Нейрофизиология мозга человека


Человеческий головной мозг – это самый сложный по своей структуре орган. Даже в эпоху инновационных способов диагностирования, постоянных исследований этого органа, ученые до сих пор не могут полностью описать физиологические механизмы его различных психических функций. Постоянные исследования ученых затрагивают не только его физиологические особенности, но и также психические процессы, такие как мышление, память, сон, внимание и ряд других процессов.

На сегодняшний день известно, что в мозге функционирует некоторое количество систем, каждую из которых можно выделить, как отдельный мозг, который функционирует в сотрудничестве с другими отделами. Из известных и наиболее важных систем выделяют:

  • Активирующую
  • Мотивационную
  • Когнитивную

Стоит отметить, что каждая система отвечает не только за свою основную функцию, но и выполняет ряд второстепенных задач. Например, активирующая часть определяет наше сознание, цикл сна-бодрствования, и также выполняет познавательные функции. Если у человека существует проблемы со сном, то процесс обучаемости или другой деятельности, не может функционировать в полную силу.

Одно можно сказать точно, человеческий мозг – это единый орган, который обеспечивает все наши процессы жизнедеятельности, психические функции, но для более удобного описания разбит на несколько вышеперечисленных систем (мозгов).

Прорывы в исследованиях

Взаимоотношения мозга и психики вызывают на сегодняшний день множество вопросов. Поэтому наука уделяет этому вопросу достаточно много внимания. Этому вопросу задавались еще с давних времен, такие великие умы, как Гиппократ и Аристотель. В 19 веке впервые были выявлены участки мозга координирующие человеческую речь — это области Брока и Вернике.

Открытия тех времен всё равно были недостаточны, чтобы понять, как работает наше сознание. Постепенно начались вводиться различные новые методы исследования мозга человека: психологические и клинические тесты, электроэнцефалограмма (ЭЭГ), но этого все равно было недостаточно. Постепенно изучение мозга перешло на новый этап, его структура и функции были достаточно хорошо изучены, но чтобы полностью понять, как работает этот чудо-инструмент, потребуется еще ни один десяток лет.

Настоящее открытие в постижении мозговых особенностей было совершенно с помощью применения имплантированных электродов с целью диагностики и лечения пациентов. Именно в этот момент специалисты начинают понимать, как работает каждая отдельная нервная клетка, каким образом передается информация от одной клетки к другой, ее движение по нерву и т. д.

В итоге это позволило выделить несколько зон и разделов мозга, а именно коры, подкорки и другие. Мозг человека состоит более чем из 85 млрд нервных клеток, но электроды позволяет исследовать лишь несколько десятков, при этом которые находятся непосредственно возле подключенных датчиков.

Именно в 21 веке началась техническая революция, когда вычислительные возможности позволили исследовать практически любую часть мозга, его высших функций. Такие методы как ЭЭГ, функциональное исследование МРТ, позволили буквально заглянуть внутрь мозга.

Структура и функции мозга

Наука человеческого мозга выделяет основное правило, которое можно охарактеризовать как принцип единства структур и функций. Головной мозг состоит из:

  • Больших полушарий, которые являются самой крупной частью головного мозга и отвечает за высшие психические процессы
  • Промежуточный мозг состоит из двух равноправных частей:
  • Таламус выступает в роли сигнального распределителя, направляющийся к участкам коры
  • Гипоталамус, является «заведующей» вегетативными функциями. Благодаря ему у человека существует возможность расти и развиваться, а также поддерживать температуру тела, контролировать выведение шлаков из организма, прием пищи, воды и ряда других жизненно важных процессов.
  • Мозговой ствол, в состав которого входят:
  • Средний мозг
  • Мост
  • Продолговатый мозг

Благодаря этим трем составляющим осуществляется формирование сложных функций организма.

  • Мозжечок. Также как и головной мозг состоит из двух полушарий, которые соединены «червем». Функции мозжечка многогранны, но в особенности он отвечает за двигательную координацию, регуляцию равновесия и мышечный тонус.
  • Спинной мозг. В его состав входят 30 сегментов, а заключен он в позвоночник. Каждому сегменту соответствует один позвонок. Данный отдел выполняет функцию «передатчика», которая посылает импульсы к определенным участкам тела от отделов ЦНС. Также его деятельность заключается в осуществлении вегетативных рефлексов.

