Физиологическая организация мозга: Часть I ФИЗИОЛОГИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА. Основы нейрофизиологии

Часть I ФИЗИОЛОГИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА. Основы нейрофизиологии

Часть I

ФИЗИОЛОГИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

Глава 1. Развитие нервной системы человека

Глава 2. Клетка – основная единица нервной ткани

Глава 3. Активирующие системы мозга

Глава 4. Физиологические механизмы регуляции вегетативных функций и инстинктивного поведения

Головной мозг человека устроен чрезвычайно сложно. Даже сейчас, когда мы знаем так много о мозге не только человека, но и ряда животных, мы, по-видимому, еще очень далеки от понимания физиологических механизмов многих психических функций. Можно сказать, что эти вопросы только включены в повестку дня современной науки. В первую очередь это касается таких психических процессов, как мышление, восприятие окружающего мира и памяти и многих других. Вместе с тем сейчас четко определены основные проблемы, которые придется решать в III тысячелетии. Что же может предъявить современная наука человеку, интересующемуся, как функционирует мозг человека? Прежде всего то, что в нашем мозге «работают» несколько систем, по крайней мере три. Каждую из этих систем можно даже назвать отдельным мозгом, хотя в здоровом мозге каждая из них работает в тесном сотрудничестве и взаимодействии. Что же это за системы? Это активирующий мозг, мотивационный мозг и познающий, или когнитивный (от лат. Cognitio – знание), мозг. Как уже указывалось, не следует понимать, что эти три системы, подобно матрешкам, вложены одна в другую. Каждая из них, помимо своей основной функции, например активирующая система (мозг), как участвует в определении состояния нашего сознания, циклов сон–бодрствование, так и является неотъемлемой частью познавательных процессов нашего мозга. Действительно, если у человека нарушен сон, то невозможен процесс учебы и другой деятельности. Нарушение биологических мотиваций может быть несовместимым с жизнью. Эти примеры можно множить, но главная мысль состоит в том, что мозг человека единый орган, обеспечивающий жизнедеятельность и психические функции, однако для удобства описания будем выделять в нем три указанных выше блока.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

ФИЗИОЛОГИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Функциональная организация человеческого мозга — Студопедия

Учение о функциональной организации головного мозга создал А.Р. Лурия. Согласно его теории мозг человека состоит из 3 основных функциональных блоков:

1. Энергетический блок. Поддерживает тонус коры головного мозга. Расположен в глубине мозга, в верхних отделах мозгового ствола.

2. 2-й блок. Связан с анализом и синтезом сигналов, с приемом, переработкой, и хранением информации. Расположен в задних отделах головного мозга.

3-й блок. Осуществляет программирование, регуляцию и контроль активной человеческой деятельности. Расположен в передних отделах больших полушарий.

Локализация высших психических функций — теоретический концепт, выражающий собой более или менее однозначное соответствие определенных участков мозга и психических процессов. Проблема связи психики и мозга ставилась еще в трудах Гиппократа, Галена. В новое время ее решение было представлено в исследованиях представителей узкого локализационизма и антилокализационизма. Адекватное решение было предложено в теории системной динамической локализации высших психических функций, разработанной Л.С. Выготским и А.Р. Лурия. Согласно этой теории психические функции человека необходимо рассматривать как сложные системные образования, которые формируются прижизненно, являются произвольными и опосредствованными, прежде всего речью. Физиологической основой психических функций выступают функциональные системы, включающие афферентные и эфферентные звенья, которые могут быть достаточно динамичными и взаимозаменяемыми. Каждое звено этой системы связано с определенной мозговой структурой, при этом у различных функциональных систем существуют общие звенья, которые могут участвовать в реализации многих психических функций. При нейропсихологических поражениях этих звеньев происходит возникновение определенных сочетаний нарушений психических функций, которые объединяются в определенные нейропсихологические синдромы.

Но каждая высшая психическая функция жестко не привязана к какому–либо одному мозговому центру, а является результатом системной деятельности мозга, в которой различные мозговые структуры делают более или менее специфический вклад в построении данной функции.

20. Мозг и психика. Проблема локализации психических функций.
Изучение работы мозга, как органа психической деятельности, по мнению отечественного нейропсихолога А.Р. Лурия (1973), основывается на результатах использования трех методических процедур: сравнительных анатомических исследований, данных физиологического метода раздражения отдельных участков мозга или их разрушения, а при исследовании функциональной организации мозга человека — клинических наблюдений над изменениями поведения больных с локальными поражениями мозга (при травмах, опухолях и др. заболеваниях).
В современном естествознании доминирующей является теория нейропсихизма, согласно которой психика есть только у существ, обладающих нервной системой. Эволюция позвоночных животных на земле шла по линии усложнения строения и функционирования у них головного мозга. Увеличение относительного веса мозга на отдельных ступенях эволюции наглядно демонстрируется с помощью индекса Я.Я. Рогинского (отношение квадрата веса мозга к весу тела): у полуобезьян он составляет 0,13-1,37; у низших обезьян — 0,56-2,22; у человекообразных обезьян — 2,03-7,35; у дельфина — 6,72; у слона — 9,62; у человека — 32,0. Эти цифры показывают, насколько большое место занимает мозг человека в системе его тела, а значит и в организации поведения.
Важно отметить, что увеличение объема и веса мозга связано не с ростом наиболее древних, стволовых отделов, а с развитием больших полушарий. У человека наибольшее развитие получила кора полушарий, причем наиболее интенсивно формировались новые области коры (неокортекс), которые у низших млекопитающих лишь едва намечены. Древние области коры — палеокортекс (образования коры, еще не отделенные от подкорковых образований), архикортекс (образования двухслойной древней коры, входящей в систему «обонятельного мозга») и межуточная кора (образования, носящие переходный характер между новыми и старыми отделами) у человека составляют лишь незначительную часть коры.
Мозг человека можно определить как высокоорганизованное многоуровневое полисистемное и полифункциональное образование со множеством взаимодействующих локальных и общецеребральных элементов. Общий контроль, координацию и регуляцию режимов работы мозга осуществляет система интрацентральной регуляции, включающая различные необходимые механизмы и системы мозга, благодаря чему достигается согласованность работы мозга и обеспечивается в конечном итоге целостная церебральная и психическая деятельность.
Локализация высших психических функций — теоретический концепт, выражающий собой более или менее однозначное соответствие определенных участков мозга и психических процессов. Проблема связи психики и мозга ставилась еще в трудах Гиппократа, Галена. В новое время ее решение было представлено в исследованиях представителей узкого локализационизма и антилокализационизма. Адекватное решение было предложено в теории системной динамической локализации высших психических функций, разработанной Л.С. Выготским и А.Р. Лурия. Согласно этой теории психические функции человека необходимо рассматривать как сложные системные образования, которые формируются прижизненно, являются произвольными и опосредствованными, прежде всего речью. Физиологической основой психических функций выступают функциональные системы, включающие афферентные и эфферентные звенья, которые могут быть достаточно динамичными и взаимозаменяемыми. Каждое звено этой системы связано с определенной мозговой структурой, при этом у различных функциональных систем существуют общие звенья, которые могут участвовать в реализации многих психических функций. При нейропсихологических поражениях этих звеньев происходит возникновение определенных сочетаний нарушений психических функций, которые объединяются в определенные нейропсихологические синдромы.

152_Дорогина_Нейрофизиология.cdr

%PDF-1.3 %
18 0 obj > endobj 13 0 obj >stream
application/pdf

2019-09-09T11:25:50+05:00CorelDRAW 20172019-09-11T11:19:54+05:002019-09-11T11:19:54+05:00PDF/X-1a:2001PDF/X-1:2001PDF/X-1:20011uuid:fb5cec46-1d40-49b4-a670-ecc668ada8f0uuid:e5810252-bcfa-4595-abf2-203db7ac3e29Corel PDF Engine Version 19.1.0.419False

endstream endobj 11 0 obj > endobj 12 0 obj > endobj 78 0 obj > endobj 79 0 obj > endobj 80 0 obj > endobj 81 0 obj > endobj 82 0 obj > endobj 83 0 obj > endobj 84 0 obj > endobj 85 0 obj > endobj 86 0 obj > endobj 87 0 obj >/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[0.0 0.0 411.024 566.929]/Type/Page>> endobj 88 0 obj >/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[0.0 0.0 411.024 566.929]/Type/Page>> endobj 89 0 obj >/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]>>/TrimBox[0.0 0.0 411.024 566.929]/Type/Page>> endobj 90 0 obj > endobj 1 0 obj >/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/ImageC/Text]/Shading>/XObject>>>/Rotate 0/TrimBox[0.0 0.0 411.024 566.929]/Type/Page>> endobj 2 0 obj >stream
xͯ&Krum@%Ig»(HR[p>ixoy2##k~w߯_r{}F./Yڞl R~-ۗ%\ֹZ.-/[jmU5|[UH[J3dF|[)&/ToM=~>VQ׿F˺owۿ?˫{*_w6Z?-RmWwc;e;ju)&~׈)XjRjk۶+v
3k=wMݾlշ3W#nƮ[ZJO{߾l߲(k/~kϙRZ>6ox^oK3qoeJ`Zk_Qc^^ ߾J)J~S7fͫ9ګ~H6j{/yXOs} ksN/hz|G-痷Ji^V`KXsO^)}[ieٯˏWA8-x,+ޥկsaoz${2[E&difGe/3?
2;[Abc4aBN-wr}?/j٫Oi&)m_x4%%X>K6)n Ť.}l2Tj7\fkI\BzKn^/[W>S?LNi’bثSzZ[]ܘޚ k[&[&Ks-m;IBvJFemuf%.f _3mJ_om}GΩۡv_35/_Iy+i\/;hCaf2)nXvIz/[꾐8KB^/

Читать книгу Основы нейрофизиологии

Валерий Викторович Шульговский Основы нейрофизиологии Учебное пособие для студентов вузов

ВВЕДЕНИЕ

Почему нужно знать физиологию головного мозга психологу?

Психология – одна из древнейших наук в современной системе научного знания. Она возникла как результат осознания человеком самого себя. Само название этой науки – психология (psyche – душа, logos – учение) указывает, что основное ее предназначение – познание своей души и ее проявлений – воли, восприятия, внимания, памяти и т.д. Нейрофизиология – специальный раздел физиологии, изучающий деятельность нервной системы, возникла намного позже. Практически до второй половины XIX века нейрофизиология развивалась как экспериментальная наука, базирующаяся на изучении животных. Действительно, «низшие» (базовые) проявления деятельности нервной системы одинаковы у животных и человека. К таким функциям нервной системы относятся проведение возбуждения по нервному волокну, переход возбуждения с одной нервной клетки на другую (например, нервную, мышечную, железистую), простые рефлексы (например, сгибания или разгибания конечности), восприятие относительно простых световых, звуковых, тактильных и других раздражителей и многие другие. Только в конце XIX столетия ученые перешли к исследованию некоторых сложных функций дыхания, поддержания в организме постоянства состава крови, тканевой жидкости и некоторых других. При проведении всех этих исследований ученые не находили существенных различий в функционировании нервной системы как в целом, так и ее частей у человека и животных, даже очень примитивных. Например, на заре современной экспериментальной физиологии излюбленным объектом была лягушка. Только с открытием новых методов исследования (в первую очередь электрических проявлений деятельности нервной системы) наступил новый этап в изучении функций головного мозга, когда стало возможным исследовать эти функции, не разрушая мозг, не вмешиваясь в его функционирование, и вместе с тем изучать высшие проявления его деятельности – восприятие сигналов, функции памяти, сознания и многие другие.

