На сколько задействован человеческий мозг: Мозговая деятельность и Человеческий мозг, Области деятельности мозга

Мозговая деятельность и Человеческий мозг, Области деятельности мозга

Какова функция мозга?

Можно сказать, что функцией мозга как части Центральной Нервной Системы (ЦНС) является регулирование большинства функций тела и разума. Речь идёт как о жизненно важных функциях, таких как дыхание или сердечные ритмы, так и о базовых, как, например, сон, чувство голода или сексуальный инстинкт, а также о высших функциях, которые активируются, когда мы думаем, вспоминаем или говорим.

В самых древних областях мозга анализируются самые базовые жизненные функции. Эти области расположены в ромбовидном мозге (продолговатый мозг, варолиев мост, мозжечок) и средний мозг . В свою очередь, высшие функции мозга, такие, как рассуждение, внимание управляются полушариями и лобными долями коры головного мозга. Корректная стимуляция может помочь улучшить состояние различных когнитивных способностей (Финисгэрра и др., 2019)

Что такое когнитивные функции?

Когнитивные функции являются умственными процессами, которые позволяют нам принимать, отбирать, накапливать, перерабатывать, создавать и восстанавливать информацию. Это помогает нам понимать окружающий нас мир и общаться с ним.

В течение всего дня мы постоянно используем функции нашего мозга. Вам хочется приготовить отличный завтрак? Хотите прочитать книгу? Водите автомобиль? Ведёте увлекательный разговор с друзьями? Для осуществления всех наших действий необходимы миллионы связей и сложных умственных вычислений для того, чтобы мы могли быть в контакте с окружающим нас миром.

Какие функции являются когнитивными?

Очень часто, когда мы говорим о высших когнитивных функциях, мы имеем в виду когнитивные навыки, необходимые для того, чтобы понимать окружающий нас мир и взимодействовать с ним. Несмотря на то, что иногда мы изучаем их по отдельности, мы должны иметь в виду, что когнитивные функции связаны между собой и иногда пересекаются. Рассмотрим основные из них:

ВНИМАНИЕ: Внимание — это очень сложный умственный процесс, охватывающий множество других процессов, которому трудно дать короткое определение или отнести к какой-то определённой анатомической структуре. Другими словами, внимание — это когнитивная способность, с помощью которой мы выбираем среди внешних (запахи, звуки, образы) и внутренних (мысли, эмоции) стимулов те, которые нам полезны и необходимы для реализации умственной или двигательной активности. Это совокупность различающихся по сложности процессов, которые позволяют нам правильно выполнять другие когнитивные функции. Согласно иерархической модели Солберга и Матиера (Sohlberg & Mateer, 1987; Sohlberg & Mateer, 1989), существуют различные виды внимания в зависимости от степени сложности:

ФОКУСИРОВАННОЕ ВНИМАНИЕ: состояние готовности, бдительность. Способность ответить на стимул.

ПОСТОЯННОЕ ИЛИ НЕОСЛАБНОЕ ВНИМАНИЕ: способность поддерживать внимание в течение не менее трёх минут. Обычно мы называем это концентрацией или сосредоточенностью. Например, мы очень сосредоточены при чтении книги.

ВЫБОРОЧНОЕ ИЛИ СЕЛЕКТИВНОЕ ВНИМАНИЕ: способность удерживать внимание на задаче, не отвлекаясь на факторы окружающей среды, например, шум.

Селективное внимание позволяет нам читать книгу под звуки музыки или шум стиральной машины.

ЧЕРЕДУЮЩЕЕСЯ ВНИМАНИЕ: умственная способность быстро переключать внимание с одной задачи на другую. Например, если при чтении мы слышим песню, которая нам нравится, возможно, мы прекратим читать и начнём петь или слушать эту песню, после чего быстро сможем вернуться к чтению книги.

РАЗДЕЛЁННОЕ ВНИМАНИЕ: способность выполнять несколько задач в одно и то же время, т.е. заниматься двумя делами одновременно. Например, когда мы беседуем с другом в баре и одновременно пишем в whatsapp, или когда готовим и при этом разговариваем по телефону (смотрим телевизор, слушаем музыку и т.д.)

Одной единственной анатомической структуры, отвечающей за внимание, не существует, поскольку в эти процессы вовлечён ряд систем. Согласно модели Познера и Петерсена (Познер и Петерсен, 1990), различают три системы внимания:

Ретикулярная система или система активности центральной нервной системы: базовый уровень или состояние сознания, при котором оптимизируется обработка сенсорных стимулов, поступающих в кору головного мозга. Состоит из ретикулярной системы, таламуса, лимбической системы, базальных ганглий и фронтальной коры.