Методы исследования структур, его функций, а также расположение головного мозга, постоянно улучшаются. Так, современные методики диагностирования, позволяют сформировать отчетливое мнение о строении головного мозга, не повреждая его. Одним из таких методов является магнитно-резонансная томография. Данный метод применяется в целях распознавания, например, опухолевых образований. При этом метод обладает высокой точностью и отсутствием негативных проявлений после его применения.

Нервная клетка – ключевой элемент нервной ткани

Мозг состоит из множества нервных клеток. Например, просто сформированные животные могут иметь всего 1 клетку. Однако человеческий мозг насчитывает около 85 млрд. из-за сложности организации мозга.

Ключевое место в клетке занимает ядро, где располагается аппарат, генерирующий генетический код строения человеческого организма. Среди других, наиболее важных частиц мозга, выделяют эндоплазматический ретикулум, который состоит из множества мембран. Второй по важности частицей выступают митохондрии. Благодаря их работе, в нервной клетке поддерживается нужно количество АТФ, так называемого «топлива» клетки.

Выделяют два ключевых свойства нейронов выступает:

  • Генерация электрического импульса (возбуждение)
  • Проведение возбуждения (передача)

Получение клеткой определенных сигналов сопровождается преобразованием или подавлением синтеза некоторых генов в основном нейропептидов. Данные пептиды образуются в центральной или периферической нервной системе. Основная функция пептидов – регулирование физиологических функций человеческого организма. В их состав входит около 30-50 остатков аминокислот.

На сегодняшний день установлено, что синтезирование, заключается в образовании пептидов-предшественников. После заключения трансляции нейропептиды головного мозга выщепляются протеазами. Основу пептидов-предшественников, как правило, составляет несколько их последователей нейронного типа, а также последовательность сигналов, которые способствуют передвижению пептида в цитоплазме, после того как процесс синтеза был завершен на мембранах внутриклеточного органоида.

Одним из моделирующих нейропептидов является морфин и кодеин, которые составляют два активно-образующих компонента морфия. Воздействие морфина на головной мозг широко изучено, благодаря синтезированию антагониста морфина – налоксона.

Исследование структур мозга: стереотаксис

Одним из современных способов, благодаря которому можно исследовать глубинные структуры мозга, является стереотаксис. Данный нейрохирургический способ изучения нейрофизиологии мозга человека является наиболее малотравматичным, что позволяет его поставить на первое место и отодвинуть практически все «открытые» нейрохирургические методы.

Стереотаксис позволяет эффективно воздействовать на пациентов с заболеваниями двигательного аппарата (болезнь Паркинсона), эпилепсией, острыми болями, психическими патологиями. Также данный способ зарекомендовал себя в диагностике и терапии опухолевых и кистообразных образований, гематом и абсцессов.

Однако к данному способу прибегают, только в крайней необходимости, а именно если медикаментозная терапия не дает никакого эффекта или здоровье и жизнь пациента находятся в опасности.

Выделяют 2 типа стереотаксиса:

  • Нефункциональный. Проводится, когда в глубине мозга расположено какое-либо патологическое образование, например, опухолевое. Если использовать стандартный способ хирургического удаления опухоли, то в этом случае затрагиваются структуры мозга, что тем самым может нанести непоправимый вред здоровью пациента. При использовании нефункционального типа стереотаксиса, дается возможность введения радиоактивных веществ, которые впоследствии выжигают опухоль, а сами вещества распадаются. Однако метод применим, если МРТ диагностика показала точную локализацию опухоли, то есть врач должен точно выявить пораженную область, тогда возможности избавления от новообразования существенно повышаются.
  • Функциональный. Данный способ чаще проводится в целях терапии психических патологий. Как правило, в этом случае заболевание характеризуется поражением незначительной группы нервных клеток или когда нарушена работа некоторых групп нервных клеток. То есть группа клеток может не синтезировать необходимые вещества или, наоборот, превышать должный вырабатываемый объем. Когда клетки аномально возбуждены, они могут стимулировать аномальную активность других. С помощью электростимуляции существует возможность преобразования нервных клеток, однако, при этом пораженный участок виден не будет, специалисты высчитывают расположение пораженной области на основании диагностического заключения и необходимых тестов.