Как уже указывалось, психология как наука намного старше, чем физиология, и на протяжении многих веков психологи в своих исследованиях обходились без знаний физиологии. Конечно, это связано прежде всего с тем, что знания, которыми располагала физиология 50–100 лет тому назад, касались только процессов функционирования органов нашего тела (почек, сердца, желудка и др.), но не головного мозга. Представления ученых древности о функционировании головного мозга ограничивались только внешними наблюдениями: они считали, что в головном мозге – три желудочка, и в каждый из них древние врачи «помещали» одну из психических функций (рис. 1).

Перелом в понимании функций головного мозга наступил в XVIII столетии, когда стали изготавливать очень сложные часовые механизмы. Например, музыкальные шкатулки исполняли музыку, куклы танцевали, играли на музыкальных инструментах. Все это приводило ученых к мысли, что наш головной мозг чем-то очень похож на такой механизм. Только в XIX веке окончательно было установлено, что функции головного мозга осуществляются по рефлекторному (reflecto – отражаю) принципу. Однако первые представления о рефлекторном принципе действия нервной системы человека были сформулированы еще в XVIII столетии философом и математиком Рене Декартом. Он полагал, что нервы представляют собой полые трубки, по которым от головного мозга, вместилища души, передаются животные духи к мышцам. На рис. 2 видно, что мальчик обжег ногу, и этот стимул запустил всю цепь реакций: вначале «животный дух» направляется к головному мозгу, отражается от него и по соответствующим нервам (трубкам) направляется к мышцам, раздувая их. Здесь без труда можно увидеть простую аналогию с гидравлическими машинами, которые во времена Р. Декарта были вершиной достижения инженерной мысли. Проведение аналогии между действием искусственных механизмов и деятельностью головного мозга – излюбленный прием при описании функций мозга. Например, наш великий соотечественник И. П. Павлов сравнивал функцию коры больших полушарий головного мозга с телефонным узлом, на котором барышня-телефонистка соединяет абонентов между собой. В наше время головной мозг и его деятельность чаще всего сравнивают с мощным компьютером. Однако любая аналогия весьма условна. Не вызывает сомнений, что головной мозг действительно выполняет огромный объем вычислений, но принцип его деятельности отличен от принципов действия компьютера. Но вернемся к вопросу: зачем психологу знать физиологию головного мозга?

Вспомним идею рефлекса, высказанную еще в XVIII веке Р. Декартом. Собственно зерном этой идеи было признание того, что реакции живых организмов обусловлены внешними раздражениями благодаря деятельности головного мозга, а не «по воле Божьей». В России эта идея была с воодушевлением воспринята научной и литературной общественностью. Вершиной этого был выход в свет знаменитого труда Ивана Михайловича Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863), оставившего глубокий след в мировой культуре. Свидетельством служит тот факт, что в 1965 г., когда исполнилось столетие со дня выхода этой книги в свет, в Москве под патронажем ЮНЕСКО прошла международная конференция, на которой присутствовали многие ведущие нейрофизиологи мира. И. М. Сеченов впервые полно и убедительно доказал, что психическая деятельность человека должна стать объектом изучения физиологами.

И. П. Павлов развил эту мысль в виде «учения о физиологии условных рефлексов».

Ему принадлежит заслуга в создании метода экспериментального исследования «высшего этажа» головного мозга коры – больших полушарий. Этот метод назван «методом условных рефлексов». Он установил фундаментальную закономерность: предъявление животному (И. П. Павлов проводил исследования на собаках, но это верно и для человека) двух стимулов – вначале условного (например, звук зуммера), а затем безусловного (например, подкармливание собаки кусочками мяса). После некоторого числа сочетаний это приводит к тому, что при действии только звука зуммера (условного сигнала) у собаки развивается пищевая реакция (выделяется слюна, собака облизывается, скулит, смотрит в сторону миски), т.е. образовался пищевой условный рефлекс (рис. 3). Собственно этот прием при дрессировке был давно известен, но И. П. Павлов сделал его мощным инструментом научного исследования функций головного мозга.

Физиологические исследования в сочетании с изучением анатомии и морфологии головного мозга привели к однозначному заключению – именно головной мозг является инструментом нашего сознания, мышления, восприятия, памяти и других психических функций.

Основная трудность исследования заключается в том, что психические функции чрезвычайно сложны. Психологи исследуют эти функции своими методами (например, при помощи специальных тестов изучают эмоциональную устойчивость человека, уровень умственного развития и другие свойства психики). Характеристики психики исследуются психологом без «привязки» к мозговым структурам, т.е. психолога интересуют вопросы организации самой психической функции, но не то, как работают отдельные части головного мозга при осуществлении этой функции. Только относительно недавно, несколько десятилетий назад, появились технические возможности для исследования методами физиологии (регистрация биоэлектрической активности головного мозга, исследование распределения тока крови и др., подробнее см. далее) некоторых характеристик психических функций – восприятия, внимания, памяти, сознания и др. Совокупность новых подходов к исследованию головного мозга человека, сфера научных интересов физиологов в области психологии и привели к появлению в пограничной области этих наук новой науки – психофизиологии. Это обусловило взаимопроникновение двух областей знаний – психологии и физиологии. Поэтому физиологу, который исследует функции головного мозга человека, необходимы знания психологии и применение этих знаний в своей практической работе. Но и психолог не может обойтись без регистрации и исследования объективных процессов головного мозга с помощью электроэнцефалограмм, вызванных потенциалов, томографических исследований и пр. Какие же подходы к исследованию физиологии головного мозга человека привели ученых к современной сумме знаний?

Успехи в исследовании мозга человека в настоящее время

В биологии существует принцип, который может быть сформулирован как принцип единства структуры и функции. Например, функция сердца (проталкивать кровь по сосудам нашего организма) полностью определяется строением и желудочков сердца, и клапанов, и прочего. Этот же принцип соблюдается и для головного мозга. Поэтому вопросы морфологии и анатомии головного мозга всегда считались очень важными при изучении деятельности этого сложнейшего органа.

Анатомия и морфология головного мозга – древняя наука. В названиях структур головного мозга сохранены имена древних анатомов – Виллизия, Сильвия, Роланда и многих других. Головной мозг человека состоит из больших полушарий – высшего центра его психической деятельности (см. приложение 1). Это самая большая часть нашего головного мозга. Промежуточный мозг состоит из двух неравноценных частей: таламуса, который является своеобразным распределителем (коллектором) сигналов, направляющихся к областям коры, в том числе сигналов от органов зрения, слуха и др., и гипоталамуса (расположенного под таламусом), который «заведует» в нашем организме вегетативными (обеспечивающими «растительную» жизнь нашего организма) функциями. Благодаря гипоталамусу происходят рост и созревание (в том числе половое) нашего организма, поддерживается постоянство внутренней среды, например поддержание температуры тела, выведение из организма шлаков, потребление пищи и воды и многие другие процессы.

Наконец, заднюю часть головного мозга занимает мозговой ствол, который, в свою очередь, состоит из ряда отделов: среднего мозга, моста и продолговатого мозга. Эти структуры принимают участие в осуществлении сложнейших функций организма – поддержании уровня кровяного давления, дыхании, установке взора, регулировании цикла сон–бодрствование, в проявлении ориентировочных реакций и многих других. Из мозгового ствола выходят 10 пар черепных нервов, благодаря деятельности которых осуществляется множество функций: регуляции функций сердца и дыхания, деятельность лицевой мускулатуры, восприятие сигналов из внешнего мира и внутренней среды. Всю сердцевину мозгового ствола занимает ретикулярная (сетчатая) формация. Деятельность этой структуры определяет цикл сон–бодрствование, нарушение ее целостности приводит к грубым нарушениям сознания, которое врачи называют комой. Над мостом находится мозжечок, или малый мозг.

Мозжечок у человека (в дословном переводе мозжечок это – малый мозг) состоит из полушарий и соединяющего их червя. Функции мозжечка многообразны, его поражение вызывает расстройства в регуляции движений: человек неспособен совершать правильную последовательность движений отдельных частей своего тела, при ходьбе не успевает перемещать центр тяжести, походка становится неуверенной, он может упасть на ровном месте. Самой каудальной (от cauda – хвост, задний отдел) частью ЦНС (центральной нервной системы) является спинной мозг.

Спинной мозг человека состоит более чем из трех десятков сегментов и заключен в позвоночник. Каждому сегменту примерно соответствует позвонок. Основная функция спинного мозга – передача к частям тела сигналов от вышележащих отделов центральной нервной системы, а также направление сигналов от соответствующих частей тела к вышележащим отделам мозга. Спинной мозг способен также к довольно сложной самостоятельной деятельности. На уровне спинного мозга осуществляются весьма сложные вегетативные рефлексы, определяющие мочеиспускание, дефекацию, потоотделение, покраснение кожи и многие другие. На уровне отдельных сегментов спинного мозга могут осуществляться рефлексы, участвующие в управлении движениями, например коленный, ахиллов и др. Спинной мозг дает начало вегетативной нервной автономной системе, деятельность которой весьма важна для защиты организма от неблагоприятных воздействий – холода, перегрева, кровопотери и т.п.

Методы исследования головного мозга человека постоянно совершенствуются. Так, современные методы томографии позволяют увидеть строение головного мозга человека, не повреждая его. На рис. 4 показан принцип одного из таких исследований – методом магнитно-резонансной томографии. Головной мозг облучают электромагнитным полем, применяя для этого специальный магнит. Под действием магнитного поля диполи жидкостей мозга (например, молекулы воды) принимают его направление. После снятия внешнего магнитного поля диполи возвращаются в исходное состояние, при этом возникает магнитный сигнал, который улавливается специальными датчиками. Затем это эхо обрабатывается с помощью мощного компьютера и методами компьютерной графики отображается на экране монитора. Благодаря тому что внешнее магнитное поле, создаваемое внешним магнитом, можно сделать плоским, таким полем как своеобразным «хирургическим ножом» можно «резать» головной мозг на отдельные слои. На экране монитора ученые наблюдают серию последовательных «срезов» головного мозга, не нанося ему никакого вреда. Этот метод позволяет исследовать, например, злокачественные образования головного мозга (рис. 5).

Еще более высоким разрешением обладает метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Исследование основано на введении в мозговой кровоток позитрон-излучающего короткоживущего изотопа. Данные о распределении радиоактивности в мозге собираются компьютером в течение определенного времени сканирования и затем реконструируются в трехмерный образ. Метод позволяет наблюдать в головном мозге очаги возбуждения, например, при продумывании отдельных слов, при их проговаривании вслух, что свидетельствует о его высоких разрешающих возможностях. Вместе с тем многие физиологические процессы в головном мозге человека протекают значительно быстрее тех возможностей, которыми обладает томографический метод. В исследованиях ученых немаловажное значение имеет финансовый фактор, т.е. стоимость исследования. К сожалению, томографические методы очень дороги: одно исследование мозга больного человека может стоить сотни долларов.

В распоряжении физиологов имеются также различные электрофизиологические методы исследования. Они также совершенно не опасны для мозга человека и позволяют наблюдать течение физиологических процессов в диапазоне от долей миллисекунды (1 мс = 1/1000 с) до нескольких часов. Если томография – продукт научной мысли XX века, то электрофизиология имеет глубокие исторические корни.