Задняя система внимания: система, которая определяет направленность и местонахождение стимулов, главным образом, визуальных. Участвует в восприятии, визуально-пространственном внимании, обработке новой информации… Основными структурами, связанными с данной системой, являются задняя теменная кора, боковая подушка зрительного бугра, гиппокамп и передняя часть поясной извилины.

Передняя система внимания: позволяет направить внимание на действие. Регулирует и контролирует области, с помощью которых выполняются сложные когнитивные задачи. Состоит из передней части поясной извилины, дорсолатеральной префронтальной коры, орбитофронтальной коры, неостриатума, дополнительной моторной коры и вентральной тегментальной области.

ПАМЯТЬ: память представляет собой очень сложный процесс, позволяющий кодировать, хранить и восстановливать информацию. Для всего этого необходимо, чтобы система внимания работала корректно. Без внимания невозможно кодировать, хранить и восстанавливать информацию. Память можно классифицировать по двум критериям:

1- ВРЕМЕННОЙ КРИТЕРИЙ:

Кратковременная память:

— Немедленная память

— Оперативная или рабочая память: пассивная краткосрочная система хранения информации. Например, когда мы запоминаем номер телефона до того момента, как запишем его на бумаге.

Долгосрочная память

2 -ПО ЗАДЕЙСТВОВАННЫМ ОБЛАСТЯМ МОЗГА:

Декларативная (эксплицитная) память: воспоминания, которые можно пробудить осознанно.

— Эпизодическая — это автобиографическая память, благодаря которой мы можем вспоминать наше прошлое. Например, куда вы ездили в отпуск в прошлом году, когда закончили учёбу, когда поженились или вышли замуж.

— Семантическая: этот вид памяти относится к тому, что мы выучили, а также к общим знаниям об окружающем нас мире.

Какой город является столицей Франции? Что такое квадратный корень?

В данный вид памяти вовлечены структуры медиальной височной доли и промежуточного мозга.

Недекларативная или имплицитная память: относится к непроизвольным воспоминаниям, а также к некоторым способностям или навыкам, таким, как, например, езда на велосипеде или катание на коньках. В данной ситуации вовлечены такие области мозга, как неокортекс, стриарная кора, миндалина (при эмоциях) и мозжечок, рефлекторные пути.

Кроме прочего, необходимо иметь ввиду, что, например, зоны хранения информации расположены в височных долях, однако более стратегические составляющие больше связаны с лобными долями.

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ: являются самыми сложными когнитивными функциями. Несмотря на существование различных определений исполнительной функции, почти все они сводятся к контролю когнитивности и регулированию мышления и поведения при помощи различных взаимосвязанных процессов. Речь идет о совокупности таких сложных способностей как направление внимания, планирование, программирование, регулирование и проверка преднамеренного поведения. Находятся в префронтальной коре мозга. М. Лезак группирует эти функции следущим образом:

1- Постановка целей:

— Самосознание

— Форма восприятия нашей связи с окружающим миром

2 -Планирование этапов и стратегий для достижения целей:

— Способность абстрагироваться

— Когнитивная гибкость, т.е. способность к альтернативному мышлению

— Способность оценить различные варианты поведения и выбрать один из них

3- Способности, связанные с исполнением действия:

— Способность упорядоченно и комплексно начинать, поддерживать и чередовать действия

4- Способности эффективно выполнять действия или следовать линии поведения:

— Контроль времени

— Использование обратной связи

— Саморегулирование поведения

Мы используем их ежедневно в повседневной жизни, например, планируя отпуск. Сколько у нас будет времени, что мы успеем сделать за это время? Какой маршрут нас интересует больше всего? На каком транспорте мы будем перемещаться с одного места на другое? Когда мы готовим, мы также используем наши исполнительные навыки для того, чтобы достичь цели: от выбора продуктов и посуды до необходимости одновременно следить за несколькими кастрюлями или сковородками, подсчитывать время приготовления, следовать рецепту… Например, если мы хотим приготовить картофельный омлет, сначала нам нужно разбить яйца, почистить и нарезать картошку.

РЕЧЬ: речь — это символическая система коммуникации людей посредством языков. Речь важна не только для нашего общения с другими людьми, но и для структурирования мышления. В обработке речи участвуют различные области головного мозга, взамодействующие между собой посредством различных функциональных систем, главным образом, в левом полушарии. Речь идёт прежде всего о двух корковых областях, главным образом, левого полушария, отвечающих за выражение и принятие речи.

1- ОБЛАСТЬ ВЫРАЖЕНИЯ РЕЧИ: включает в себя различные области коры головного мозга:

— Префронтальная область: вовлечена в мотивационные процессы в языке. Это там, где начинается коммуникация — как вербальная, так и письменная (связанная с исполнительными функциями).

