Передний мозг как топ-менеджер высших психологических функций

Общие сведения

Образован из переднего конца первичной нервной трубки. В эмбриогенезе делится на 2 части, одна из которых порождает конечный мозг, вторая – промежуточный.
Согласно модели Александра Лурии, состоит из 3-х блоков:

1. Блок регуляции уровни активности мозга. Обеспечивает осуществление определённых видов деятельности. Отвечает за эмоциональное подкрепление активности на основе прогнозирования ее результатов (успех – неудача).
2. Блок приёма, переработки и хранения входящей информации. Участвует в формировании представления о способах реализации деятельности.
3. Блок программирования, регуляции и контроля за организацией психической деятельности. Сравнивает полученный результат с исходным намерением.

Передний мозг принимает участие в работе всех блоков. На основе обработки информации он управляет поведением. Администратор высших психологических функций: восприятия, памяти, воображения, мышления, речи.

Анатомия

Строение живой особи описать непросто. Тем более такой его составляющей, как мозг. Эта существующая в каждом вселенная продолжает скрывать свои тайны. Но это не значит, что в них не стоит разбираться.

Развитие

Передний мозг формируется на 3-4 неделе пренатального развития. К концу 4 недели эмбриогенеза из переднего мозгового пузыря образуются конечный и промежуточный мозг, полость третьего желудочка.

Промежуточный мозг

Состоит из таламической и гипоталамической областей, которые располагаются по бокам третьего желудочка между полушариями и средним мозгом.

Таламическая область объединяет:

• таламус – яйцевидное образование, расположенное глубоко под корой больших полушарий. Древнейшее, самое крупное (3-4 см) образование промежуточного мозга;
• эпиталамус разместился над таламусом. Знаменит тем, что в нем расположен эпифиз. Раньше полагали, что здесь живёт душа. Йоги связывают эпифиз с седьмой чакрой. Разбудив орган, можно открыть «третий глаз», став ясновидящим. Железа малюсенькая, всего 0,2 г. Но польза для организма огромная, хотя ранее считалась рудиментом;
• субталамус – образование, расположенное ниже таламуса;
• метаталамус – тела, расположенные в задней части таламуса (ранее считались отдельной структурой). Вместе со средним мозгом определяют работу зрительного и слухового анализаторов;

Гипоталамическая область включает:

• гипоталамус. Расположен под таламусом. Весит 3-5 г. Состоит из специализированных групп нейронов. Связан со всеми отделами. Управляет гипофизом;
• заднюю долю гипофиза – центрального органа эндокринной системы массой 0,5 г. Расположен в основании черепа. Задняя доля вместе с гипоталамусом образуют гипоталамо-гипофизарный комплекс, управляющий деятельностью эндокринных желёз.

Конечный мозг

Объединяет:

• покрытые корой полушария. Кора появилась на поздних этапах развития животного мира. Занимает половину объёма полушарий. Поверхность ее может превышать 2000 см2;
• мозолистое тело – нервный тракт, соединяющий полушария;
• полосатое тело. Расположено сбоку от таламуса. На срезе имеет вид повторяющихся полос белого и серого вещества. Содействует регуляции движений, мотивации поведения;
• обонятельный мозг. Объединяет структуры, различные по назначению, возникновению. Среди них центральный отдел обонятельного анализатора;

Эволюционное развитие

В современном школьном курсе биологии рассматриваются темы от простых к сложным. Сначала речь идет о клетках, о простейших, бактериях, растениях, грибах. Позднее происходит переход к животным и человеку. В какой-то степени это отображает предположительный ход эволюции. Рассматривая строение, например, червей, легко заметить, что оно гораздо проще, чем у человека или высших животных. Но у этих организмов есть кое-что важное — нервный узел, выполняющий функции мозга.

Нервная система вообще крайне сложна. В нее входит не только головной и спинной мозг, но и многочисленные отростки, состоящие из специальных клеток, а также все органы чувств. Благодаря этой системе человеческая жизнь возможна в том виде, как она существует. И, разумеется, главным органом в ней все-таки является мозг, который даже сам по себе имеет достаточно сложную структуру.