В XVIII столетии итальянский врач Луиджи Гальвани заметил, что отпрепарированные лапки лягушки (сейчас мы называем такой препарат нервно-мышечным) сокращаются при соприкосновении с металлом. История сохранила нам легенду: молодая красивая жена Гальвани заболела чахоткой. Согласно предписаниям медицины того времени больной требовалось усиленное питание бульоном из лягушачьих лапок. Для этой цели заботливый муж заготовил много таких лапок и развесил их на веревке на балконе. Они раскачивались под легким ветром и изредка прикасались к медным перилам балкона. Каждое такое соприкосновение приводило к сокращению лапки. Гальвани обнародовал свое замечательное открытие, назвав его биоэлектричеством. Нам известно также имя его замечательного оппонента и соотечественника физика – А. Вольта, который представил доказательства, что ток возникает на границе двух металлов (например, цинка и меди), помещенных в раствор соли. Таким образом, Вольта утверждал, что биоэлектричества не существует, и как физик привел простое физическое доказательство. Однако Гальвани доказал, что лапка лягушки может сокращаться и без соприкосновения с металлом. Он придумал опыт, который до сих пор выполняют в физиологическом практикуме студенты – медики и биологи. Опыт состоит в следующем. Если две отпрепарированные лягушачьи лапки положить рядом, затем икроножную мышцу одной лапки рассечь скальпелем и на место разреза пинцетом быстро набросить нерв от неповрежденного нервно-мышечного препарата, то его икроножная мышца в этот момент сократится. Как часто бывает в научных спорах, оба ученых оказались правы: Вольта изобрел устройство для производства электрического тока, которое вначале было названо вольтовым столбом, а в наше время называют гальваническим элементом, но имя Вольта осталось в науке как наименование единицы электрического напряжения – вольт.

Пропустим значительный отрезок истории и обратимся к XIX столетию. К этому времени уже появились первые физические приборы (струнные гальванометры), которые позволяли исследовать слабые эл

МОЗГ ЧЕЛОВЕКА — СВЕРХВОЗМОЖНОСТИ И ЗАПРЕТЫ

Крамольные идеи, изложенные в этой

статье, — они и есть крамольные,

но других пока нет и,

может быть, не будет.

А впрочем… Все бывает.

Н. П. Бехтерева

Бехтерева Наталья Петровна — действительный член (академик) Российской академии наук.

Владимир Михайлович Бехтерев (1857-1927) — выдающийся русский психиатр, морфолог и физиолог.

Детектор ошибок.

Тест ‘Детекция смысловых и грамматических признаков речи’. Гистограммы импульсной активности нейронов определенных зон (полей Бродмана) мозга человека при выполнении теста.

Особенности сверхмедленных физиологических процессов, которые в головном мозге человека связаны с формированием эмоциональных реакций и состояний, у больной паркинсонизмом.

‹

›

ХХ век оказался веком взаимообогащающих изобретений и открытий в самых разных областях. Современный человек прошел путь от букваря до Интернета, но тем не менее не справляется с организацией сбалансированного мира. Его «биологическое» во многих уголках мира, да иногда и глобально торжествует над разумом и реализуется агрессией, такой выгодной в малых дозах, как активатор возможностей мозга, такой разрушительной в больших. Век научно-технического прогресса и век кровавый… Мне кажется, что ключ перехода от века кровавого к эпохе (веку?) процветания спрятан под несколькими механическими защитами и оболочками, на поверхности и в глубине мозга человека…

ХХ век внес много ценного в копилку фундаментальных знаний о мозге человека. Часть этих знаний уже нашла применение в медицине, но сравнительно мало используется в воспитании и обучении. Человек как индивидуум уже пользуется достижениями фундаментальных наук о мозге. Человек как член общества имеет еще мало «профита» и для себя и для общества, что связано в большой мере с консерватизмом общественных устоев и трудностью формирования общего языка между социологией и нейрофизиологией. Здесь имеется в виду перевод достижений в изучении закономерностей работы мозга с языка нейрофизиологии в приемлемую для воспитания и обучения форму.

Попробуем же разобраться, находимся ли мы «на пути» к мистической мудрости «Шамбалы» (сказочная страна мудрецов в Тибете. — Прим. ред.), если находимся, то где? Единственный надежный путь к необходимой и достаточной мудрости в межличностных, личностно-общественных и межобщественных отношениях, рационально-реальный путь к «Шамбале» лежит через дальнейшее познание законов работы мозга. Путь к этому знанию человечество прокладывает совместными усилиями нейрофизиологии и нейропсихологии, укрепленных сегодняшними и завтрашними технологическими решениями.

ХХ век унаследовал и развил данные и представления о базисных механизмах работы мозга (Сеченов, Павлов), в том числе и мозга человека (Бехтерев). Комплексный метод изучения мозга человека и технологический прогресс в медицине в ХХ веке принес и наиболее крупные достижения в познании принципов и механизмов работы мозга человека. Сформулированы формы организации мозгового обеспечения интеллектуальной деятельности человека, надежности функционирования его мозга, механизма устойчивых состояний (здоровья и болезни), показано наличие в мозгу детекции ошибок, описаны ее корковые и подкорковые звенья, обнаружены разные механизмы собственной защиты мозга. Значение этих открытий для понимания возможностей и ограничений здорового и больного мозга трудно переоценить.

Возможности мозга интенсивно изучаются и будут изучаться, на пороге стоит задача открытия (или закрытия?) мозгового кода мыслительных процессов. Мозг человека заранее готов ко всему, живет как бы не в нашем веке, а в будущем, опережая сам себя.

Что же мы знаем на сегодня о тех условиях, тех принципах, на основе которых реализуются не только возможности, но и сверхвозможности мозга человека? И что же такое его защитные механизмы, сверхзащита, а может быть, и запреты?

Однажды — а во сверхускоряющемся беге времени, пожалуй что и давно — уже больше тридцати лет назад, стимулируя одно из подкорковых ядер, мой сотрудник Владимир Михайлович Смирнов увидел, как больной буквально на глазах стал раза в два «умнее»: в два с лишним раза возросли его способности к запоминанию. Скажем так: до стимуляции этой, вполне определенной точки мозга (знаю, но не скажу какой!) больной запоминал 7+2 (то есть в пределах нормы) слов. А сразу после стимуляции — 15 и больше. Железное правило: «каждому данному больному — только то, что именно ему показано». Мы не знали тогда, как «вернуть джинна в бутылку», и не стали с ним заигрывать, а активно подтолкнули к возвращению — в интересах больного. А это была искусственным образом вызванная сверхвозможность человеческого мозга!

О сверхвозможностях мозга мы знаем давно. Это, прежде всего, врожденные свойства мозга, определяющие наличие в человеческом обществе тех, кто способен находить максимум правильных решений в условиях дефицита введенной в сознание информации. Крайние случаи. Люди такого рода оцениваются обществом как обладатели талантов и даже гении! Ярким примером сверхвозможностей мозга являются разные творения гениев, так называемый скоростной счет, почти мгновенное видение событий целой жизни в экстремальных ситуациях и многое другое. Известна возможность обучения отдельных лиц множеству живых и мертвых языков, хотя обычно 3-4 иностранных языка являются почти пределом, а 2-3 — оптимальным и достаточным количеством. В жизни не только таланта, но и так называемого обычного человека временами возникают состояния озарения, и иногда в результате этих озарений в копилку знаний человечества ложится много золота.

В наблюдении В. М. Смирнова приведено как бы обратное событие по сравнению с теми, о которых упоминается далее, однако, может быть, в нем есть и ответ на еще не сформулированный здесь вопрос к мозгу: что же и как обеспечивает сверхвозможности? Ответ и ожидаемый и простой: в обеспечении интеллектуальных сверхвозможностей важнейшую роль играет активация определенных, а вероятно, и многих мозговых структур. Простой, ожидаемый, но — неполный. Стимуляция была короткая, феномен «не застрял». Мы все тогда так боялись возможной платы мозга за сверхвозможности, так внезапно раскрытые. Ведь они были здесь раскрыты не в реальных условиях озарения, а полууправляемо, инструментально.

Таким образом, сверхвозможности бывают исходные (талант, гений) и могут при определенных условиях оптимального эмоционального режима проявляться в форме озарения с изменением режима (скорости) времени и в экстремальных ситуациях тоже, по-видимому, с изменением режима времени. И, что самое важное в наших знаниях о сверхвозможностях, они могут формироваться при специальном обучении, а также в случае постановки сверхзадачи.

Жизнь столкнула меня с группой лиц, которые под руководством В. М. Бронникова обучаются многому, в частности видеть с закрытыми глазами. «Мальчики Бронникова» получили и демонстрируют свои сверхвозможности, приобретенные в результате планомерного длительного обучения, осторожно раскрывающего способности к альтернативному (прямому) видению. При объективном исследовании удалось показать, что в электроэнцефалограмме (ЭЭГ) такое обучение проявляет условно-патологические механизмы, работающие на сверхнорму. «Условно-патологические», по-видимому, в условиях собственных, специальных мозговых механизмов защиты.

Количественное накопление данных о возможностях и запретах мозга, о двуединстве — по крайней мере многих, если не всех его механизмов, — сейчас на грани перехода в качество — на грани получения возможности целенаправленного формирования человека сознательного. Однако переход от познания закономерностей природы к разумному пользованию ими не всегда быстрый, не всегда легкий, но всегда тернистый.

И все же, если подумать об альтернативах — жизнь в ожидании нажатия кнопки ядерного чемодана, экологической катастрофы, глобального терроризма, понимаешь, что, как бы ни был труден этот путь, он — наилучший: путь формирования человека сознательного и, как следствие, общества и сообществ людей сознательных. А формировать человека сознательного можно только на основе знания принципов и механизмов работы мозга, его возможностей и сверхвозможностей, механизмов защиты и пределов, а также понимания двуединства этих механизмов.

Итак, каковы же эти двуединые механизмы мозга, два лица Януса, о чем здесь идет речь? Сверхвозможности и болезнь, защита, как разумный запрет, и болезнь и многое, многое другое.

В идеальном варианте пример сверхвозможностей — это долго живущие гении, умеющие принимать правильные решения по минимуму введенной в сознание информации и не сгорающие из-за наличия у них адекватной собственной защиты. Но как часто гений как будто бы «пожирает» себя, как будто бы «ищет» конца. Что это? Недостаток собственной защиты мозга как «внутри» обеспечения одной функции, так и во взаимодействии различных функций? А может быть, ее, эту защиту, можно формировать, усиливать — особенно с детства, распознав в способном ребенке задатки интеллектуальных сверхвозможностей?

В течение многих десятилетий и даже веков обучение практически важным знаниям шло при воспитании (закреплении в памяти моральных ценностей) и тренировке памяти. Загадка памяти до сих пор не решена, несмотря на Нобелевские премии в области медицины. А значение раннего формирования «морального» базиса памяти (хотя так это и не называется) для общества было очень велико, у подавляющего большинства сначала детей, а затем взрослых заповеди превращались в мозгу в затверженную матрицу — ограду, не позволяющую преступать их, практически определяющую поведение человека и больно наказывающую преступившего. Муки совести (если она сформировалась!), трагедия раскаяния — все это, активированное через детекторы ошибок, ожившее в мозгу преступившего, вместе со «страшными карами», обещанными уже в раннем детстве за преступление заповедей, в обществе в целом работали сильнее судебных взысканий. В реальной сегодняшней жизни многое, в том числе «страшные кары», муки совести и т. д., мягко говоря, трансформировалось, да и в прошлом останавливало далеко не всех. Пренебрегая запретами матрицы памяти, заложенными в прошлых поколениях и не закладываемыми сейчас, человек шагает к свободе и духа, и криминала.

В случае, о котором говорилось выше, память работала прежде всего как механизм запрета или, если хотите, как механизм «локального невроза». Но если о матрице памяти в мозге ничего не знали, да так ее и не называли, то к самой памяти как к главному механизму, позволяющему нам выживать в здоровье и болезни, в старом варианте обучения все же относились куда более бережно, чем сейчас.