— Центр Брока: расположен в левой лобной доле, связан с воспроизведением и обработкой разговорной речи.

— Первичная моторная кора: инициирует фонаторные движения, необходимые для произношения слов и выполнения движений при письме.

2- ОБЛАСТЬ ПРИНЯТИЯ РЕЧИ: в неё входят:

— Затылочная доля: позволяет идентифицировать лингвистические изображения.

— Теменная доля: ответственна за объединение зрительных и слуховых стимулов.

— Левая височная доля: отвечает за процессы синтеза звуков речи, а также их понимания. Она находится: в области Хешла (первичная звуковая область; принимает звуки для того, чтобы кодировать их в мультимодальной области) и Область Вернике (связана с пониманием речи; наделяет смыслом воспринимаемые звуки).

Для правильного функционирования речи необходимы не только кортикальные области, но и их взаимосвязь с подкорковыми структурами, такими, как верхний продольный пучок (связывает Центр Брока с Областью Вернике), таламус (важен для регулирования речи, поскольку связывает области понимания и выражения речи), коленчатое ядро и ядро зрительного бугра, базальные ганглии и мозжечок (отвечают за беглость, ритм и тон речи), и т.д.

ФУНКЦИИ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ И ЗРИТЕЛЬНО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ФУНКЦИИ: к ним относят те функции, которые позволяют нам распознавать и различать стимулы. Они помогают нам трактовать, объяснять и связывать то, что мы видим, со знакомыми нам категориями и, таким образом, запоминать. Корректная работа данных функций позволяет нам, например, узнавать лица родных и друзей, или отличать расчёску от ключей или шляпы.

Зрительно-пространственные функции используются для анализа, понимания и управления пространством, в котором мы живём (двух- или трёхмерным). Они охватывают такие процессы, как ментальная навигация, восприятие расстояния и глубины, визуально-пространственное построение, ментальная ротация. Такие задачи, как чтение карты или ориентирование в городе, а также, например, оценка на каком расстоянии находится проезжающий автомобиль в случае, если мы решаем перейти дорогу на красный свет, или оценка того, как пройти, не задевая предметы на нашем пути.

В то время, как при речи доминирует левое полушарие, при восприятии — правое. Пространственный анализ, распознавание лиц, карт или предметов, обработка музыки, проприоцептивные чувства, мимика, жесты лица и моторные действия, не требующие вербального контроля, регулируются главным образом затылочными и теменными долями правого полушария и их связями с другими областями головного мозга.

Зачем мы пользуемся функциями мозга?

В течение всего дня мы используем наш мозг для выполнения тысяч физических заданий, для осуществления которых необходимы миллионы сложных умственных расчётов в различных областях мозга. Ниже мы продемонстрируем вам некоторые примеры того, как в повседневной жизни вы используете ваши когнитивные способности в сочетании с функциями мозга:

• Является ли приготовление пищи хорошим упражнением для мозга? Когда вы готовите, вам нужно следить за несколькими кастрюлями и сковородками одновременно, при этом вы ещё думаете о гостях и вспоминаете рецепт блюда.
• Какие функции мозга должны активироваться для успешного руководства совещанием? Руководство рабочим совещанием или семейным советом — сложная задача, при которой необходимо, чтобы ваш мозг активировал определённые нейронные сети и функции, связанные с вниманием, концентрацией, способностью внимательно слушать, скоростью ответа и т.д.
• Запуск воздушного змея? Большинство людей считает, что расслабление — это естесственный процесс, однако без основных когнитивных способностей расслабиться было бы невозможно.
• Вождение автомобиля? Даже если вы прекрасный водитель, для того, чтобы добраться до пункта назначения, нужны навыки, концентрация и широкая гамма когнитивных способностей
• Встретиться с другом? Жизнь была бы очень скучной и одинокой, если бы у нас не было когнитивных способностей, позволяющих нам знакомиться и общаться с людьми, которые нас окружают.

Referencias: Finisguerra, A. Borgatti, R., Urgesi, C. (2019). Non-invasive Brain Stimulation for the Rehabilitation of Children and Adolescents With Neurodevelopmental Disorders: A systematic Review. Front Psychol. vol. 10 (135). • Posner, M. I. y Petersen, S. E. (1990). The attention system of the human brain. Annual Review of Neuroscience, 13, 25-42. • Sohlberg, M. M. y Mateer, C. A. (1987). Effectiveness of an attention-training program. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology, 9 (2), 117-130. •Sohlberg, M. M. y Mateer, C.A. (1989) Introduction to Cognitive Rehabilitation. New York: Guilford.

