Человеческий мозг — сложный орган, который действует как центр управления всем организмом. Они контролируют все: от основных физиологических процессов до сложных когнитивных функций, таких как мышление, память и эмоции. Понимание анатомии и функций мозга является важнейшим шагом на пути к раскрытию тайн человеческого поведения и неврологических расстройств. В этой статье рассматриваются основные структуры мозга — кора, гиппокамп, миндалевидное тело и другие — и изучается, как нейроны и нейронные сети способствуют общению и формированию сложных сетей.
Основные структуры мозга
Мозг состоит из множества специализированных областей, каждая из которых отвечает за определенные функции. К наиболее важным относятся кора головного мозга, гиппокамп, миндалевидное тело, таламус, гипоталамус, мозжечок и спинной мозг. Эти структуры работают согласованно, обрабатывая информацию, регулируя функции организма и реагируя на раздражители окружающей среды.
Лаять
Структура и подразделения
Кора головного мозга — это наружный слой мозга, характеризующийся складчатой поверхностью, которая увеличивает площадь поверхности без увеличения объема. Он разделен на две половины (левую и правую), каждая из которых отвечает за управление противоположной стороной тела. Кора головного мозга далее делится на четыре свода:
- Фронтальная Кальвина: Расположен в передней части, отвечает за мышление, планирование, решение проблем, движение (через двигательную кору) и части речи.
- Теменная доля: Расположен за лобной долей, обрабатывает сенсорную информацию, такую как прикосновение, температура и боль.
- Временный кальвинизм: Расположен под лобной и теменной долями, участвует в восприятии и распознавании звуковых стимулов, памяти и речи.
- Затылочная доля: Расположен сзади, его основная функция — обработка изображений.
Функции
Кора головного мозга необходима для высших функций мозга:
- Чувственное восприятие: Интерпретирует информацию, поступающую от органов чувств.
- Управление двигателем: Инициирует произвольные движения мышц.
- Познание: Позволяет вам думать, рассуждать логически и решать проблемы.
- Язык: Участвует в понимании и воспроизведении языка.
- Сознание: Важно для осознания и восприятия.
Повреждение определенных участков коры головного мозга может привести к потере функций, например, к афазии (нарушению речи) или параличу.
Гиппокамп
Структура
Гиппокамп — небольшое изогнутое образование в средней височной ножке, напоминающее морского конька, отсюда и его название, которое происходит от греческих слов «hippo» (лошадь) и «kampos» (морское чудовище).
Функции
- Формирование памяти: Необходим для преобразования кратковременной памяти в долговременную.
- Пространственная навигация: Помогает ориентироваться и понимать пространственные отношения.
- Регулирование эмоций: взаимодействует с миндалевидным телом для обработки эмоциональных воспоминаний.
Гиппокамп особенно уязвим к воздействию стресса и является одним из первых участков мозга, поражаемых болезнью Альцгеймера, что приводит к потере памяти.
Миндалевидное тело
Структура
Миндалевидное тело, расположенное глубоко в височных долях, представляет собой группу миндалевидных ядер.
Функции
- Обработка эмоций: важен для обработки таких эмоций, как страх, удовольствие и гнев.
- Реакция «бей или беги»: Активирует физиологические реакции на угрозы.
- Консолидация памяти: Улучшает сохранение памяти во время эмоциональных событий.
Повышенная активность миндалевидного тела связана с тревожными расстройствами, а его повреждение может нарушить эмоциональное распознавание и реакции.
Другие важные сооружения
Таламус
- Передача инфекции: Передает сенсорные и двигательные сигналы в кору головного мозга.
- Сознание и сон: Регулирует сон и бодрствование.
Гипоталамус
- Гомеостаз: Поддерживает внутренний баланс, регулируя голод, жажду, температуру и циркадные ритмы.
- Контроль эндокринной системы: Связывает нервную систему с эндокринной системой через гипофиз.