Память уже с раннего детства формирует матрицы, где далее работают автоматизмы. Тем самым она освобождает наш мозг для переработки и использования огромного информационного потока современного мира, поддерживая устойчивое состояние здоровья. Но память сама нуждается в помощи, и особенно важно заранее помочь ее наиболее хрупкому механизму — считыванию. И раньше это, по-видимому, осуществлялось при большом объеме заучивания наизусть и особенно — трудно заучиваемой прозы мертвых языков. Память, «задвинув» и «задвигая» в автоматический режим все стереотипное, все снова и снова освобождает, открывает нам огромные возможности мозга. Надежность этих огромных возможностей определяется многими факторами, и важнейшие из них — ежедневная постоянная тренировка мозга любым и каждым фактором новизны (ориентировочный рефлекс!), многозвеньевой характер мозговых систем, наличие у этих систем при обеспечении нестереотипной деятельности не только жестких, то есть постоянных звеньев, но и звеньев гибких (переменных) и многое другое. В процессе создания условий для реализации возможностей и сверхвозможностей мозга те же механизмы — и прежде всего базисный механизм — память — выстраивают частокол защиты и, в частности, защиты человека от самого себя, биологического в нем, его негативных устремлений, а также от различных экстренных жизненных ситуаций.

Это — ограничительная роль матрицы памяти в поведении («не убий»…). Это — и ее избирательный механизм ограничений, механизм выявления ошибок.

Что это за механизм защиты от ошибок, ограничения, запрета — детектор ошибок? Мы не знаем, дарит ли природа этот механизм человеку с рождения. Но скорее всего — нет. Мозг человека развивается, обрабатывая поток (приток!) информации, адаптируясь к среде методом проб и ошибок. При этом в обучающемся мозге наряду с зонами, обеспечивающими деятельность за счет активации, формируются зоны, реагирующие избирательно или преимущественно на отклонение от выгодной, «правильной в данных условиях» реакции на ошибку. Эти зоны, судя по субъективной реакции (тип беспокойства), связаны с входящими в сознание атрибутами эмоциональной активации. На человеческом языке — хотя детекторы ошибок, по-видимому, не только человеческий механизм — это звучит так: «что-то… где-то… неправильно, что-то… где-то — не так…».

До сих пор мы говорили (в том числе и о важнейшем открытии В. М. Смирнова) о возможностях и физиологическом базисе сверхвозможностей. А как в обычных условиях вызвать сверхвозможности и всегда ли это возможно и, что очень важно, — допустимо?

Сейчас на вопрос «всегда ли» ответа нет. Однако можно вызывать сверхвозможности гораздо чаще, чем это случается в повседневности.

Уже говорилось о том, что мозг гения способен статистически правильно решать задачи по минимуму введенной в сознание информации. Это — как бы идеальное сочетание интуитивного и логического склада ума.

Проявление мозга гения мы видим по решаемым им сверхзадачам — будь то «Сикстинская мадонна», «Евгений Онегин» или открытие гетеропереходов. Легкость принятия решений происходит с помощью оптимальных активационных механизмов главным образом, по-видимому, эмоционального толка. Они же ответственны за радость творчества, особенно если процесс сочетается с оптимальной собственной защитой мозга… А эта оптимальная защита складывается прежде всего из баланса мозговых перестроек при эмоциях (выражаясь физиологически — в пространственной разнонаправленности развития в мозге сверхмедленных физиологических процессов разного знака) и оптимальной медленноволновой ночной «чистки» мозга (надо «не выбросить с водой ребенка» и не оставить слишком много «мусора»)…

И все же, хотя память есть базисный механизм обеспечения возможностей и сверхвозможностей, ни талант, ни тем более гениальность только к ней не сводятся. Вспомните хотя бы книгу отечественного ученого-психолога А. Р. Лурии «Большая память маленького человека»…

Сверхвозможности у «обычных» людей в отличие от гениев проявляются — если проявляются — при необходимости решения сверхзадач. При этом мозг оказывается в состоянии, в интересах оптимизации своей работы, использовать и условно-патологические механизмы, в частности — гиперактивации, естествен но, при достаточной защите, не дающей превратиться могущественному помощнику в эпилептический разряд. Сверхзадачу может поставить жизнь, а вот решаться она может и самостоятельно, и с помощью учителей, и есть в этой жизни решения, когда за результат можно заплатить и высокую цену. Пожалуйста, не путайте с печально знаменитым «цель оправдывает средства».

Как известно из истории религии, Иисус Христос дал зрение слепому верующему, предположительно, прикоснувшись к нему. До самого последнего времени в попытках не объяснить — куда там, — а хотя бы понять возможность этой возможности приходилось привлекать понятие так называемой психической слепоты — редкого истерического состояния, когда «все в порядке, а человек не видит», но может прозреть при сильной эмоциональной встряске.

Но вот сейчас, уже совсем под конец жизни, сижу вместе с Ларисой за большим «заседательским» столом. На мне — подаренное сыном ярко-красное шерстяное мохеровое пончо. «Лариса, какого цвета моя одежда?» — «Красная, — спокойно отвечает Лариса и на мое ошеломленное молчание начинает сомневаться, — а может быть, синяя?» — Под пончо у меня темно-синее платье. — «Да, — говорит далее Лариса, — я еще не всегда могу четко определить цвет и форму, надо еще потренироваться». Позади несколько месяцев очень напряженного труда Ларисы и ее учителей — Вячеслава Михайловича Бронникова, его сотрудницы врача Любови Юрьевны и время от времени — красавицы-дочери Бронникова 22-летней Наташи. Она тоже это умеет… Все они учили Ларису видеть. Я присутствовала почти на каждом сеансе обучения видению абсолютно слепой Ларисы, лишившейся глаз в восьмилетнем возрасте — а сейчас ей 26! Слепая девочка — девушка адаптировалась к жизни и, конечно, прежде всего благодаря своему немыслимо заботливому отцу. И потому, что она, наверное, очень старалась, ведь злая судьба, казалось, не оставила ей выбора.

Когда ей рассказали о возможности видеть после специального обучения по методике В. М. Бронникова, ни она, ни мы не представляли себе трудность, трудоемкость учения как плату за желаемый результат.

Какая хорошенькая сейчас Лариса! Как распрямилась, повеселела, как она верит в новое для нее будущее.. Даже страшно! Ведь она еще не дошла до того удивительного умения видеть без помощи глаз, которое нам демонстрируют более «старые» ученики Бронникова. Но она уже очень многому научилась, и об этом нужен специальный рассказ.

Рассказам о том, что уже существует на самом деле, люди обычно не верят. Журналисты снимают фильмы, показывают, рассказывают. Кажется (а может быть, это так и есть на самом деле), ничего не скрывается. И все равно — подавляющее большинство осторожничает: «Не знаю, в чем, но в чем-то здесь фокус» или «Они подглядывают сквозь повязку» — черную глухую повязку на глазах.

А я после удивительного фильма о возможностях методики Бронникова думала не столько о науке, научном чуде, сколько о Ларисе — Ларисе как несчастной, трагически обокраденной девочке, Ларисе, как о человеке, которому в великой ее беде и подглядывать-то нечем — глаз нет совсем.

Лариса — что называется, трудный случай для обучения. То, что лишило ее зрения, — из арсенала самых страшных «страшилок». Отсюда меняющийся у нее психологический настрой. Вместе с новыми возможностями, наверное, в ее мозге оживает и страшная картина преступления, новое осознание его трагических последствий, долгие годы проб и ошибок в приспособлении к изменившемуся миру. Но в девочке за эти долгие годы не умерла мечта. «Я всегда верила, что буду видеть», — шепчет Лариса. Ее, Ларису, их, «мальчиков Бронникова» (сын Бронникова, больные на разных стадиях обучения), мы обследовали с помощью так называемых объективных методов исследования.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ), биотоки мозга Ларисы резко отличаются от привычной картины ЭЭГ здорового взрослого человека. Частый ритм, в норме обычно едва просматриваемый (так называемый бета-ритм), присутствует у девушки во всех отведениях, во всех точках мозга. Это, как традиционно считается, отражает преобладание возбудительных процессов. Ну еще бы, жизнь Ларисы трудна, требует напряжения. А вот альфа-ритма, более медленного ритма здоровых людей, связанного со зрительным каналом, у Ларисы поначалу было очень немного. Но ЭЭГ Ларисы в целом — не на слабые нервы специалиста. Если бы не знать, чья это ЭЭГ, можно было бы думать о серьезной болезни мозга — эпилепсии. В энцефалограмме Ларисы полно так называемой эпилептиформной активности. Однако то, что мы здесь видим, лишний раз подчеркивает часто забываемое (золотое!) правило клинической физиологии: «ЭЭГ-заключение — это одно, а медицинский диагноз, диагноз болезни ставится обязательно при ее клинических проявлениях». Ну, конечно, плюс ЭЭГ для уточнения формы болезни. Эпилептиформная активность, особенно типа острых волн и групп острых волн, — тоже ритм возбуждения. Обычно — в больном мозге. В ЭЭГ Ларисы много этих волн, а изредка виден почти «местный припадок», не распространяющийся даже на соседние области мозга, ЭЭГ-«эквивалент» припадка.

Мозг Ларисы активирован. И, по-видимому, в дополнение к тем, о которых мы знаем, надо искать и открывать новые механизмы, прочно защищавшие мозг Ларисы в течение многих лет от распространения патологического возбуждения, которое одно и является главной причиной развития болезни — эпилепсии. (При обязательной недостаточности защитных механизмов или в результате этой недостаточности, конечно.)

Объективное исследование биопотенциалов мозга может оцениваться различно. Можно написать: доминирование бета-ритма и единичных и групповых острых волн. Не страшно? Да, и вдобавок — правда. Можно по-другому: распространенная и локальная эпилептиформная активность. Страшно? Да, и вдобавок — уводит куда-то от правды о мозге Ларисы. Отсутствие каких-либо проявлений эпилепсии в медицинской биографии Ларисы не дает оснований для и вообще-то неправомерного диагноза заболевания. В том числе и по тому множеству ЭЭГ, которые были зарегистрированы у Ларисы в процессе обучения видению по методике Бронникова. Я полагаю, что в данном случае правомерно говорить об использовании мозгом Ларисы в условиях ее жизненной сверхзадачи не только обычных возбудительных процессов, но и гипервозбуждения. В ЭЭГ это отражается уже описанным сочетанием распространенной бета-активности и единичных и групповых острых (условно-эпилептиформных) волн. Связь того, что наблюдалось в ЭЭГ, с реальным состоянием Ларисы прослеживалась очень наглядно: ЭЭГ была четко динамичной, причем динамика ее была зависимой и от исходного фона ЭЭГ, и от сеансов обучения.

У нас в запасе методов исследования были еще сверхмедленные процессы, их различные соотношения и так называемые вызванные потенциалы. Анализ сверхмедленных потенциалов также подчеркнул высокую динамичность и глубину, интенсивность физиологических перестроек в мозге Ларисы.

Широко распространенный прием вызванных потенциалов дает обычно достаточно надежные сведения о мозговых входах сигналов, поступающих по каналам органов чувств. Сейчас, по-видимому, уже можно исследовать реакцию на некоторые световые сигналы у Ларисы — в ЭЭГ реакция на яркий свет уже появилась, однако несколько месяцев назад нам казалось более целесообразным (надежным) получить такого рода сведения у человека с хорошим естественным зрением и полностью обученного альтернативному (прямому) видению.