Сравнение мозга с нейронной сетью / Хабр

Можно встретить много критических замечаний о том, что биологический мозг или биологические нейронные сети работают совершенно не так как ныне популярные компьютерные нейронные сети. К подобным замечаниям прибегают различные специалисты, как со стороны биологов, нейрофизиологов так и со стороны специалистов по компьютерным наукам и машинному обучению, но при этом очень мало конкретных замечаний и предложений. В этой статье мы попытаемся провести анализ этой проблемы и выявить частные различия между работой биологической и компьютерной нейронной сетью, и предложить пути улучшения компьютерных нейронных сетей которые приблизят их работу к биологическому аналогу.

Граница знаний

Прежде я хочу пояснить, почему, по моему мнению, в вопросе создания сильного искусственного интеллекта до сих пор всё так печально, не смотря на грандиозные успехи в компьютерных науках и знаниях о биологическом мозге. Прежде всего, это связано с большой идеологической пропастью между этими двумя столпами науки. Компьютерные науки требуют некой схематичной простоты, строгости и лаконичности в описании систем, некого системного подхода, в отбрасывании лишнего и чёткой структуризации достаточной для оформления в программном коде. В биологии же главенствует подробность описания наблюдаемых систем, ничто не может быть отброшено или проигнорировано из наблюдений. В описываемые системы должны быть включены все наблюдаемые факты. Поэтому биологам сложно применять системный подход к своим обширным знаниям для создания алгоритмов мозга. Ведь чтобы создать конструктив самолёта потребовалось очень многое пересмотреть и отбросить из образа птицы.

С другой стороны легко понять учёных и инженеров, которые при погружении в изучение компьютерных нейронных сетей из описания принципов работы мозга довольствуются коротким абзацем текста о нейроне, который с помощью синапсов на дендритах «слушает» другие нейроны и по единичному аксону передаёт результат вычислений суммации по слою дальше, не применяя к этим знаниям никакой критической оценки. Даже нейробиологи применяют формальный нейрон Маккаллока — Питтса при описаний принципов работы биологического нейрона, но делают они это по другой причине, по причине того что нет достойных альтернатив, нет в биологии чёткого описания того что делает нейрон, какую логику он выполняет, несмотря на обширные знания о нём.

Если кто-то попробует провести реинжиниринг работы мозга, то встретит целый пласт накопленных противоречивых знаний, разобраться в которых фактически не хватит жизни даже биолога, не говоря уже о системном инженере который привычен к более другой форме знаний. Работать с таким объёмом информации возможно только через призму некой общей теории работы мозга, которой пока нет.

Человечество обладает технологиями колоссальных вычислительных мощностей и гигантским объёмом знаний о мозге, но не может получить синтез этих вещей. Давайте же попытаемся решить эту проблему и сотрём эту границу знаний.

Мозг это должно быть просто

Первый очень важный принцип, которым следует руководствоваться – это идея того, что мозг должен работать по неким очень простым правилам, т.е. все когнитивные процессы какими бы сложными они не казались, основаны на простых базовых принципах. Это отличается от того, что мы привыкли слышать о мозге. Длительное отсутствие общей теории работы мозга породило множество спекуляций на тему того, что мозг — некий непостижимо сложный объект, или природа его работы выходит далеко за рамки тех научных методов изучения, которые к нему применяют. К примеру, сравнивают мозг с квантовым компьютером, или незаслуженно приписывают отдельным нейронам свойства сложных вычислителей, что вкупе с их количеством в нервной системе делают требования к вычислительным мощностям для моделирования мозга не достижимыми.

На мой взгляд, ученых, которые высказываются о том, что Человечеству никогда не постичь сложность человеческого мозга нужно лишать научных степеней, подобные высказывания только могут подрывать боевой дух людей которые захотят посвятить себя решению этой проблемы.

Так что же свидетельствует в пользу простоты работы мозга? Здесь я приведу совершенно парадоксальный пример. Если взять виноградную улитку и подвести электроды к одному нейрону её крупного ганглия, согласно всем требованиям, которые применяются к подобным экспериментам, то мы сможем получить график активности отдельного нейрона, и попытаемся проанализировать его, то получим очень сложный характер его активности. Даже если учтём характер инвазивности нашего эксперимента, то что наши электроды приносят улитки серьёзные повреждения и ограничение её жизнедеятельности, то характер активности нейрона всё равно выглядит очень сложным. Мы увидим и спонтанную активность, и изменение в количестве и частоте спайков с течением времени. Многие учёные бьются над объяснением этого сложного поведения нейрона на протяжении уже долгого времени, ища какую-либо закономерность в этом.