Мозжечок
- Управление двигателем: Координирует произвольные движения, равновесие и позу.
- Обучение: Участвует в обучении двигательным навыкам и совершенствовании движений.
Мозговой позвоночник
- Основные жизненно важные функции: Управляет автоматическими функциями, такими как дыхание, частота сердечных сокращений и артериальное давление.
- Дорога: Соединяет головной мозг со спинным мозгом, облегчая связь между мозгом и телом.
Нейроны и нейронные сети
На микроскопическом уровне функциональность мозга зависит от нейронов — специализированных клеток, которые передают информацию посредством электрических и химических сигналов. Человеческий мозг содержит около 86 миллиардов нейронов, образующих сложные сети, которые поддерживают всю нейронную активность.
Нейроны: основные строительные блоки
Структура нейрона
Нейроны состоят из трех основных частей:
- Тело клетки (сома): Содержит ядро и поддерживает здоровье клетки.
- Дендраты: Разветвленные структуры, которые получают сигналы от других нейронов.
- Аксон: Длинный тонкий вырост, передающий сигналы другим нейронам или мышцам.
На конце аксона находятся аксональные терминали, которые выделяют нейромедиаторы для связи с соседними нейронами.
Типы нейронов
- Сенсорные нейроны: Переносит информацию от сенсорных рецепторов в центральную нервную систему.
- Двигательные нейроны: передает сигналы от центральной нервной системы к мышцам или железам.
- Интернейроны: Соединяет нейроны головного и спинного мозга, облегчая внутреннюю коммуникацию.
Нейронная коммуникация
Электрическая сигнализация
Нейроны взаимодействуют посредством потенциалов действия, которые представляют собой быстрые изменения электрического потенциала на мембране нейрона. При стимуляции нейрона выше порогового значения генерируется потенциал действия, который распространяется по аксону.
Химическая сигнализация
В синапсе — месте соединения нейронов — электрический сигнал запускает высвобождение нейромедиаторов из пузырьков в окончание аксона. Эти химические вещества пересекают синаптическую щель и связываются с рецепторами на дендритах другого нейрона, влияя на его способность генерировать потенциал действия.
Нейротрансмиттеры
Распространенными нейротрансмиттерами являются:
- Глутамат: Основной возбуждающий нейромедиатор, участвующий в обучении и памяти.
- ГАМК: Основной тормозной нейромедиатор, снижает возбудимость нейронов.
- Дофамин: Связан с вознаграждением, мотивацией и контролем движений.
- серотонин: Регулирует настроение, аппетит и сон.
Нейронные сети: сложные связи
Нетворкинг
Нейроны соединяются в сети через синапсы, создавая пути, которые обрабатывают и передают информацию. Пластичность мозга позволяет этим сетям со временем меняться, усиливая или ослабляя связи на основе опыта. Этот процесс называется синаптической пластичностью.
Теория Хебба
Теория Хебба, которую часто описывают как «клетки, которые активируются одновременно, активируются одновременно», объясняет, как одновременная активация нейронов укрепляет их связи, улучшая обучение и формирование памяти.
Нейронные цепи
Взаимосвязанные нейроны образуют цепи, которые выполняют определенные функции. Например:
- Рефлекторные дуги: Простые схемы, которые позволяют нам быстро реагировать на раздражители без сознательного мышления.
- Сенсорные пути: Передает сенсорную информацию в мозг для обработки.
- Автомагистрали: Передает команды от мозга к мышцам.
Формирование сложных сетей
Связи мозга
Мозговые связи делятся на:
- Структурное соединение: Физические связи между нейронами (синапсы и нейронные пути).
- Функциональное соединение: Статистические зависимости между нейронной активностью в различных доменах.
- Эффективная коммуникация: Влияние одной нервной системы на другую.
Нейронные колебания
Мозговая активность характеризуется ритмическими паттернами, называемыми мозговыми волнами, которые важны для синхронизации нейронных сетей. Различные диапазоны частот (альфа, бета, гамма и т. д.) связаны с различными когнитивными состояниями.