Наиболее «продвинутому» ученику и сыну учителя В. М. Бронникова — Володе Бронникову предъявлялись зрительные (на мониторе — животные, мебель) изображения при открытых глазах и глазах, закрытых глухой массивной черной повязкой. Количество предъявлений этих сигналов было достаточным для статистически достоверного выявления местных вызванных ответов (вызванный потенциал). Вызванная реакция на зрительные сигналы, предъявляемые при открытых глазах, показала достаточно тривиальные результаты: вызванный ответ регистрировался в задних отделах полушарий. Первые попытки регистрации вызванных потенциалов на аналогичные (те же) зрительные сигналы с плотно закрытыми глазами не удались — анализу мешало огромное количество артефактов, наблюдаемых обычно при дрожании век или движении глазных яблок. Для устранения этих артефактов на глаза Володи была наложена дополнительная, но уже плотно прилегающая к векам повязка. (Это — из практики клинической физиологии.) Исчезли артефакты. Но исчезло (на время) и альтернативное зрение, зрение без участия глаз! Володя через пару дней вновь восстановил альтернативное видение, давая правильные словесные ответы при двойном закрытии глаз. Его ЭЭГ менялась и в первом, и в этом случае. Однако при буквальном «замуровывании» глаз Володи нашей дополнительной повязкой зрительные вызванные потенциалы не регистрировались. А Володя продолжал давать правильные ответы на сигналы, правильно опознавал предъявляемые предметы! По ЭЭГ создавалось впечатление, что сигнал поступает в мозг непосредственно, меняя общее его состояние. Но вот вхождение сигнала в мозг — вызванные потенциалы — после восстановления альтернативного видения перестало регистрироваться. Можно было бы себе представить… — как всегда, объяснение можно подыскать. Но вот что резко сузило возможности «просто» объяснить исчезновение вызванных потенциалов при закрытых глазах.

Дело в том, что после освоения Володей альтернативного видения, скажем так, в осложненных условиях — обычная повязка плюс слабое давление на глазные яблоки — вызванные потенциалы перестали регистрироваться и при исследовании с открытыми глазами. По данным объективных методов, которым мы привыкли доверять больше субъективных, Володя Бронников как бы также использовал альтернативное видение в условиях, когда можно было использовать обычное… Это утверждение — серьезное. Оно нуждается в проверках и перепроверках. Кроме Володи есть и другие, уже хорошо обученные альтернативному видению. Наконец, уже созревает для таких исследований Лариса. Но если этот феномен подтвердится, придется думать об альтернативной (какие каналы?) передаче зрительной информации или о прямом поступлении информации в мозг человека, минуя органы чувств. Возможно ли это? Мозг отгорожен от внешнего мира несколькими оболочками, он прилично защищен от механических повреждений. Однако через все эти оболочки мы регистрируем то, что происходит в мозге, причем потери в амплитуде сигнала при прохождении через эти оболочки удивительно невелики — по отношению к прямой регистрации с мозга сигнал уменьшается по амплитуде не более чем в два-три раза (если уменьшается вообще!).

Так о чем же здесь идет речь, к чему нас подводят наблюдавшиеся факты?

Физик С. Давитая предложил оценивать формирование альтернативного зрения как феномен прямого видения. Речь, таким образом, идет о возможности непосредственного поступления информации в мозг, минуя органы чувств.

Возможность прямой активации клеток мозга факторами внешней среды и, в частности, электромагнитными волнами в процессе лечебной электромагнитной стимуляции легко доказывается развивающимся эффектом. Можно, по-видимому, допустить, что в условиях сверхзадачи — формирования альтернативного зрения — результат достигается действительно за счет прямого видения, прямой активации клеток мозга факторами внешней среды. Однако сейчас это — не более чем хрупкая гипотеза. А может быть, сами электрические волны мозга умеют «обыскивать» внешний мир? Типа «радиолокаций»? А может быть, всему этому есть другое объяснение? Надо думать! И изучать!

Какого рода защитный механизм должен играть ведущую роль в возможностях мозга Ларисы использовать и нормальные и условно-патологические виды активности? Много лет назад, прицельно исследуя эпилептический мозг, я пришла к выводу, что не только локальная медленная активность, отражая изменения в мозговой ткани, обладает одновременно и защитной функцией (как показал известный английский физиолог Грей Уолтер в 1953 году). Функция подавления эпилептогенеза присуща физио-логическим процессам, проявляющимся высоковольтной медленной активностью пароксизмального типа. Предположение было проверено: на область эпилептогенеза был подан местно синусоидальный ток, модулирующий эти медленные волны, — он четко подавил эпилептиформную активность!

При эпилепсии мы видим эту защиту уже недостаточно активной, ее «перестает хватать» для подавления эпилептогенеза. И далее, усиливаясь, эта наша наиболее важная физиологическая защита становится сама явлением патологическим, выключая сознание на все более длинный срок. Всячески оберегая Ларису от необязательной перегрузки, мы не проводили еще у нее запись ЭЭГ сна. Это главным образом интересно нам, хотя и не опасно для Ларисы — и даже может быть небесполезно. По ЭЭГ Ларисы и по аналогии с тем огромным международным опытом исследования эпилептиформной активности и эпилепсии, Лариса работает на формирование зрения (прямого видения) за счет разных механизмов активации, балансируемых собственной физиологической защитой. Однако неправильно было бы полностью пренебрегать тем, что в ЭЭГ Ларисы много одиночной и групповой острой, в том числе высоковольтной, активности — она здесь как бы «на грани» физиологического; и тем, что в ее ЭЭГ, записанной в бодрствующем состоянии, эпизодически обнаруживается высоковольтная пароксизмальная медленная активность — двуединый механизм мозга, его надежная защита, тоже уже «на грани» превращения в проявление патологическое. Напоминаю здесь тем, кто не знаком с этим направлением наших работ: появление в бодрствующем состоянии внезапных высоковольтных медленных волн в ЭЭГ отражает переход физиологического процесса защиты в явление патологическое! В данном конкретном случае, однако, по-видимому, все еще выполняющего свою важнейшую физиологическую роль, поскольку отсутствуют клинические проявления эпилепсии.

Умение владеть собой расценивается прежде всего как проявление адаптации. Физиологически реализация эмоций «малой кровью» (без распространения патологического возбуждения) осуществляется при сбалансированности сверхмедленных процессов — тех, которые в мозге связаны с развитием эмоций, и тех, которые в том же мозге ограничивают их распространение (сверхмедленные физиологические процессы другого знака). Эта форма защиты, как и описанная выше, также может иметь свое патологическое лицо — усиливаясь, защита препятствует развитию эмоций, вплоть до появления состояний, определяемых как эмоциональная тупость. Является ли защита, рассмотренная по ЭЭГ, не только защитой, но и запретом? В известной мере и до известной степени — да. И прежде всего в отношении патологии или условной патологии, в данном случае — условно-эпилептогенной активности. Уже и здесь можно, правда, с некоторой натяжкой говорить о двуединстве физиологической защиты. Защита «от» и запрет «на» развитие эмоции гораздо определеннее во втором защитном механизме.

По мере продвижения от физиологического процесса к патологическому его запретительная функция выступает все ярче.

У обоих приведенных здесь механизмов защиты, в отличие от того, который формируется памятью, есть физиологические корреляты, что делает их как бы «ручными» для изучения. Сведения о них приведены здесь по поводу разговора о Ларисе, но не все является результатом прямых исследований, «запретительная» роль детектора ошибок проявляется не в его физиологических коррелятах, хотя они имеются. Запретительные свойства детектора ошибок проявляются в субъективном, эмоциональном, а далее — нередко в поведенческом и двигательном компонентах. Однако потенциальное двуединство феномена детекции ошибок также существует. Детектор ошибок является в норме нашей защитой, но при гиперфункции вызывает патологические проявления типа невроза, навязчивых состояний; от страха, оберегающего нас от нередко очень чувствительных последствий наших ошибок, до невроза, когда детектор не «предлагает» (напоминает, намекает!), но требует, доминирует и в крайней форме выводит человека из социальной жизни.

В отличие от сказанного выше, все известное о памяти — самом главном, базисном механизме, определяющем устойчивое состояние и здоровья, и болезни, в значительной мере поддерживающем поведение большинства членов общества в рамках моральных ценностей, морального «кодекса законов», — оказывается пока результатом анализа лишь проявлений активности человека. Как я писала вначале, мы — пока, по крайней мере, — видим лишь результаты невидимой работы памяти; прямые физиологические корреляты этого важнейшего механизма работы мозга неизвестны.

Механизмы работы мозга должны и далее интенсивно изучаться. На мой взгляд, известным на сегодня физиологических закономерностям, в том числе и приведенным здесь, уже должно быть найдено место в преподавании человековедения или, проще, предмета: «познай самого себя».

Работа выполнена по гранту поддержки научных школ № 00-15-97893.

ЛОБНЫЕ ДОЛИ МОЗГА И РЕГУЛЯЦИЯ ПСИХИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

ЛОБНЫЕ ДОЛИ МОЗГА И РЕГУЛЯЦИЯ ПСИХИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Как известно, лобные доли мозга, в частности их третичные образования (к которым относится префронтальная кора), являются филогенетически поздно сформировавшимся отделом больших полушарий. Эта область коры, которая едва намечается даже у хищных, получает сильное развитие у приматов, а у человека занимает до 25% всей площади больших полушарий. Поражение лобных долей мозга у человека приводит к нарушению лишь сложных, вызываемых с помощью речи форм активации, составляющих психофизиологическую основу произвольного внимания. Элементарные формы ориентировочного рефлекса (или непроизвольного внимания) не только сохранены, но нередко даже патологически усилены. Анализ физиологических данных показывает, что лобные доли мозга и особенно медиально-базальные отделы являются корковым аппаратом, регулирующим состояние активности. Они играют решающую роль в обеспечении одного из важнейших условий сознательной деятельности человека – создании необходимого тонуса коры и модифицируют состояние бодрствования в соответствии с задачами, которые стоят перед индивидом.

Лобные доли и регуляция движений и действий. Уже при самом поверхностном наблюдении за больными с массивными поражениями лобных долей мозга становится очевидным нарушение у них замыслов и намерений. Как показывает опыт исследований таких больных, нарушаются лишь высшие формы организации сознательной деятельности, в то время как элементарные уровни их проявления сохраняются. Больной часто не может выполнить задание, не отвечает на вопросы и, казалось бы, не обращает внимания на собеседника. Однако если во время исследования раздается скрип двери и в палату входит сестра, больной поворачивается к ней, иногда даже непроизвольно откликается на ее беседу с другими больными. Опытные врачи хорошо знают, что беседа с соседом больного – верный способ вызвать активацию речевой деятельности у него самого. Нарушение функций лобных долей приводит к распаду сложных программ деятельности и к замене их либо более простыми формами поведения, либо инертными стереотипами, потерявшими связь с ситуацией. Например, если больному предложить зажечь свечу, он успешно зажигает спичку, но вместо того чтобы поднести ее к свече, которую держит в руке, берет свечу в рот и начинает «раскуривать» ее, как папиросу. Новое и относительно мало упроченное действие заменяется, таким образом, хорошо упроченным стереотипом. Больные с поражениями лобных долей хорошо копируют действия врача, повторяя, например, движения его руки и пр. Однако если им предъявить речевую инструкцию, то они затрудняются ее выполнить. Характерным является то, что попытка использовать собственную речь в качестве регулятора поведения не компенсирует дефект: больной правильно повторяет инструкцию, но нужных действий не производит. Такой переход на элементарный уровень непосредственных эхопраксических реакций является типичным симптомом распада произвольных движений у больных с массивными поражениями лобных долей мозга. При массивном поражении лобных долей разрушается механизм, ответственный за формирование программы действия. В самом простом варианте – это замена заданной программы инертным стереотипом. Больные с двусторонним поражением лобных долей не только не способны выполнять сложные действия, но и не замечают допускаемые ошибки. Другими словами, они утрачивают контроль над своими действиями, происходит распад функции «акцептора действия» (по П. К. Анохину). Специальные исследования показали, что последнее ограничивается только собственными действиями. Больной способен отметить аналогичные ошибки, допущенные другим лицом.