На сегодняшний день было проведено несколько сотен стереотаксических психохирургических операций, в целях лечения заболеваний нервной системы, которые проводились по причине неэффективности других методов нехирургического воздействия. Также данный метод может применяться к людям с наркотической зависимостью, которым медикаментозное лечение не дало должного эффекта.

Физиологические механизмы сна

Физиология головного мозга человека в состоянии сна находится на постоянном наблюдении ученых из разных областей. Знаменитый древнегреческий целитель Гиппократ утверждал, что возникновение сна происходит в результате оттока крови к внутренним участкам тела.

На сегодняшний момент установлено, что сон благоприятно стимулирует наше настроение, память, уровень работоспособности. Специалисты выделяют, что нарушения сна является первоочередным фактором психической патологии. Состояние данной проблемы получило огласку благодаря внедрению новых способов исследования, а именно метод полиграфической диагностики («детектор лжи»). Также широко используются методы лабораторных обследований  и ряд психологических.

На сегодня выделяют два состояния сна:

  1. «Медленный». Данное состояние возникает как своеобразная совокупность ядер, содержащая серотониновые нервные клетки, протягивающиеся по срединной линии через мозговой ствол.

Приостановка выработки серотонина приводит к состоянию бессонницы, которая может быть купирована только предшественником серотонина – гидрокситриптофаном. Если ядра находятся в остром патологическом состоянии, то это приводит к бессоннице хронического характера.

  1. «Быстрый — это фаза сна, которая обуславливается увеличенной мозговой активностью. Одним из признаков является стремительное движение глаз. Проводимые исследования в отношении этого состояния свидетельствуют о значительной потребности в нем. При отказе человека от «быстрого» сна может привести к серьёзным нарушениям психики, а именно к повышенной раздражительности, патологическому состоянию эмоционального фона, галлюцинациям, возможным параноидальным идеям.

На настоящий день исследованию сна уделено достаточно много внимания. Поэтому специалисты выделяют несколько проходимых стадий от состояния бодрствования ко сну. Эти стадии можно отчетливо увидеть при помощи ЭЭГ диагностики, а также по текущему психологическому состоянию пациента.

Ночной сон, как правило, подразделяется на 4 цикла, каждый из которых берет свое начало с фазы «медленного» сна и завершается «быстрым» сном. Продолжительность цикла составляет примерно 70 минут. При снижении дельта-ритма в период отдыха, увеличивается продолжительность 3 и 4 стадий. Если человек откажется от сна, то главным образом увеличиться продолжительность дельта-ритма, он быстрее наступает, и только на вторую ночь возникает защитный механизм — увеличение продолжительности «быстрого» сна.

Грамматическое восприятие

Проводимые исследования позволили обнаружить даже такие регулирующие механизмы, как грамматический детектор. Например, «черная пантера» и «черной пантера». То есть существует некоторая группа клеток, которая импульсивно сообщает мозгу о нарушении грамматики. Это проводится с целью, что восприятие осмысленной речи, часто идет за счет грамматического анализа, если существует какое-либо нарушение, то поступает сигнал о необходимости дополнительного анализа.

Ряд недавних исследований выявило несколько незначительных по размеру участков, отвечающих за различные когнитивные функции. Возникает определенная реакция на различия в деятельности нейронов при восприятии слова на родном языке и несколько другая реакция на иностранное слово.

Глубокие структуры характеризуются высокочастотной электрической разрядностью, а нервные клетки решают задачу группой. Кора же мозга характеризуются единоличной реакцией, то есть у всех нервных клеток понижается частота импульсации, а у избранных – повышается.

Благодаря ПЭТ исследованию, существует возможность изучения всех мозговых участков, регулирующих высшие функции. Суть данного метода заключается во введении изотопа в средство, участвующее в химических реакциях внутри клеток мозга, после чего проводится наблюдение, как меняется распределение данного вещества в исследуемой области мозга.

Например, если область характеризуется усиливающимся притоком глюкозы, то это сигнализирует об усилении обмена веществ, что говорит об усиленной работе нервных клеток в данной мозговой области.

Механизмы внимания

Довольно распространенный вопрос – как функционирует внимание у человека. А именно механизм так называемого непроизвольного внимания начал свое формирование еще несколько миллионов лет назад, как охранная способность, которая и на данный момент продолжает свое функционирование: например, управление автомобилем, прослушивает радио, музыку. Внимание – это своеобразный переключатель, мы слышим звуки, но резко можем переключиться и на иной поток звука.