Анатомические особенности

Промежуточный

Таламус похож на яйцо серо-коричневого цвета. Структурная единица – ядра, которые классифицируются по функциональному и композиционному признакам.

Эпиталамус состоит из нескольких единиц, самая известная из которых — серовато-красноватого цвета эпифиз.

Субталамус – небольшая область из ядер серого вещества, соединённых с белым.

Гипоталамус состоит из ядер. Их около 30. Большинство парные. Классифицируются по месторасположению.

Задняя доля гипофиза. Гипофиз – образование округлой формы, месторасположение — гипофизарная ямка турецкого седла.

Конечный

Объединяет полушария, мозолистое и полосатое тела. Наибольший по объёму отдел.

Полушария покрыты серым веществом толщиной 1-5 мм. Масса полушарий составляет около 4/5 массы головного мозга. Извилины и борозды значительно увеличивает площадь коры, содержащей миллиарды нейронов и нервных волокон, выстроенных по определённому порядку. Под серым веществом лежит белое — отростки нервных клеток. Около 90% коры имеет типичное шестислойное строение, где нейроны связаны через синапсы друг с другом.

С точки зрения филогенеза кору полушарий делят на 4 типа: древняя, старая, промежуточная, новая. Основную часть коры у человека составляет неокортекс.

Мозолистое тело по форме напоминает широкую полосу. Состоит из 200—250 миллионов нервных волокон. Самая большая конструкция, соединяющая полушария.

PsyAndNeuro.ru

По результатам исследования более чем 2000 снимков головного мозга были получены данные, говорящие о наличии высоковоспроизводимых половых различий в объеме его некоторых отделов. Оказалось, что паттерн половых различий в объеме мозга согласуется с паттернами экспрессии генов на половых хромосомах, которые были получены по результатам посмертных исследований коры мозга. Таким образом, можно предположить, что половые хромосомы играют определенную роль в формировании половых различий в анатомии головного мозга или в сохранении этих различий. Результаты исследования, проводившегося в Национальном институте психического здоровья (National Institute of Mental Health – NIMH) опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Авторы исследования считают, что пополнение знаний о половых различиях в строении головного мозга имеет большое значение для понимания значения уже установленных половых различий в когнитивной деятельности, поведении и рисках психических заболеваний. “Нас вдохновили полученные на животных новые данные о половых различиях, и нам хотелось попытаться преодолеть существующий разрыв между между данными, полученными на животных и нашими моделями половых различий человеческого головного мозга”, – говорит один из авторов, Armin Raznahan, M.D., Ph.D.

Уже давно известно о существующих устойчивых половых различиях подкорковых структур головного мозга у мышей. В некоторых исследованиях эти анатомические различия объяснялись преимущественно влиянием половых гормонов и основной акцент делался на гонадоцентричное объяснение половых различий, возникающих в ходе развития головного мозга. Однако в последних исследованиях на мышах были найдены устойчивые половые различия и в корковых структурах, а данные по экспрессии генов позволяют предположить, что определенную роль в формировании этих анатомических половых различий играют половые хромосомы. Но хотя мозг мыши во многом похож на мозг человека, оставалось неясным, насколько полученные данные применимы к людям.

Чтобы исследовать нейробиологические основы половых различий в человеческом мозге, Raznahan, Siyuan Liu, Ph.D. и соавторы впервые проанализировали данные нейровизуализации, собранные в рамках проекта Human Connectome Project (HCP). После обработки данных, полученных от 976 здоровых взрослых людей в возрасте от 22 до 35 лет, были выявлены устойчивые половые различия в объеме определенных корковых структур. В среднем у женщин был относительно больший объем коры в медиальной и латеральной префронтальной зоне, орбитофронтальной зоне, верхней височной зоне и латеральной теменной зоне. У мужчин в среднем относительно больший объем коры оказался в вентральных височных областях и затылочных областях, включая полюс височной доли, веретенообразную извилину и первичную зрительную кору.