Лобные доли и регуляция мнестических и интеллектуальных действий. У больных с поражением лобных отделов мозга фонетическая, лексическая и логико-грамматическая функции речи сохранны. Вместе с тем у них наблюдают грубейшие нарушения регулирующей функции речи, т.е. возможность направлять и регулировать поведение с помощью как чужой, так и собственной речи. Больные не способны создавать прочные мотивы запоминания и поддерживать активное напряжение, необходимое для произвольного запоминания. Другими словами, страдает сложная мнестическая деятельность в целом. У больных нарушается интеллектуальная деятельность, начиная от наиболее простых и наглядных ее форм и кончая сложными видами отвлеченной дискурсивной деятельности. Эти симптомы ярко проявляются при пересказе больными достаточно сложной сюжетной картинки. Они не способны сопоставить детали картинки друг с другом, затем выдвинуть некоторую гипотезу и сверить ее с реальным содержанием картинки. Подобная последовательность действий характерна для нормального человека. Например, больному с пораженными лобными долями мозга предъявляют картинку, где изображен мальчик, провалившийся в прорубь. К нему бегут люди, на льду вблизи проруби выставлена надпись «Осторожно», вдали виден город. Больной не способен проанализировать картинку. Увидев надпись «Осторожно», он сразу заключает: «Ток высокого напряжения!»; увидев милиционера, бегущего спасать тонущего, больной говорит: «Война!» и т.д.

Лобные доли и регуляция эмоций. Сразу после разрушения коры лобного полюса больные становятся апатичными, лицо принимает характер маски, у некоторых отмечают мутизм или акинезию (скованность, отсутствие движений). Через несколько дней после поражения, кроме разнообразных двигательных нарушений (см. выше), наблюдаются стертость эмоций и неадекватное поведение.

Вопросы

1. Асимметрия функций головного мозга человека (на примере речевой функции).

2. Затылочные отделы мозга и зрительное восприятие.

3. Участие коры в организации наглядных пространственных синтезов.

4. Лобные доли мозга и регуляция психической деятельности человека.

Литература

Лурия А. Р. Основы нейропсихологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973.

Спрингер С., Дейч Г. Левый мозг, правый мозг. М.: Мир, 1983.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Физиология и патофизиология после травмы головного мозга

Регулирование температуры мозга в значительной степени зависит от метаболической активности мозговой ткани и остается сложной. В клинической практике интенсивной терапии в настоящее время настоятельно рекомендуется непрерывный мониторинг внутренней температуры у пациентов с черепно-мозговой травмой. После серьезной черепно-мозговой травмы температура мозга часто выше и может изменяться независимо от системной температуры. Было показано, что в случае черепно-мозговой травмы мозг чрезвычайно чувствителен и уязвим к небольшим колебаниям температуры.Профилактика лихорадки была предложена в качестве терапевтического средства для ограничения повреждения нейронов. Однако контроль температуры после черепно-мозговой травмы, субарахноидального кровоизлияния или инсульта может оказаться сложной задачей. Кроме того, жар может иметь положительные эффекты, особенно в случаях, связанных с инфекциями. Хотя терапевтическая гипотермия показала положительный эффект на животных моделях, ее использование все еще обсуждается в клинической практике. Цель данной статьи — описать физиологию и патофизиологию изменений температуры мозга после травмы головного мозга и изучить эффекты контроля температуры мозга после такой травмы.

1. Введение

Многие популярные речевые обороты связывают активность мозга с температурой. В настоящее время хорошо известно, что, хотя температура мозга во многом зависит от метаболической активности ткани мозга, регулирование этих двух параметров является сложным. Взаимосвязь между температурой и обменом веществ всегда интерактивна. Хотя метаболизм клеток головного мозга является основным определяющим фактором температуры мозга, незначительные изменения температуры мозга могут привести к значительным изменениям метаболизма нервных клеток и, следовательно, функции мозга.Жесткий контроль температуры мозга имеет решающее значение для оптимальной работы мозга в различных физиологических условиях, таких как интенсивная физическая активность или полный отдых.

В клинической практике интенсивной терапии настоятельно рекомендуется постоянный мониторинг внутренней температуры у пациентов с черепно-мозговой травмой [1]. Было показано, что в случае травм мозг чрезвычайно чувствителен и уязвим к небольшим колебаниям температуры. Действительно, лихорадка считается вторичным повреждением мозга у нейрохирургических пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой [2], субарахноидальным кровоизлиянием [3] или инсультом [4], у которых гипертермия является частым явлением.В этих случаях направленная нормотермия может использоваться для ограничения вторичного повреждения головного мозга. Эта статья направлена ​​на описание физиологии и патофизиологии, связанных с изменениями температуры мозга, с особым вниманием к остро больным пациентам, страдающим тяжелой черепно-мозговой травмой, инсультом или субарахноидальным кровоизлиянием.

2. Физиология температуры мозга

Производство энергии в организме человека происходит за счет метаболизма глюкозы, белков и жиров. Конечными продуктами аэробного метаболизма являются углекислый газ (CO ₂ ) и вода.Производство аденозинтрифосфата (АТФ), основной молекулы внутриклеточного хранения энергии, сопровождается нагревом (рис. 1). Энергия, теряемая при переносе электронов и окислительном фосфорилировании, в значительной степени преобразуется в тепло и способствует поддержанию температуры тела на уровне 37 ° C. При сжигании глюкозы и белка получается 4,1 ккал / кг, а при сжигании жира — 9,3 ккал / кг. Следовательно, производство тепла зависит от энергетического обмена [5].

Хотя мозг составляет от 2 до 3% массы тела человека, он использует 20% и 25% от общего потребления организмом кислорода и глюкозы, соответственно.Даже в состоянии покоя метаболическая активность тканей мозга высока. Энергетический обмен в головном мозге в основном аэробный; 95% глюкозы, используемой мозгом, подвергается окислительному метаболизму. Примерно 40% энергии, обеспечиваемой глюкозой, используется для производства АТФ; остаток (примерно 60%) превращается в тепло [5]. В нормальных условиях производство тепла в мозгу уравновешивается его рассеиванием. В отличие от других органов, таких как мышцы, тепло, производимое в головном мозге, нелегко рассеивается из-за защиты мозга черепом.Температура мозга зависит в первую очередь от трех факторов: местного производства тепла, температуры кровеносных сосудов и церебрального кровотока. Рассеяние выделяемого тепла улучшается за счет анатомической специализации сосудов, которая обеспечивает теплообмен.

2.1. Теплообменники

Теплообменники различаются в зависимости от вида. У кошачьих артериальная кровь для головного мозга протекает через сосудистую сеть у основания черепа. У этих видов сонная артерия находится очень близко к кавернозному или крыловидному синусу, который принимает холодную кровь со слизистой оболочки носа.Этот теплообмен вызывает избирательное охлаждение мозга (SBC), которое зависит от симпатической активности [6]. У собак каротидная сетка находится в зачаточном состоянии [7]. Однако большая поверхность кавернозного синуса, которая находится в тесном контакте с основанием мозга, позволяет напрямую охлаждать ростральный ствол мозга. Подобные региональные SBC были обнаружены у других млекопитающих. У людей лицо и поверхности слизистой оболочки носа, которые являются источниками холодной венозной крови, имеют малые размеры по сравнению с массой мозга.Более того, специализированного теплообменника, подобного сетчатой ​​сонной артерии, у людей не существует, и значительная часть кровоснабжения мозга обеспечивается позвоночными артериями, которые не имеют прямого контакта с холодной венозной кровью [6]. Холодная кровь с кожи головы может течь в череп и охлаждать мозг через эмиссарные вены височных и теменных костей [8]. Более того, корковые артерии головного мозга могут преодолевать расстояния от 15 до 20 см в трещинах и бороздах на поверхности мозга, прежде чем достичь своего конечного пункта назначения в коре и прилегающем белом веществе [9].Перфорирующие вены, соединяющие кожу головы с венозными синусами твердой мозговой оболочки, позволяют венозным синусам получать холодную кровь. Таким образом, температура крови в носовых пазухах зависит от относительного вклада экстракраниальных и внутричерепных притоков. Путь скальп-синус может быть источником регионарного SBC. Еще один источник регионарного SBC — верхние дыхательные пути. Носовые полости помогают охлаждать артериальную кровь за счет теплообмена между вдыхаемым воздухом и кровью слизистой оболочки носа.Толщина кости между носом и дном передней черепной ямки обеспечивает теплообмен и охлаждение лобных долей [10]. Когда эти теплообменники закорочены, например, при механической вентиляции с интубацией трахеи, венозная кровь из носовых полостей больше не охлаждается при вентиляции. Высокая частота дыхания, наблюдаемая в связи с повышением температуры тела, скорее всего, способствует увеличению теплопередачи в носовых полостях, что приводит к защите мозга за счет снижения температуры крови, кровоснабжающей мозг.

2.2. Тепловые отсеки

У человека описаны два тепловых отсека: центральный и периферийный [11]. Центральный отсек включает ткани, которые обладают высокой перфузией при любых условиях. В этом отсеке происходит быстрый теплообмен, и теоретически его температура относительно однородна. Туловище, голова, а также мозг составляют центральный отсек. Периферический отсек включает ткани, температура в которых переменная и неоднородная (нижние конечности, руки и кожа).Температура в периферическом отделении обычно на 2–4 ° C ниже, чем в центральном отделении, и сильно зависит от тонуса сосудов.

Интегративный центр, регулирующий температуру тела, расположен в гипоталамусе [12]. Хотя механизмы ответа этого центра еще полностью не известны, они, вероятно, включают нейротрансмиттеры, такие как норэпинефрин, дофамин, ацетилхолин, нейропептиды и простагландины, такие как PGE2. Внутренняя температура подвергается циркадным колебаниям, которые контролируются высвобождением мелатонина из супрахиазматического ядра.Гипоталамический центр также регулирует температуру центрального компартмента в ответ на информацию от терморецепторов (моносинаптический путь), питание, двигательную активность или секрецию кортикостероидов (плюрисинаптический путь).

Регулирование температуры, или гомеотермия, остается очень активной областью исследований. Были описаны две нейронные модели регуляции температуры у млекопитающих: модель заданных значений и модель нулевой зоны. Модель уставки включает регулируемую уставку и сигналы от периферических и / или центральных чувствительных к температуре нейронов, которые интегрируются и сравниваются с уставкой на уровне гипоталамуса.Термогенные или термолитические реакции могут скорректировать внутреннюю температуру до заданного уровня [13, 14]. Здесь считается, что лихорадка или переохлаждение являются результатом изменения уставки [15]. Альтернативная точка зрения состоит в том, что внутренняя температура тела защищается на уровне «установленного уровня» или «нулевой зоны», а не на уровне уставки [16]. Существование этой «нулевой зоны» было продемонстрировано у нескольких видов, включая человека [16]. Модель нулевой зоны основана на взаимодействии двух переменных, а не на сравнении переменной с постоянной уставкой.Взаимное перекрестное ингибирование между датчиком холода и эффекторным путем производства тепла и теплым датчиком и эффекторным путем потери тепла, с целью защиты нулевой зоны внутренней температуры, является основой этой модели [17].

