Файл: 01 Нервная система 402 Нейронная доктрина.pdf

Мохеб Костанди
МОЗГ ЧЕЛОВЕКА
50
ИДЕЙ
,
о которых нужно знать

2
Введение 3
УСТРОЙСТВО И ФУНКЦИИ
НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
01 Нервная система
4
02 Нейронная доктрина
8
03 Глиальные клетки
12
04 Нервный импульс
16
05 Синаптическая передача
20
06 Чувственное восприятие
24
07 Движение
28
08 Топография мозга
32
09 Специализированные
области мозга
36
10 Асимметрия мозга
40
ВАШ МОЗГ, ВЫ САМИ
11 Зеркальные нейроны
44
12 Коннектом
48
13 Воплощенное мышление
52
14 Осознание тела
56
15 Свободная воля
60
16 Половые различия
64
17 Личность
68
18 Пациенты с поражениями мозга
72
19 Театр сознания
76
20 Расстройства сознания
80
МЫСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС
21 Внимание
84
22 Рабочая память
88
23 Обучение и память
92
24 Умозрительные путешествия
во времени
96
25 (Ре)консолидация памяти
100
26 Принятие решений
104
27 Поощрение и мотивация
108
28 Восприятие речи
112
29 Исполнительная функция
116
ДИНАМИЧЕСКИЙ МОЗГ
30 Миграция клеток
и аксональное наведение
120
31 Клеточная смерть
124
32 Синаптический прунинг
128
33 Нейропластичность
132
34 Отрочество
136
35 Стресс и мозг
140
36 Старение мозга
144
37 Нейродегенерация
148
СВОБОДА ОТ ДОГМЫ
38 Нейрогенез взрослых
152
39 Эпигенетика
156
40 Пассивный режим
160
41 Ритмы мозга
164
42 Ошибка прогноза
168
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ
И НЕПРОСТЫЕ ВОПРОСЫ
43 Стволовые клетки мозга
172
44 Стимулирование мозга
176
45 Улучшение умственной
деятельности 180
46 Сканирование мозга
184
47 Расшифровка
188
48 Нейрокомпьютерные
интерфейсы 192
49 Нейробиология и закон
196
50 Нейроэтика
200
Словарь терминов
204
Предметный указатель
206
Оглавление

3
Введение
Современная нейробиология восходит к 1890-м годам: тогда ученые впервые установи- ли, что нервная система, как и вообще все живое, состоит из клеток. Прошло сто лет, президент Джордж У. Буш объявил 1990-е «Десятилетием мозга», и с тех пор исследова- ния этого чрезвычайно сложного органа набрали потрясающие обороты. Говорят, за последние десять лет мы узнали о мозге больше, чем за предыдущие сто. Тем не менее мы по-прежнему возимся на поверхности, и громадную часть знаний еще предстоит добыть.
За эти недолгие годы возникло множество теорий работы мозга и того, как он порож- дает наши мысли и поступки. Например, френология, дисциплина XIX века, пытавша- яся соотнести черты личности с формой головы, имела в свое время большое влияние, но позднее от нее отказались как от псевдонауки. Другие ранние представления — к примеру, нейронная доктрина, то есть представление о мозге как о совокупности клеток — по-прежнему занимают центральное место в современной нейробиологии.
С развитием техники и нашего понимания мозга возрос и интерес широкой публики к наукам о мозге, к поразительным новым открытиям и их значению для людей. В то же время исследования мозга окружает немалая шумиха, и, уж конечно, они плодят уйму неподтвержденных сведений. Кроме того, множатся мифы о мозге. Один из самых расхожих примеров — представление о том, что левое полушарие у человека
«логическое», а правое «творческое». Это представление, похоже, имеет все более широкое хождение, особенно в образовательной и деловой среде.
Эта книга — попытка извлечь квинтэссенцию из столетних размышлений о мозге.
Она объединяет значимые представления нейробиологии, в свете последних данных приводит старые концепции к современному виду, а также предлагает новые, возник- шие совсем недавно. Она пытается дать достоверные объяснения представленным идеям в доступной форме, отделить зерна от плевел и пролить свет на загадочное вещество у нас в головах. Там, где возможно, я объясняю, как именно были добыты те или иные данные — какие методики применены и как исследователи уточняют свои представления по мере поступления новых сведений.
Некоторые верят, что понимание работы мозга даст нам ответы на главные вопросы жизни. Нет, не даст: исследование мозга не объяснит нам досконально ни кто мы есть, ни что это значит — быть человеком. А вот возможность лечить многочисленные тяжелые расстройства, коим мы подвержены, — вредные привычки, болезнь
Альцгеймера, инсульты и параличи, например, — такое понимание предлагает.
«Мозг человека» рассматривает — с осторожным оптимизмом — и эти надежды.

СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
4
устройство и функции нервной системы
01
Нервная система
Нервная система человека состоит из двух ключевых ком-
понентов. Первый, центральная нервная система, включает
в себя головной и спинной мозг; они принимают информацию
от остального тела и обеспечивают единство его действий.
Второй — периферическая нервная система, она обеспечивает
доставку информации от тела к мозгу и наоборот.
Человеческий мозг состоит из миллиардов клеток, организованных в систему высочайшей упорядоченности, — ее нередко считают самой сложной структурой в известной нам Вселенной, однако весит наш мозг всего 1,5 кг. Он состоит из двух полушарий, и каждое управляет зеркально противоположной половиной тела и получает от нее информацию. Кора головного мозга, покрывающая полушария, имеет четыре доли с разными функциями, и отделяются они друг от друга глубокими бороздами.
Лобная доляосуществляет сложные мыслительные функции — логиче- ские рассуждения, принятие решений, а также содержит моторные области, отвечающие за планирование и выполнение осознанных движений.
Теменная доля содержит соматосенсорные области — они заняты обработкой осязательной информации, поступающей от тела. Здесь же собираются разнообразные данные о положении тела в пространстве.
Височная доля принимает информацию от ушей, а в ее внешней поверхности находятся области, занятые распознаванием речи.
На внутренней поверхности расположен гиппокамп, необходимый для формирования памяти; вместе с прилегающими участками он также играет важную роль в пространственном ориентировании.
1700
до н. э.
Так называемый папирус Эдвина
Смита — первое описание нервной системы
900
Ар-Рази описывает черепно- мозговые нервы в медицинском трактате «Китаб аль-Хави фи аль тибб» («Аль-хави»)
1543
Издан трактат Андреаса
Везалия «О строении человеческого тела»

нервная система
5
Затылочная долярасположена в задней части мозга, и там находятся десятки областей, занятых обработкой и интерпретацией зрительных данных.
Мозг обнаженный
Мозг обнаженный
Под корой залегают несколько крупных пучков нейронов. Таламус (или «внутренняя камера») находится в самой середине и передает информацию от органов чувств соответствующим областям мозга. Таламус окружают базальные ганглии — совокупность структур, занятых преимущественно управлением движениями тела. Лимбическая система — еще одна общность подкорковых структур, расположенных между базальными ганглиями и корой. Иногда называемая «рептильным мозгом», лимбическая система эволюционно примитивнее и обслуживает эмоции, поощрение и мотивацию. В нее входят гиппокамп и амигдала
(миндалевидное тело) — оба участвуют в работе памяти.
Средний мозг — небольшая область, располагающаяся на вершине мозгово- го ствола. Здесь спрятаны пучки нейронов, контролирующих движения глаз, и он является главным источником нейромедиатора дофамина.
Нейроны, вырабатывающие дофамин, также производят пигмент мелато- нин, из-за чего средний мозг имеет темную окраску. Оттого эта часть среднего мозга называется «черным веществом».
Задний мозг заключает в себе три структуры, находящиеся сразу над спинным мозгом и вместе образующие мозговой ствол. Нижняя часть мозгового ствола (продолговатый мозг) контролирует жизненно важ- ные непроизвольные функции — дыхание и сердцебиение, а также
Слои сложности
Кора — чрезвычайно затейливая складчатая ткань, рельефно облегающая внешнюю поверхность мозга. Кора головного мозга человека имеет гораздо большую площадь, чем у других животных: в расправленном виде — около
0,2 кв. м. Ее складчатость придает мозгу привычный нам вид — со множеством извилин и борозд. В толщину кора всего несколько миллиметров, однако состоит из шести слоев, и в каждом клетки организованы на свой манер. Несмотря на одинаковое устройство каждого слоя, кора содержит множество отдельных участков со своими особыми функциями.
1641
Франциск Сильвий описывает борозду в боковой части мозга
1664
Томас Уиллис (Фома Виллизий) публикует «Cerebri
anatome, cui accessit nervorum descriptio et usus»
(«Анатомия головного мозга с добавлением к ней описания и функции нервов»).
1695
Издана «Анатомия мозга»
Хамфри Ридли