Эти факты делают нейрон неким сложным вычислителем, работающим по сложному алгоритму. Учитывая, что таких нейронов в нервной системе улитки насчитывается около 20 тысяч, то можно сказать, что вычислительная мощь нервной системы рядовой улитки сопоставима с мейнфреймом. Я думаю это должно вселить в Вас трепет перед этими животными. Но давайте посмотрим, насколько сложно поведение улиток. Улитка – это некий биологический автомат, да у него существует некая степень вариативности поведения, но она очень мала. Это набор безусловных рефлексов, зачастую очень простых, которые можно объяснить уже имеющимися знаниями о нейронах, синапсах и рефлекторных актах и здесь не будет места сложным вычислениям.

В подтверждение выше изложенного хочу сделать отсылку к моей прошлой статье, в которой описывается модель головастика лягушки, в которой благодаря нервной системе из нескольких десятков нейронов можно получить достаточно сложное поведение водоплавающего существа. Причём из очень простых нейронов, модель которых основана на известных в науке фактах.

Так откуда берётся это сложное поведение нейрона, и зачем их такое большое количество? Здесь на самом деле одно вытекает из другого. В природе существует парадоксальное явление, которое можно назвать парадоксом эффективности нейрона. Оно заключается в том, что с увеличением и усложнением нервной системы эффективность или роль отдельного нейрона в этой системе падает.

Если мы проанализируем нервную систему кольчатого червя c.elegans, животного, чей коннектом из 301 нейрона полностью составлен, то увидим, что не только отдельные нейроны важны в правильной работе его нервной системы, но и имеют значения даже отдельные синапсы. То есть мы можем присвоить отдельному нейрону кольчатого червя 100% эффективности. Если рассматривать с этой точки зрения нервную систему человека, то сложно присвоить нейронам значимое значение эффективности которые можно вынести ломиком из черепной коробки, при этом сохранив жизнедеятельность человека и даже его социальную интеграцию, ну почти сохранив. *

*отсылка к очень известному случаю Финеаса ГейджаВикипедия

Регулярно можно увидеть статьи, в которых описывается случаи, где люди, живущие полноценной жизнью и социально адаптивны, вдруг обнаруживают, что их мозг лишён каких-либо областей или долей. Не удивительно, что такие факты порождают идеи того, что дело вовсе не в нейронах, да и вообще не в мозге.

Если наблюдать за активностью здорового мозга, то мы не увидим никаких лишних нейронов, каждый нейрон будет задействован, в разной степени, конечно, каждому будет присвоена своя роль. Как это делает мозг, какой должен быть алгоритм нейрона, чтобы это происходило, при низкой эффективности нейрона, я поясню ниже.

Парадокс эффективности нейрона можно объяснить тем, что при увеличении количества нейронов в нервной системе уменьшается «внимание» процессов эволюции к отдельным нейронам. Поэтому нейроны кольчатого червя, можно выразиться, работают как часы, очень точно, нейроны же виноградной улитки и Человека такой точностью похвастаться не могут, в их работе можно увидеть и спонтанную активность так и отсутствие ответа там, где он должен быть, так и его нестабильность.

Итак, на сложную активность нейрона можно представить две теории: нейрон – это сложный вычислитель, алгоритм работы которого сложно понять и обосновать, либо нейрон просто работает очень нестабильно, что компенсируется его избыточным количеством, что является самым простым решением с точки зрения эволюции. Примените к этим теориям правило бритвы Оккама, согласно которой нужно оставить идеи которые имеют самое простое объяснение и вероятнее всего эти идеи будут верными.

С одной стороны парадокс эффективности нейрона даёт нам позитивную надежду, что необходимых вычислительных мощностей для моделирования мозга потребуется значительно меньше, чем при прямой оценке по количеству нейронов и синапсов в мозге человека. С другой стороны это очень сильно усложняет изучение биологического мозга. Мы можем создать достаточно подробную модель небольшого фрагмента коры мозга, затратив большие вычислительные мощности и в этой модели не увидеть каких-либо значимых процессов, которые указывали бы на то, как протекают когнитивные механизмы в нервной системе. Такие попытки уже проводились.

На первый взгляд самый простой и прямолинейный подход в создании общей теории работы мозга – это создание подробной модели мозга, в соответствии с множеством научных фактов известных о нейроне и синапсах. Моделирование – это самый практичный научный инструмент в изучении каких-либо сложных систем. Модель буквально раскрывает суть изучаемого объекта, позволяет погружаться и влиять на внутренние процессы, протекающие в моделируемой системе, давая возможность их глубже понимать.

У нейрона нет никаких исключительных органелл, которые производили бы вычисления, но его мембрана имеет ряд особенностей, и позволяют выполнять нейрону определённую работу. Это работу можно определить с помощью системы уравнений называемой моделью Ходжкина-Хаксли, которая была разработана в 1952 году, за что её авторы получили нобелевскую премию.