2.3. Физиологические колебания температуры мозга

2.3.1. Активность мозга

Энергетический метаболизм нейронов в основном используется для восстановления мембранного потенциала после деполяризации клеток [18]. Это предполагает связь между клеточным метаболизмом и электрической активностью.Учитывая, что большая часть энергии, используемой для метаболизма нейронов, в конечном итоге преобразуется в тепло, производство тепла мозгом является важной характеристикой метаболической активности мозга. У животных наблюдались значительные изменения температуры мозга на 2-3 ° C после поведенческих стимулов [19, 20]. Увеличение внутримозгового производства тепла, по-видимому, является основной причиной гипертермии мозга, наблюдаемой у животных при поведенческих стимулах. Действительно, сначала повышается температура мозга, а затем температура крови [21, 22].У бодрствующих субъектов (или животных) в этих условиях кровь, идущая в мозг, поэтому холоднее, чем сам мозг, и температурный градиент между мозгом и артериальной кровью увеличивается с интенсивностью поведенческих стимулов.

Таким образом, повышенная активность мозга и обмен веществ сопровождаются повышением температуры. Одновременно как у животных, так и у людей увеличивается церебральный кровоток (CBF). Повышение местной церебральной температуры в результате усиления местного метаболизма можно рассматривать как одну из причин увеличения местного кровотока, которое способствует взаимодействию между CBF и метаболизмом.

2.3.2. Общая анестезия

Как описано ранее, в состоянии бодрствования мозг теплее, чем артериальная кровь. Снижение церебрального метаболизма, вызванное общей анестезией, может повлиять на температуру мозга. У крыс, которым вводили пентобарбитал, уретан или альфа-хлоралозу, температура мозга снижалась быстрее, чем ректальная температура [23]. Таким образом, под общей анестезией здоровый мозг может быть холоднее, чем кровь, как показали эти исследования на животных.

2.4. Где нам измерять температуру?

Центральную температуру можно оценить путем измерения температуры нижней части пищевода, легочной артерии, носоглотки или барабанной полости [24]. Температура головного мозга обычно считается «центральной» температурой, и при отсутствии внутричерепной патологии ее можно определить путем измерения температуры барабанной перепонки или пищевода. Эти температуры легко измерить, и их часто используют для отслеживания изменений температуры мозга. Однако в случаях тяжелого повреждения головного мозга оценки, полученные с помощью таких измерений, могут быть неточными [25, 26].

У человека центр мозга на 0,5–1 ° C теплее эпидурального пространства [27]. Температура поверхности мозга всегда ниже, чем температура его ядра, но она также более изменчива. По этим причинам рекомендуется вводить датчики температуры на глубину не менее 1,5–2 см в паренхиму головного мозга [28]. В настоящее время доступно несколько датчиков температуры, все из которых используют технологию термопар. Некоторые из них предназначены для интрапаренхиматозного, а другие — для внутрижелудочкового применения.Анализ литературы не позволяет рекомендовать один зонд по сравнению с другим. Чаще всего используются интрапаренхимальные зонды [29].

Совсем недавно были разработаны методы неинвазивного измерения температуры мозга с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (MRS) [30, 31]. Экспериментальные исследования на фантомах [31] и экспериментальных моделях [32] показали тесную корреляцию между температурами, измеренными с помощью MRS, и температурами, измеренными с помощью имплантированных зондов. MRS использовалась для измерения температуры у здоровых взрослых людей-добровольцев, во время охлаждения головы, у детей, у пациентов с опухолями мозга и у пациентов с ишемическим инсультом [33].

3. Физиологические изменения в мозге, вызванные вариациями температуры мозга

Изменения температуры головного мозга существенно влияют на сосудистые, метаболические и нейрональные параметры. Поскольку они оказывают большое влияние на физиологию мозга, понимание этих изменений имеет важное значение.

3.1. Церебральный метаболизм

Взаимосвязь между температурой и мозговой активностью широко изучалась с помощью электрофизиологии. Исследования на животных показали тесную связь между температурой мозга и скоростью метаболизма кислорода в мозге (CMRO ₂ ) [34].Предыдущие исследования на крысах и собаках показали, что изменения температуры более чем на 1 ° C значительно влияют как на функциональный неврологический исход, так и на гистопатологию [35]. Церебральный метаболизм изменяется линейно с температурой мозга, с изменениями метаболизма от 6 до 8% на градус Цельсия температуры [36, 37]. У собак, находящихся под наркозом при 28 ° C, церебральный метаболизм составляет только 50% от метаболизма при 37 ° C [38]. Таким образом, при таких температурах потребление кислорода мозгом резко снижается. Также было показано, что все пути производства энергии в головном мозге, включая скорость церебрального метаболизма глюкозы (CMR _glu ) и лактата, снижаются в 2–4 раза при снижении температуры на каждые 10 ° C [39 ].

In vitro температура влияет на пассивные свойства нейрональной мембраны и синаптические ответы (постпотенциал). Синаптическая передача зависит от температуры. Влияние температуры на выброс нейротрансмиттеров (возбуждающий постсинаптический потенциал) кажется более выраженным, чем влияние температуры на сам синаптический ответ [40, 41]. Эти температурно-зависимые изменения электрофизиологических свойств могут быть связаны с воздействием на ионные каналы нейронов.Действительно, некоторые кальциевые или потенциалзависимые натриевые каналы регулируются температурой [42, 43]. Более того, диффузия глутамата и токсичность повышаются с повышением температуры [44]. Изменения температуры изменяют высвобождение, обратный захват и диффузию нейротрансмиттеров в мозге. На животных моделях ишемии или очагового повреждения головного мозга температура мозга выше 39 ° C связана с повышенным уровнем внеклеточных возбуждающих аминокислот, открытием гематоэнцефалического барьера и усилением протеолиза цитоскелета нейронов [45].Эксайтотоксичность зависит от температуры мозга.

3.2. Церебральный кровоток

Церебральный кровоток (CBF) также изменяется с температурой, и эти изменения пропорциональны изменениям в мозговом метаболизме, вызванным колебаниями температуры [46]. Из-за физиологической связи между CBF и метаболизмом снижение температуры мозга вызывает сопутствующее снижение метаболизма и кровотока [47], что приводит к снижению внутримозгового сосудистого объема и внутричерепного давления [48].Однако некоторые исследования предполагают, что связь между CMRO ₂ и CBF является нелинейной [49]. Во время легкой гипотермии после остановки сердца у человека CBF низкий [47]. Нагревание в течение 24 часов увеличивает CBF до нормальных значений. Недавнее исследование 10 пациентов в коме, которые были успешно реанимированы после остановки сердца вне больницы, сообщило о влиянии легкой терапевтической гипотермии на CBF и извлечение кислорода из мозга. Средняя внутренняя температура в начале исследования составляла 34,3 ° C, и эта температура поддерживалась между 32 и 34 ° C в течение 72 часов.Средняя скорость кровотока в средней мозговой артерии (MFV _MCA ) была низкой при поступлении и значительно увеличилась через 72 часа [50]. Средняя оксигенация луковицы яремной впадины (SjbO ₂ ) была нормальной у большинства пациентов на протяжении всего исследования. Наблюдение за нормальным SjbO ₂ вместе с низким MFV _MCA убедительно свидетельствует о снижении церебрального метаболизма в течение первых 24–48 часов легкой терапевтической гипотермии. Однако тот факт, что SjbO ₂ достиг плато через 24–30 часов после поступления, указывает на относительно низкую экстракцию кислорода головным мозгом.Эти данные свидетельствуют о том, что церебральная метаболическая связь может быть потеряна во время переохлаждения.

3.3. Углекислый газ, pH и кислород

Уровень газообразного углекислого газа (CO ₂ ) или парциального давления CO ₂ (PaCO ₂ ) в артериальной крови зависит от коэффициента растворимости этого газа, который равен сам зависит от температуры. С понижением температуры количество газообразного CO ₂ уменьшается. Другими словами, когда бутылка холодная, в бутылке шампанского становится меньше пузырей.Более того, энергетический метаболизм клеток, конечными продуктами которого являются вода и CO ₂ , снижается с температурой. Следовательно, производство CO ₂ снижается при переохлаждении. Таким образом, как по физическим, так и по метаболическим причинам PaCO ₂ уменьшается с температурой [51]. Точно так же pH изменяется под воздействием температуры из-за изменений PaCO ₂ : гипертермия сопровождается ацидозом, а гипотермия — алкалозом [52]. Газ CO ₂ проникает через гематоэнцефалический барьер и передает индуцированные модификации (например,ж., алкалоз при переохлаждении) во внеклеточную среду, регулирующую состояние сосудистого тонуса артериол. Это объясняет, почему гипокапния, вызванная гипотермией, может вызывать сужение артериол и снижение внутричерепного давления [53].

Уменьшение PaCO ₂ частично является результатом снижения потребления кислорода (O ₂ ) [53]. Это снижение может быть полезным в регионах с высоким риском ишемии. Однако этому эффекту противодействует увеличение сродства гемоглобина к кислороду, которое происходит при понижении температуры (рис. 2).Повышенное сродство гемоглобина к кислороду препятствует диффузии кислорода к тканям.

3.4. Воспаление головного мозга и гематоэнцефалический барьер

У животных после очаговой травмы (перкуссия жидкости) воспалительная реакция ушибленных и неконтактных участков мозга зависит от температуры. Накопление лейкоцитов увеличивается с повышением температуры [54]. Эти изменения воспалительных процессов могут играть важную роль в посттравматическом каскаде. Более того, проницаемость гематоэнцефалического барьера, по-видимому, также зависит от температуры мозга.Повышение температуры головного мозга может повредить эндотелиальные клетки головного и спинного мозга, что приведет к диффузии белков сыворотки через гематоэнцефалический барьер и способствует t

.

Инициатива BRAIN 2.0: От клеток к цепям, к лечению

Консультативный комитет рабочей группы 2.0 по инициативе директора NIH, созданный в апреле 2018 года, неустанно работал над оценкой прогресса и достижений BRAIN в контексте первоначального отчета BRAIN 2025 , выявить ключевые возможности применения новых и появляющихся инструментов, чтобы революционизировать наше понимание мозговых цепей, и обозначить ценные области постоянного развития технологий. В течение 1,5 лет Рабочая группа 2.0 провел совещательный и открытый процесс, состоящий из обзора портфолио, научных семинаров, мэрии и публичного запроса.

Продолжая в том же духе, Рабочая группа 2.0 поделилась с сообществом своими мыслями о текущем состоянии Инициативы BRAIN, включая возможности идти в ногу с меняющимся научным ландшафтом, а также выявить новые возможности для исследований и развития технологий. в рамках прочной этической основы для обеспечения того, чтобы исследования BRAIN Initiative имели высшую ценность для общества, которому они предназначены.После 30-дневного периода общественного обсуждения , Рабочая группа 2.0 рассмотрела все ответы, когда они повторяли отчет Консультативному комитету для директора NIH (ACD) для рассмотрения на своем заседании 14 июня 2019 г.

После получения отзывов от ACD и директора NIH, Рабочая группа 2.0 снова представила отчет ACD через телеконференцию 21 октября 2019 года. Отчет The BRAIN Initiative 2.0: From Cells to Circuits, Toward Cures , был одобрено ACD.Директор NIH д-р Фрэнсис Коллинз принял одобренный ACD отчет, и NIH внимательно рассмотрит, как интегрировать результаты исследования The BRAIN Initiative 2.0: From Cells to Circuits, Toward Cures в будущие приоритеты и инвестиции BRAIN Initiative.

Краткое содержание

В 2019 году мы находимся на полпути к реализации инициативы «Исследование мозга через продвижение инновационных нейротехнологий» (BRAIN). На сегодняшний день это крупномасштабное вложение ресурсов и времени привело к значительному прогрессу в поисках понимания мозга.Учитывая значительный прогресс в развитии технологий, сообщество нейробиологов готово применить эти новые технологии и накопленные знания, чтобы лучше понять то, что многие считают одной из самых сложных сущностей, известных человечеству: человеческий мозг. Мы также должны с уважением относиться к тому, что показывает наше собственное изучение, и быть готовыми действовать осторожно, когда мы не знаем того, чего не знаем о возможных последствиях вновь обретенных способностей контролировать активность клеток и цепей мозга.Хотя это пока невозможно в широких масштабах, это произойдет вовремя и, вероятно, раньше, чем мы думаем.

