших полушарий. Именно эта часть таламуса и является «чувствительным бугром». Сюда функционально относятся и латеральное, и медиальное коленчатые тела, так как от них информация переключается соответственно на затылочную и на височную кору.

Ассоциативные ядра таламуса связывают между собой разные ядра внутри самого таламуса, а также сам таламус – с ассоциативными зонами коры мозга. Благодаря этим связям, например, возможно формирование «схемы тела», протекание различного вида гностических (познавательных) процессов, когда связываются воедино слово и зрительный образ.

Неспецифические ядра таламуса образуют самую эволюционно древнюю часть таламуса. Это ядра ретикулярной формации. К ним поступает сенсорная информация от всех восходящих проводящих путей и от двигательных центров среднего мозга. Клетки ретикулярной формации не способны различить, какой именно модальности сигнал поступает. Но именно таким образом она приходит в состояние возбуждения, как бы «заражается» энергией и в свою очередь оказывает модулирующее влияние на кору мозга, а именно, активирующее внимание. Поэтому ее называют ретикулярной активирующей системой мозга.

В промежуточном мозге проходит зрительный нерв, или 2-й черепно-мозговой нерв, начинающийся от рецепторов сетчатки глаза. Здесь же, на «территории» промежуточного мозга, зрительный нерв делает частичный перекрест и дальше продолжается как зрительный тракт, ведущий к первичному и вторичному зрительному центрам, и далее – к зрительной коре мозга.