Эти формулы содержат несколько коэффициентов определяющих некоторые параметры мембраны нейрона, такие как скорость реакции ионных каналов, их проводимость и т. д. Эта волшебная модель описывает сразу несколько явлений, помимо изменения заряда на поверхности мембраны нейрона. Во-первых, она описывает функцию активации нейрона, или механизм суммации, он достаточно прост. Если исходный заряд недостаточен, то модель остаётся в равновесном состоянии. Если заряд переходит через определённый порог, то модель отвечает одним спайком. Если заряд в значительной степени превышает данный порог, то модель отвечает серией спайков. В компьютерных нейронных сетях используется большое разнообразие вариантов функции активации, самые близкое к биологии может являться функция Хевисайда (единичная ступенька) и линейный выпрямитель (Rectifier). Но нужно понимать, что мы описываем достаточно простой аспект работы нейрона – суммацию. В своей работе над головастиком, упомянутой выше, я применил очень простой вариант модели суммации, который образно можно представить в виде сосуда накапливающего в себе фактор побудительного воздействия, если этот фактор превышал определённый порог, то нейрон активизировался. Чтобы этот сумматор работал в реальном времени, из образного сосуда фактор воздействия медленно истекал.

Эта модель суммации позволяла производить суммацию сигналов, которые приходили на нейрон асинхронно, и она достаточно реалистично работает. На мой взгляд, чем проще описывать этот процесс, тем лучше, и это непринципиальное отличие биологических и компьютерных сетей.
Во-вторых, модель Ходжкина-Хаксли описывает изменение заряда в одной точке мембраны, но если мы, к примеру, создадим топологически точную 3D модель нейрона и разобьём эту модель на равномерную сетку, мы сможем применить модель Ходжкина-Хаксли в каждой вершине (узле) этой сетки, с условием влияния заряда на значение в соседних вершинах по сетке. Тем самым мы получим модель распространения возбуждения по нейрону близко к тому, как это происходит в живом нейроне.

Главные выводы, которые можно сделать из этой модели, это то, что возбуждение, возникнув на любом участке мембраны, распространяется на всю мембрану, в том числе распространяется по длинному аксону к самым удалённым синапсам. Модель Ходжкина-Хаксли очень ресурсозатратна поэтому для целей моделирования используют менее затратные модели с очень схожими графиками, таких придумано несколько моделей.

В рамках проекта Human Brain Project (HBP) была создана модель небольшого фрагмента коры мозга мыши, её создатели учли очень многое. 3D модели нейронов были воссозданы по реальным нейронам, использовался один из вариантов моделей Ходжкина-Хаксли, учитывались различные типы нейронов и нейромедиаторов, и нет сомнений в том, что модель действительно соответствует биологическому аналогу. На это потрачено множество ресурсов и времени, но так и не дало значимых результатов по причине того, что в столь малом размере из-за парадокса эффективности нейрона невозможно было увидеть значимых процессов. Поэтому путь подробного повторения биологии является очень и очень трудоёмким. Залог успеха это возможность понимания того как работает нервная ткань и нейроны в более широком масштабе.

Давайте рассмотрим то как мозг обрабатывает информацию на частном примере, на обработке зрительной информации. Мы составим схему нейронной сети выполняющей эту задачу.

Информация с сетчатки глаза по зрительному нерву передаётся в таламус, там информация практически не подвергается значимым преобразованиям. Далее она передается в первичную зрительную зону коры головного мозга (V1). В коре головного мозга выделяют шесть слоёв, но эти слои по гистологическим или морфологическим признакам. Вероятно, здесь мы имеем дело с двумя слоями, так как некоторые структуры повторяются дважды. Но и при этом мы имеем дело скорее не с двумя отдельными самостоятельными слоями, слоями нервных клеток работающих в тандеме.

Охарактеризуем зону зрительной коры V1 как первый слой, в котором происходит обработка информации. Зона V1 также имеет обратные связи с таламусом. Подобные обратные связи имеются и между всеми последующими слоями. Эти связи формируют циклические передачи возбуждения между слоями называемыми реверберациями.

После зоны V1 информация передаётся в следующую зону V2, все последующие зоны будут иметь меньшие площади. В зависимости от того, что наблюдает мозг, был это объект, символ, лицо человека, место или что-то другое информация из V2 может передаваться в различные области V3, V4, V5. То есть уже на этой зрительной области V2 происходит серьёзная категоризация зрительных образов. И примерно уже на третьем или четвёртом слое можно будет выделить нейроны-детекторы определённых образов. К примеру, мы сможем выделить нейрон-детектор буквы «А», цифры 3 или лица Дженнифер Энистон. По активации этих нейронов-детекторов мы сможем судить об том, что в данный момент наблюдает мозг. Достаточно простая архитектура нейронной сети, если сравнить её с архитектурой компьютерных нейронных сетей специализированных на распознавании визуальных образов, свёрточных нейронных сетей.