Затем Liu et al. применили два взаимодополняющих подхода с целью проверить воспроизводимость результатов. Сперва исследователи провели 1000 сравнений, случайным образом разбив базу данных HCP на две половины и сравнив результаты в обеих половинах. Результаты этих сравнений подтвердили, что паттерн половых различий в объеме коры является стабильным. На втором этапе исследователи дали количественную оценку воспроизводимости данных HCP с использованием независимой базы нейровизуализационных данных из UK Biobank. Хотя эти две базы данных значительно различались как по демографическим характеристикам, так по методологическим подходам, исследователи обнаружили, что общий паттерн половых различий в объеме коры в этих двух базах данных во многом согласуется.

Затем Liu et al. сопоставили полученные анатомические данные с общедоступными картами экспрессии генов в головном мозге, которые были составлены на основании 1317 посмертно взятых образцов тканей от 6 человек. Оказалось, что пространственное распределение половых различий в объеме коры во многом совпадает с пространственным распределением экспрессии генов половых хромосом в коре. В частности, области коры с относительно высокой экспрессией генов половых хромосом в целом отличаются у мужчин большей толщиной, чем у женщин.

Это соответствие с корковой экспрессией генов половых хромосом также согласуется с ранее полученными данными исследований на мышах, и позволяет предположить, что половые различия в анатомии головного мозга могут хотя бы частично быть обусловлены генетическими механизмами, сохранившимися в ходе эволюции млекопитающих. Также можно предполагать, что половые различия в толщине коры могут быть обусловлены генами, расположенными на X и Y половых хромосомах.

“Мужчины и женщины отличаются по многим генетическим факторам и факторам окружающей среды, которые потенциально могут оказывать влияние на развитие головного мозга. Поскольку эксперименты на человеке сопряжены с определенными трудностями, для определения возможных генетических факторов или факторов окружающей среды, влияющих на половые различия мозга, мы часто полагаемся на данные наблюдения, – говорит Raznahan. – То, что мы получили высокий уровень воспроизводимости анатомических половых различий в разных группах мужчин и женщин, и увидели связь между этими различиями и экспрессией генов половых хромосом, позволяет нам предположить, что эти различия скорее всего не являются обусловленными преимущественно окружающей средой”.

Исследователи также сравнили анатомические результаты с данными, полученными из более чем 11000 функциональных нейровизуализационных исследований. Выяснилось, что те области головного мозга, где по данным базы HCP отмечаются половые различия, и области мозга, отвечающие за обработку лица по данным функциональных нейровизуализационных исследований, во многом пространственно пересекаются.

Взятые вместе, эти результаты проливают свет на механизмы, которые могут влиять на половые различия в анатомии головного мозга и указывать на генетические факторы, возможно, влияющие на половые различия в поведении и распространенности болезней мозга. Используя данные о полученной корреляции в качестве дорожной карты, в будущих исследованиях станет возможным более эффективно исследовать причины и последствия половых различий человеческого мозга.

Автор перевода: Лафи Н.М.

Источник: Integrative structural, functional and transcriptomic analyses of sex-biased brain organization in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences

(2020). DOI: 10.1073/pnase.1919091117

Функции

Миссия – организация психической деятельности.

Промежуточный

Участвует в координации работы органов, регулировании движения тела, поддержании температуры, метаболизма, эмоционального фона.

Таламус. Главная задача – сортировка информации. Работает как реле – обрабатывает и направляет в мозг данные, поступающие от рецепторов и проводящих путей. Таламус влияет на уровень сознания, внимания, сон, бодрствование. Поддерживает функционирование речи.