6
устройство и функции нервной системы задействована в процессах возбуждения. Над продолговатым мозгом размещается варолиев мост, соединяющий кору головного мозга со спинным, — он тоже имеет отношение к возбуждению. Третий компонент заднего мозга — мозжечок, он отвечает за равновесие и координацию движений. Он играет важнейшую роль в приобретении двигательных навыков вроде езды на велосипеде, но также занят и в переживании эмоций, и в мыслительных процессах.
Воистину час пик
Воистину час пик
Спинной мозг — главная магистраль транспортной системы организма, пучок колоссальной плотности, состоящий из миллио- нов нервных волокон, передающих информацию между телом и мозгом. Эта неимоверно хрупкая структура, защищенная позвоноч- ным столбом, умеет делать кое-что сама, без команды из мозга, — например, осуществлять коленный рефлекс.
Спинной мозг сегментирован, нервы входят и выходят из него через определенные интервалы, очень упорядоченно.
В поперечном сечении он напоминает бабочку.
Волокна двигательных нейронов выходят из передней части спинного мозга наружу и простираются к мышцам тела, донося к ним из головного мозга информацию о произвольных движениях. Аксоны чувствительных
(сенсорных) нейронов несут информацию от тела к задней стороне спинного мозга и образуют связи с нейронами второго порядка, а те передают информацию в мозг. Переплетение аксонов двигательных и чувствительных нейронов создает периферическую нервную систему.
Гонцы
Гонцы
Периферическая нервная система объединяет все нервы, выходя- щие из головного и спинного мозга, и состоит из двух компонентов.
Первый, соматическая нервная система, объединяет чувствительные и двигательные нервные волокна, передающие информацию между телом и спинным мозгом. Эти нервные волокна обеспечивают телесные ощущения и управление движениями.
Второй компонент — автономная, или вегетативная, нервная система, она контролирует работу сердца, желез и гладких мышц кровеносных сосудов и кишечника, а также глазных — все эти мышцы не подчиняются контролю.
Автономную нервную систему можно разделить на симпатическую и парасимпатическую — это две противоположные функции. В симпатиче- ской нервной системе задействован нейромедиатор норадреналин — он усиливает сердцебиение, расширяет зрачки и дыхательные каналы, отводит кровь от пищеварительной системы. Так тело готовится к дей- ствию в ситуациях «бей или беги». Парасимпатическая нервная система
‘
Человеческий
мозг… сложнейшая
известная нам
организация
материи
’
Айзек Азимов
(1920–1992), американский писатель-фантаст, популяризатор науки

нервная система
7
задействует нейромедиатор ацетилхолин — от него зрачки и дыхательные каналы сужаются, сердечный ритм замедляется, а пищеварительная функция активизируется.
Нервы, расположенные в черепной коробке, тоже часть периферической нервной системы. Эти нервные волокна выходят из мозгового ствола и передают информацию мозгу от органов чувств. Блуждающий, или десятый черепно-мозговой, нерв — самый длинный из них и ветвит- ся аж до сердца, грудины и брюшной полости.
‘
Ум —
таинственная
форма материи,
производимая
мозгом
’
Эмброуз Бирс
(1842–1913/14), американский писатель, журналист
В сухом остатке
Нервная система
чрезвычайно сложна
и высокоорганизованна

СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
8
устройство и функции нервной системы
02
Нейронная
доктрина
Современная нейробиология основывается преимуществен-
но на представлении о мозге как об общности клеток. Мозг
человека содержит поражающее воображение количество
нейронов — от 80 до 120 миллиардов, они образуют прихот-
ливо переплетенные системы, в которых обрабатывается
информация. Нейроны (нервные клетки), одна из двух разно-
видностей клеток мозга, производят электрические сигналы
и взаимодействуют друг с другом.
В 1830-х годах двое немецких ученых предложили теорию, утверждавшую, что все живые существа состоят из клеток.
В те времена микроскопам не хватало мощности, чтобы выявить структуру нервной системы достаточно подробно, и потому оставалось неясным, применима ли клеточная теория к нервной ткани; эта тема еще долго вызывала споры. Некоторые исследователи полагали, что нервная система, как и остальные части тела, должна состоять из клеток, а другие считали, что это непрерывная сеть ткани.
Совершенствование микроскопов и методов химических цветовых реакций позволило ученым рассматривать нервную ткань все подробнее. Значительным прорывом стала так называемая «черная реакция», предложенная Камилло Гольджи, — метод окрашивания и отвердения ткани при помощи растворов бихромата калия и аммония с последующим погружением ее в раствор нитрата серебра. «Черная реакция» целиком окрашивает случайное неболь- шое число нейронов в образце ткани, делая их очертания полностью видимыми.
1655
Роберт Хук (Гук) обнаруживает клетки в живой материи
1838
Роберт Ремак выдвигает предположение, что нервные волокна подсоединены к нервным клеткам
1839
Теодор Шванн и Маттиас
Шлейден формулируют клеточную теорию
1865
Посмертная публикация описания аксонов и дендритов Отто Дейтерса

нейронная доктрина
9
В 1880-х годах испанский нейроанатом Сантьяго
Рамон-и-Кахаль начал использовать метод окрашивания при сравнительном изучении тканей многих участков мозга у различных видов животных.
Кахаль усовершенствовал методику Гольджи повторной обработкой растворами. Теперь можно было окрашивать нейроны глубже и изучать их еще подробнее.
Кахаль заключил, что мозг, несомненно, состоит из клеток, а на конференции 1889 года в этом убедились и все остальные, и так родилась нейронная доктри- на — представление о нейроне как о базовой струк- турной и функциональной единице нервной систе- мы. В 1906 году Кахаль и Гольджи получили за свой вклад в науку Нобелевскую премию по физиологии.
Несмотря на то что изобретенный им метод привел к открытию нейрона, Гольджи, как ни парадоксаль- но, и дальше придерживался представления о нервной системе как о непре- рывной сети ткани. Кахаль же, с другой стороны, общепринято считается отцом современной нейробиологии.
Вестники тела
Вестники тела
Человеческий мозг содержит нейроны не менее несколь- ких сотен, а то и тысяч разновидностей, всевозможных форм и размеров, но их все — в соответствии с функциями — можно разделить на три типа.
Чувствительные (сенсорные) передают информацию от органов чувств в мозг; двигательные (моторные) отправляют команды мышцам и органам; вставочные (ассоциативные) отвечают за сообщение между нейронами в локализованных нервных цепях и на бо 2льших расстояниях — между разными участками мозга.
Несмотря на это потрясающее разнообразие, основные свойства у большинства нейронов одинаковы. Традиционно устройство нейрона представляют трехчастным, у каждой части — свои функции.
Дендрит. Название происходит от греческого «дендрон» — дерево; это разветвленный отросток тела клетки. Дендрит — сегмент нейрона, отвечающий за «ввод данных»: он принимает и обрабатывает сигналы от других нейронов, после чего передает их клеточному телу.
‘
Я — как энтомолог,
охотящийся за яркими
разноцветными
бабочками: мое
внимание притягивал
цветник серого
вещества,
содержащего клетки
хрупкой, изящной
формы — загадочные
бабочки души
’
Сантьяго Рамон-и-Кахаль
(1852–1934), испанский врач, гистолог
1873
Камилло Гольджи открывает
«черную реакцию»
1889
Сантьяго Рамон-и-Кахаль доказывает: нервная система состоит из клеток
2005
Ицхак Фрид и его коллеги обнаруживают «нейроны
Дженнифер Энистон»