В апреле 2013 года, признавая многие научные и этические вопросы, сопутствующие инициативе BRAIN®, директор NIH доктор Фрэнсис Коллинз созвал рабочую группу высокого уровня Консультативного комитета NIH при директоре (ACD), Рабочую группу BRAIN (WG 1.0) и поручил им проанализировать последние достижения нейробиологии; формулирование краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных целей для достижения научного и этического видения инициативы BRAIN; и разработка научного плана для достижения этих целей.Рабочая группа 1.0 инициативы BRAIN разработала стратегическую дорожную карту ( BRAIN 2025: A Scientific Vision ), разбитую на семь приоритетных областей.

BRAIN 2025 признал, что быстрый темп и непредсказуемый путь исследований в области нейробиологии потребует пересмотра рекомендаций по мере развития инициативы BRAIN. Д-р Коллинз созвал новую рабочую группу (WG 2.0), чтобы пересмотреть приоритеты отчета 2025 г., чтобы оценить достигнутый прогресс и определить новые научные возможности. С апреля 2018 г. РГ 2.0 участников рассмотрели текущие инвестиции и прогресс в Инициативе BRAIN и рассмотрели потенциальные области для роста и расширения. При этом WG 2.0 запросила мнение более широкого сообщества нейробиологов и других участников Инициативы BRAIN с помощью нескольких методов: серии открытых семинаров, проведенных с августа 2018 г. по ноябрь 2018 г., трех мероприятий муниципалитета, проведенных с апреля 2018 г. по апрель 2019 г., и двух запросов. для информации (RFI).

В этом отчете представлены результаты и анализ РГ 2.0 в отношении инвестиций в инициативу NIH BRAIN на сегодняшний день и предлагает некоторые конкретные предложения относительно деятельности NIH в рамках инициативы BRAIN. WG 2.0 предлагает ACD рекомендовать директору NIH, чтобы инициатива NIH BRAIN рассмотрела выводы, анализы и предложения, содержащиеся в этом отчете, для включения в текущую исследовательскую программу. Некоторые из наших выводов и предложений могут выходить за рамки миссии NIH или могут потребовать совместных усилий с другими федеральными агентствами и организациями.В таких случаях WG 2.0 предлагает ACD рекомендовать директору NIH, чтобы NIH взаимодействовал с более широкими сообществами заинтересованных сторон, если это необходимо и целесообразно, для достижения результатов, согласующихся с содержанием этого отчета.

Приоритетные направления

Мы построили этот отчет вокруг семи научных приоритетных областей, определенных BRAIN 2025. Каждая из них представляет собой главу, в которой дается краткое описание того, как приоритетная область вписывается в цель понимания схем; рассматривает достижения на сегодняшний день в контексте краткосрочных и долгосрочных целей BRAIN 2025; выявляет пробелы и возможности; и представляет пересмотренные краткосрочные и долгосрочные цели.Затем мы формулируем эти научные направления в главе, озаглавленной «Приоритетная область 8. Организация науки », в которой рассматриваются общие темы, затрагивающие все области науки. К ним относятся управление данными и совместное использование; соображения, касающиеся научных кадров; обмен и использование технологий BRAIN Initiative; стратегии вовлечения общественности; и подключение фундаментальных исследований к исследуемым моделям болезней. В заключение мы предлагаем идеи для преобразующих проектов, которые включают сложные и многомасштабные исследования.Краткий отчет о прогрессе и перспективах для каждой приоритетной области представлен ниже и более подробно сформулирован в этом отчете. Программирование, осуществляемое в рамках инициативы NIH BRAIN с 2014 г. по настоящее время, обозначается как «BRAIN 1.0», а «BRAIN 2.0» представляет собой предстоящее программирование с настоящего момента до 2026 г. NIH должен быть готов оценить результаты этих выводов и предложений. и обзор достижений BRAIN 2.0 за 5 лет.

Приоритетная область 1.Обнаружение разнообразия : выявление и экспериментальный доступ к различным типам клеток мозга для определения их роли в здоровье и болезнях

• Прогресс в этой приоритетной области был быстрее, чем ожидалось, благодаря достижениям в области высокопроизводительных технологий и аналитических методов. Новые возможности для BRAIN 2.0 включают в себя расширенное профилирование типов клеток и анализ данных для интеграции измерений дополнительных фенотипических характеристик клеток мозга; формирование понимания на основе белков и доступа к типам клеток; обеспечение генетического и негенетического доступа к типам клеток множества видов; расширение биологии клеток человека; и выполнение моделей работы схемы на основе типов ячеек.По завершении Инициативы BRAIN мы ожидаем, что текущий и дополнительный прогресс в этой области прояснит и, возможно, даже определит вклад различных типов клеток в функцию контура и физиологические и патологические последствия.

Приоритетная область 2. Карты в нескольких масштабах : Создание схем соединений с разным разрешением от синапсов до всего мозга

• Мы заметили существенный прогресс в этой приоритетной области, отраженный впечатляющими улучшениями в обработке тканей и визуализации, благодаря которым области мозга и схемы стали более рельефными для дальнейшего исследования.Возможности BRAIN 2.0 включают повышение скорости и эффективности этих новых мощных инструментов; распространение анализа на более крупный мозг; увеличение картирования ненейрональных типов клеток и синапсов; интеграция структурных и функциональных карт в один мозг; и получение и уточнение достижений науки о данных для облегчения межвидовых сравнений. По завершении инициативы BRAIN мы ожидаем, что дальнейший прогресс в этой области позволит нам более полно понять структуру мозга и его многочисленные функции.Этот многомерный взгляд будет преобразующим для разработки терапевтических подходов, учитывающих этот сложный орган.

Приоритетная область 3. Мозг в действии : Создание динамической картины функционирующего мозга путем разработки и применения улучшенных методов крупномасштабного мониторинга нейронной активности

• Мы наблюдаем хороший прогресс в этой приоритетной области, отчасти благодаря усовершенствованию оборудования и интегрированным стратегиям, сочетающим электрофизиологию с оптической визуализацией, оптогенетикой и фармакологической модуляцией.Возможности BRAIN 2.0 включают расширение возможностей понимания нейромодуляторной функции; инструменты для изучения более крупного мозга (приматов); и сложные вычислительные инструменты для лучшей оценки поведения (особенно в естественных условиях). По завершении инициативы BRAIN мы ожидаем, что дальнейшие успехи в этой области обеспечат более четкое понимание того, как динамическая активность в областях мозга и между ними управляет столь многими различными формами поведения у животных и людей.

Приоритетное направление 4.Демонстрация причинно-следственной связи : Свяжите активность мозга с поведением, разработав и применив точное вмешательствоa

.

Функции и анатомия частей, схемы, состояния, советы по здоровью

Cerebrum

Головной мозг — самая большая часть мозга. Он разделен на две половины, называемые полушариями. Два полушария разделены бороздкой, называемой межполушарной щелью. Ее еще называют продольной трещиной.

Каждое полушарие головного мозга разделено на широкие области, называемые долями. Каждая доля связана с разными функциями:

• Лобные доли. Лобные доли самые большие из долей. Как видно из их названия, они расположены в передней части мозга. Они координируют высокоуровневые формы поведения, такие как двигательные навыки, решение проблем, суждение, планирование и внимание. Лобные доли также управляют эмоциями и импульсами.
• Теменные доли. Теменные доли расположены за лобными долями. Они участвуют в организации и интерпретации сенсорной информации из других частей мозга.
• Височные доли. Височные доли расположены по обе стороны головы на одном уровне с ушами. Они координируют определенные функции, включая зрительную память (например, распознавание лиц), вербальную память (например, понимание языка) и интерпретацию эмоций и реакций других.
• Затылочные доли. Затылочные доли расположены в задней части головного мозга. Они активно участвуют в умении читать и распознавать напечатанные слова, а также в других аспектах зрения.

Мозжечок

Мозжечок расположен в задней части головного мозга, чуть ниже затылочных долей. Он связан с мелкой моторикой, которая относится к координации более мелких или более тонких движений, особенно тех, которые связаны с руками и ногами. Это также помогает телу поддерживать осанку, равновесие и баланс.

Промежуточный мозг

Промежуточный мозг расположен в основании головного мозга. Он содержит:

Таламус действует как своего рода ретрансляционная станция для сигналов, поступающих в мозг.Он также участвует в сознании, сне и памяти.

Эпиталамус служит связующим звеном между лимбической системой и другими частями мозга. Лимбическая система — это часть мозга, отвечающая за эмоции, долговременную память и поведение.

Гипоталамус помогает поддерживать гомеостаз. Имеется в виду баланс всех функций организма. Это достигается посредством:

• поддержания ежедневных физиологических циклов, таких как цикл сна-бодрствования
• контроля аппетита
• регулирования температуры тела
• контроля выработки и высвобождения гормонов

Ствола мозга

Ствол головного мозга расположен перед мозжечком и соединяется со спинным мозгом.Он состоит из трех основных частей:

• Средний мозг. Средний мозг помогает контролировать движение глаз и обрабатывает зрительную и слуховую информацию.
• Понс. Это самая большая часть ствола мозга. Он расположен ниже среднего мозга. Это группа нервов, которые помогают соединять разные части мозга. Мост также содержит начало некоторых черепных нервов. Эти нервы участвуют в движениях лица и передаче сенсорной информации.
• продолговатый мозг. Продолговатый мозг — это нижняя часть головного мозга. Он действует как центр управления работой сердца и легких. Он помогает регулировать многие важные функции, включая дыхание, чихание и глотание.

.

Биологические / физиологические факторы

Теоретики различаются по порядку появления паттернов реакции.

Вегетативная нервная система. Вегетативная нервная система (ВНС) состоит из двух компонентов: симпатической нервной системы (СНС) и парасимпатической нервной системы (ПНС). При активации СНС подготавливает тело к действиям в аварийных ситуациях; он контролирует железы нейроэндокринной системы (щитовидная железа, гипофиз и надпочечники).Активация SNS вызывает выработку эпинефрина (адреналина) надпочечниками, усиление кровотока к мышцам, учащение пульса и другие реакции готовности. И наоборот, ПНС функционирует, когда тело расслаблено или находится в состоянии покоя, и помогает организму накапливать энергию для будущего использования. Эффекты ПНС включают повышенную активность желудка и снижение притока крови к мышцам.

Ретикулярная активирующая система. Ретикулярная активирующая система (РАС) — это сеть нейронов, которая проходит через ядро ​​заднего мозга в средний и передний мозг.Было продемонстрировано, что электрическая стимуляция РАС вызывает изменения электрической активности коры (измеренной с помощью электроэнцефалограммы), которые неотличимы от изменений электрической активности, наблюдаемых при наличии внешних раздражителей (например, громких звуков). Считается, что RAS сначала возбуждает кору, а затем стимулирует ее бодрствование, чтобы она могла более эффективно интерпретировать сенсорную информацию.

Лимбическая система. Лимбическая система включает в себя передний таламус , миндалину , перегородку , гиппокамп , поясную извилину и структуры, которые являются частями гипоталамуса (рисунок).Слово лимбический означает «граница» и описывает эту систему, потому что ее структуры, кажется, образуют грубую границу вдоль внутреннего края головного мозга. Исследования связывают лимбическую систему с такими эмоциями, как страх и агрессия, а также с побуждениями, в том числе с едой и сексом.

,