Эпиталамус. Взаимодействие с другими структурами происходит посредством мелатонина – гормона, вырабатываемого эпифизом в тёмное время суток (поэтому не рекомендуется спать при свете). Производное серотонина – «гормона счастья». Мелатонин – участник регуляции суточных ритмов, являясь природным снотворным, влияет на память и когнитивные процессы. Воздействует на локализацию кожных пигментов (не путать с меланином), половое созревание, подавляет рост ряда клеток, включая раковые. Через связи с базальными ядрами эпиталамус участвует в оптимизации двигательной активности, через связи с лимбической системой – в регуляции эмоций.

Субталамус. Контролирует мышечные ответы организма.

Гипоталамус. Образует с гипофизом функциональный комплекс, руководит его работой. Комплекс управляет эндокринной системой. Вырабатываемые ее гормоны помогают справляться с дистрессом, поддерживают гомеостаз.

В гипоталамусе расположены центры жажды и голода. Отдел координирует эмоции, поведение человека, сон, бодрствование, терморегуляцию. Здесь найдены сходные по действию с опиатами эндорфины, которые помогают перенести боль.

Конечный мозг

Полушарии

Действуют совместно с подкорковыми структурами и мозговым стволом. Основное предназначение:

1. Организация взаимодействия организма с окружающей средой через его поведение.
2. Консолидация организма.

Мозолистое тело

На мозолистое тело обратили внимание после операций по его рассечению при лечении эпилепсии. Операции избавляли от припадков, при этом изменяя личность человека. Было выявлено, что полушарии приспособлены работать независимо. Однако для координации деятельности необходим обмен информацией между ними. Мозолистое тело – основной передатчик информации.

Полосатое тело

1. Снижает мышечный тонус.
2. Вносит вклад в координацию функционирования внутренних органов и поведение.
3. Участвует в становлении условных рефлексов.

Обонятельный мозг объединяет центры, контролирующие обоняние.

Кора больших полушарий

Руководитель психических процессов. Управляет чувствительными и двигательными функциями. Состоит из 4-х слоев.

Древний слой отвечает за элементарные ответы (например, агрессию), характерные человеку и животным.

Старый слой участвует в формировании привязанности, заложении основ альтруизма. Благодаря слою мы веселимся или гневаемся.

Промежуточный слой — образование переходного типа, так как модификация старых образований в новые осуществляется постепенно. Обеспечивает активность новой и старой коры.

Новая кора концентрирует информацию от подкорковых структур и ствола. Благодаря ей живые существа мыслят, разговаривают, помнят, творят.

5 церебральных долей

Затылочная доля – центральный отдел зрительного анализатора. Обеспечивает распознавание зрительных образов.

Теменная доля:

• управляет движениями;
• ориентирует во времени и пространстве;
• обеспечивает восприятие информации от кожных рецепторов.

Благодаря височной доле живые существа воспринимают многообразие звуков.

Лобная доля регулирует произвольные процессы, движения, моторную речь, абстрактное мышление, письмо, самокритику, координирует работу других областей коры.

Островковая доля отвечает за становление сознания, формирование эмоционального отклика и поддержку гомеостаза.

Функции и строение промежуточного мозга

Даже зная, какие отделы головного мозга за что отвечают, невозможно понять работу организма без определения функции промежуточного мозга. Эта часть мозга включает:

• таламус;
• гипоталамус;
• гипофиз;
• эпиталамус.

Промежуточный мозг отвечает за регулирование обмена веществ и поддержание нормальных условий для функционирования организма.

Таламус обрабатывает тактильные ощущения, зрительные. Определяет вибрацию, реагирует на звук. Отвечает за смену сна и бодрствования.

Гипоталамус контролирует сердечный ритм, терморегуляцию тела, давление, эндокринную систему и эмоциональное настроение, вырабатывает гормоны, которые помогают организму в стрессовой ситуации, отвечает за чувство голода, жажды и сексуального удовлетворения.

Гипофиз отвечает за половые гормоны, созревание и развитие.

Эпиталамус контролирует биологические ритмы, выделяет гормоны для сна и бодрствования, реагирует на свет при закрытых глазах и выделяет гормоны для пробуждения, отвечает за метаболизм.