Динамика сети
- Сети малого мира: Характеризуется высоким уровнем кластеризации и короткой длиной пути, что обеспечивает эффективную передачу информации.
- Безмасштабные сети: Имеет центральные узлы со множеством соединений, которые играют важную роль в долговечности и устойчивости сети.
Влияние на познание и поведение
Сложные нейронные сети поддерживают когнитивные функции, такие как восприятие, внимание и принятие решений. Нарушения в этих сетях могут привести к неврологическим и психиатрическим расстройствам, что подчеркивает важность связей для здоровья мозга.
Анатомия и функции мозга являются результатом сложного взаимодействия структурных компонентов и нейронных сетей, состоящих из миллиардов взаимосвязанных нейронов. Ключевые структуры, такие как кора головного мозга, гиппокамп и миндалевидное тело, играют жизненно важную роль в обработке информации, регуляции эмоций и хранении памяти. На клеточном уровне нейроны взаимодействуют посредством сложных электрических и химических сигналов, образуя сложные сети, которые обеспечивают широкий спектр когнитивных и физиологических функций у человека.
Достижения в области нейроинформатики еще больше проливают свет на то, как эти системы работают вместе, предоставляя информацию о том, как лечить заболевания головного мозга и улучшать когнитивные способности. Понимание анатомии мозга и нейронных сетей — это не только научное достижение, но и путь к улучшению здоровья человека и раскрытию полного потенциала человеческого разума.
Литература
- Кандел, Э.Р., Шварц, Дж.Х. и Джесселл, Т.М. (2013). Принципы нейронауки (5-е изд.). Образование Макгроу-Хилл.
- Дамасио Х. и Дамасио Арканзас (1992). Повреждение мозга и речь: афазия и родственные расстройства. Семинары по неврологии, 12(3), 215-223.
- Дювернуа, Х. М. (2005). Гиппокамп человека: функциональная анатомия, васкуляризация и серийные срезы с помощью МРТ (3-е изд.). Спрингер.
- Селко, Д.Дж. (2002). Болезнь Альцгеймера — это нарушение синаптической связи. Наука, 298(5594), 789-791.
- Агглтон, Дж. П. (2000). Миндалевидное тело: функциональный анализ (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета.
- Леду, Дж. Э. (2007). Миндалевидное тело. Текущая биология, 17(20), Р868-Р874.
- Азеведо, Ф.А. и др. (2009). Равное количество нейронных и не-нейронных клеток делает человеческий мозг изометрически увеличенным мозгом примата. Журнал сравнительной неврологии, 513(5), 532-541.
- Первес, Д., Августин, Г. Дж. и Фицпатрик, Д. (2018). Нейробиология (6-е изд.). Издательство Оксфордского университета.
- Хилле, Б. (2001). Ионные каналы возбудимых мембран (3-е изд.). Синауэр Ассошиэйтс.
- Кандель, Э.Р. и др. (2013). Принципы нейронауки (5-е изд.). Образование Макгроу-Хилл.
- Цитри А. и Маленка Р.К. (2008). Синаптическая пластичность: множественные формы, функции и механизмы. Нейропсихофармакология, 33(1), 18-41.
- Хебб, Д.О. (1949). Организация поведения: нейропсихологическая теория. Уайли.
- Бассетт, Д.С. и Буллмор, Э.Т. (2009). Сети человеческого мозга в здоровье и болезни. Текущее мнение в области неврологии, 22(4), 340-347.
- Определения и подходы к интеллекту
- Анатомия и функции мозга
- Типы интеллекта
- Теории интеллекта
- Нейронпластичность и непрерывное обучение
- Когнитивное развитие на протяжении всей жизни
- Генетика и окружающая среда в интеллекте
- Измерение интеллекта
- Мозговые волны и состояния сознания
- Когнитивные функции