AlexNet

Есть схожие моменты, это иерархия свёрточных слоёв, каждый последующий слой будет иметь всё меньшее количество параметров. Но у слоёв данного типа компьютерных сетей нет рекуррентных связей, конечно, их наличие не является критерием для успешного распознавания образов, так как природа ревербераций в живом мозге до конца не изучена. Есть гипотеза, что реверберации связаны с явлением моментальной памяти, той памяти, которая позволяет нам, к примеру, не сбиться при наборе номера телефона или его произношении. Реверберирующая активность как бы задерживается, обозначая участки, по которым проходит эта активность, тем самым создается контекст обрабатываемой информации.

Человек может распознать сложные образы за доли секунд, скорость распространения потенциала действия по мембране от 1 до 120 м/с, синаптическая задержка в химических синапсах составляет 0,2-0,5мс, что говорит о том, что за время распознавания может задействоваться цепочка не более чем ста нейронов.

Вышеописанное говорит о том, что в нашей черепной коробке присутствует нейронная сеть, работающая быстрее и эффективнее любой компьютерной нейронной сети, при этом организованна она относительно просто, выполняющая не сложные преобразования информации. Понимание этого и подстрекает производить поиск алгоритма сети, который бы выполнял задачу распознавания образов с применением значительно меньших вычислительных ресурсов, чем современные нейронные сети.

Формальный нейрон

Ещё со школьных лет меня волновала идея создания искусственного интеллекта, свои интерес я удовлетворял изучением литературы по нейрофизиологии, и об искусственных нейронных сетях я ничего не знал. С нейронными сетями я познакомился позже, будучи уже студентом. Знакомство с формальным нейроном Маккалока-Питса, который является основой для всех современных нейронных сетей меня озадачило и разочаровало, из-за большого акцента на дендритных синапсах.

Формальный нейрон Маккалока-Питса можно представить как некую функцию с множеством аргументов и одним ответом. Аргументы-входы преумножаются с соответствующими коэффициентами, называемыми весами (W1, W2,… Wn), затем эти значения складываются и полученная сумма проходит через активационную функцию, результат которой и является результатом вычислений нейрона. Главное это правильно подобрать веса, то есть обучить нейронную сеть. Эта модель нейрона может показаться простой и очевидной, но в ней сильный акцент на дендритных синапсах.

В химическом синапсе можно выделить две важные части: это пресинапс и постсинапс. Пресинапсы расположены на концах длинного единичного отростка аксона, который может многократно разветвляться. Пресинапс представлен в виде небольшого уплотнения на кончиках, он относится к нейрону, который передаёт возбуждение. Постсинапсы расположены на коротких ветвистых отростках дендритах, они принадлежат нейрону, которому передается возбуждение.

В пресинапсе расположены везикулы, пузырьки с порциями вещества нейромедиатора. Именно в пресинапсах прежде была выявлена неравнозначность синапсов, пресинапсы различаются по количеству порций нейромедиатора хранящегося в нем, а также по количеству выделяемого нейромедиатора при его активации. Вес или силу пресинапса обозначим буквой S.

На поверхности мембраны постсинапса расположены рецепторы, которые реагируют на нейромедиатор. Количество этих рецепторов определяет, то насколько синапс будет чувствителен. То есть постсинапс также можно охарактеризовать некоторой характеристикой, весом. Обозначим этот вес буквой A. Конечно, можно эти два параметра представить как один W, определяющий силу всего синапса, но эти параметры при обучении должны настраиваться по-разному и они относятся всё-таки к разным нейронам.

Такое представление нейрона более реалистичное, но при этом оно сильно усложняется, так как теперь предстоит понять, как настраивать все эти параметры при обучении.