Если механизмы непроизвольного внимания находятся в патологическом состоянии, то это говорит о протекающем заболевании. Например, при детском заболевании – дефиците внимания и гиперактивности. Заболевание характеризуется в том, что ребенок не в состоянии сосредоточится на чем-либо, по этой причине ребенка зачастую ругают, однако, в этом случае необходимо лечить патологию, а не сбрасывать на недостаточную воспитанность, так как в большинстве случаев у ребенка нарушены определенные механизмы мозговой деятельности.

До 21 века данное явление не считалось каким-либо заболеванием и чаще всего применялись силовые методы воздействия. Сегодня же доступно множество способов лечения дефицита внимания.

Также, кроме вышеперечисленного (непроизвольного) внимания, выделяют селективное. Данный тип позволяет сосредоточится на определенном собеседнике, то есть если в разговоре участвуют несколько человек, ваше внимание будет сконцентрировано только на определенном человеке, который в данный момент интересует.

Для этого проводится своеобразный эксперимент, например, человеку рассказывают какой-либо стих в одно ухо, а другой человек в этот же момент стих – в другое ухо. Во время эксперимента сравнивается реакция определенных областей мозга, в зависимости в какое ухо поступает информация.

Большинство людей при поднятии телефона прикладывают трубку к уху правой рукой, что говорит о том, что деятельность нервных клеток на рассказ в правом ухе, существенно ниже. Это происходит потому, что мозг подсознательно более расслаблен из-за устоявшихся рефлексов и зачастую будет выбирать правую сторону.

Факты о мозге

Свойства мозга человека хоть и являются самой малоизученной частью организма, но все же постоянные исследования этого органа, позволяют выделить ряд его особенностей. Исследованиями мозга занимается целый ряд специалистов. Поэтому открытия возникают из различных медицинских областей, которые, по сути, выделяют наибольшее время именно человеческому мозгу.

На сегодняшний день существует достаточно много удивительных факторов о деятельности главного функционирующего органа, которыми занимается наука о мозге человека.

  1. Максимальные способности кратковременной памяти

У человека выделяют 3 типа памяти: сенсорную, долговременную и кратковременную. Долговременная память работает по принципу жесткого диска, то есть накапливает и содержит в мозге долгое время. Кратковременная память работает по принципу мелкоразмерного электронного накопителя. Данный тип памяти способен запомнить только 5-8 объектов. Именно поэтому номера телефонов в большинстве своем состоят из 7-и цифр.

Однако постоянные тренировки кратковременной памяти позволяют повысить показатели запоминаемости.

  1. Подсознание умнее мозга

Недавнее исследование мозга, проводимое на ряде испытуемых, показали, что наше подсознание умнее нас. В одном из экспериментов показывают сложное изображение. Задача испытуемых заключалась в том, чтобы не думая, указать на то, что специалисты имели ввиду. Основная часть выполнила поставленную задачу в течение нескольких секунд. Другой же группе было предложено обдумать свой ответ, что в итоге обернулось невыполнением задания, при этом стоит отметить, что на обдумывание ответа было выделено несколько часов.

  1. Интеллектуальная нагрузка не влияет на усталость мозга

Было доказано, что состав крови, не меняется на протяжении всей активной работы. Взятие крови из вены производилось у пациентов, занимающихся умственной работой на протяжении всего дня. В итоге специалисты установили, что чувство утомления зависит от нашего психического и эмоционального состояния.

  1. Стимулирование мозга как защитная функция от заболеваний

Ученые установили, что регулярная мозговая деятельность, позволяет существенно снизить риск возникновения болезни Альцгеймера. Умственная активность позволяет синтезировать производство дополнительной ткани, что тем самым компенсирует патологическую активность. Стоит выделить, что занятия чем-то новым, наиболее эффективно влияет на мозг. Также специалисты рекомендуют общение с более интеллектуальными личностями, чем вы сами.

  1. Реакция на речь в зависимости от пола

Воспроизведение голоса формируется в разных областях нашего мозга. Женский голос – более музыкален, их звучание происходит на более завышенных показателях частот, также диапазон намного шире, чем у мужчин. Для того чтобы расшифровать смысл того, что говорит женщина, мозгу необходима затратить дополнительные ресурсы. Например, люди с систематическими проявлениями галлюцинаций зачастую слышат мужскую речь, а не женскую.