Хочу представить мою версию того по какому алгоритму происходит изменения в постсинапсах, то есть дендритных синапсах. Он основан на том, что биологическому нейрону требуется поддержание определённого уровня активности. Дело в том, что нейрон как клетка очень ресурсозатратна для организма, он не может самостоятельно питаться, за него это делают клетки-спутники, глии. Поэтому если нейрон по каким-то причинам не выполняет своих функций, то лучший вариант это избавиться от него в целях эффективности всего организма. При длительном отсутствии активаций в нейроне может запуститься процесс апоптоза, этот процесс активно поддерживают клетки-спутники, буквально разрывая и растаскивая нейрон на части. Поэтому чтобы выжить нейрону в условиях недостаточного источника активаций приходится развивать ветви дендритов, увеличивать чувствительность синапсов на дендритах и иногда даже мигрировать в другие участки (это происходит крайне редко и в определённых условиях), ну или производить спонтанную активность. Об этом свидетельствуют, к примеру, зрительные или слуховые галлюцинации у людей, чьи органы зрения или слуха подвергнуты депривации, или деградации вследствие старения. Об этом подробней пишет Оливер Сакс в своей книге «Человек, который принял свою жену за шляпу».

Оливер Сакс о галлюцинациях
Подвижные нейроны

С другой стороны, чрезмерная активность нейрона также может привести к его гибели. Активность нейрона — это очень сложный процесс, который требует чёткого выполнения множества механизмов, и любой сбой их выполнения приведёт к фатальным последствиям для всей клетки. Если источники активности избыточны, то нейроны начинают процесс деградации некоторых ветвей дендритов и снижения чувствительности своих постсинапсов. Таким образом, нейрон пытается найти некий баланс, в уровне своей активности, регулируя дендритные синапсы. Нейрон, выступающий как самостоятельный агент, действующий в своих интересах, обеспечивает удивительную адаптивность и пластичность всего мозга. Несмотря на парадокс эффективности нейрона, здоровый мозг работает очень слажено, и каждый нейрон играет свою роль. Нейроны зрительных зон коры головного мозга слепых людей благодаря этому механизму будут вовлечены в другие нервные процессы, не связанные с обработкой зрительных образов. А избыточность в количестве нервных клеток делает нервную систему очень надёжной и при повреждении некоторых участков нервной ткани, нейроны могу взять на себя функции и роли потерянных клеток.

Исходя из этой версии, дендритным синапсам отводится роль, влияющая на адаптивные качества всей нервной системы, а не какие-то логические функции которые и определяют когнитивные процессы.

Для изменений в пресинапсах синапсов аксона уже существует алгоритм, так называемое правило Хебба.

Если аксон клетки А находится достаточно близко, чтобы возбуждать клетку B, и неоднократно или постоянно принимает участие в ее возбуждении, то наблюдается некоторый процесс роста или метаболических изменений в одной или обеих клетках, ведущий к увеличению эффективности А, как одной из клеток возбуждающих В.

Hebb, D. O. The organization

of behavior: a neuropsychological theory. New York (2002) (Оригинальное издание — 1949) (

спасибо

)

Привожу здесь полный текст правила Хебба потому, что существует его множество трактовок, меняющих его смысловое значение.

Как видим, акцент отводится нейрону, который передаёт возбуждение, то есть на синапсах аксона, а не дендритных синапсах принимающего нейрона. Пресинапс и постсинапс безусловно влияют друг на друга. К примеру, при дефиците активаций нейрон прежде будет увеличивать чувствительность того постсинапса, который чаще используется. А в случае необходимости снижения уровня активации будут прежде деградировать те постсинапсы, которые использовались реже всего. Это связано с важностью сохранения логики научения при адаптивных процессах.

Если мы хотим создавать искусственную нейронную сеть, то можно пренебречь адаптивными механизмами, всё-таки биологические системы более требовательны к экономии ресурсов каждым элементом, нежели искусственные модели.

Получается, что в основу компьютерных нейронных сетей положена модель нейрона, у которой акценты расставлены наоборот, нежели чем у биологического нейрона. Поэтому и не стоит рассчитывать на качественный результат в развитии этого направления. Но понимая эти проблемы, можно изменить ситуацию, нужно перестроить концепцию нейронных сетей заново, пересмотреть ее, заложив верный фундамент.

Анализ и Синтез

Нейрофизиология это молодая еще не зрелая наука, в ней нет ещё строгих фундаментальных законов подобно законам в физике, хоть в ней присутствуют большое количество теорий и фактов. Мне кажется, такими законами могут являться постулаты и принципы рефлекторной теории Ивана Петровича Павлова. Их можно сравнивать с законами Ньютона в физике. При создании новых теорий в нейрофизиологии мы должны задаваться вопросами: как в рамках нашей теории происходят и формируются рефлексы, а также как проявляются процессы синтеза и анализа.

Анализ и синтез требуют отдельного внимания. Эти понятия кажутся очень абстрактными, но это конкретные процессы которые протекают в нервной системе. И.П. Павлов считал, что анализ и синтез непрерывно протекают в коре головного мозга. Эти процессы являются базой для когнитивной деятельности. Я попытаюсь доступно донести, что это за процессы, это очень важно для того, чтобы воссоздать когнитивные процессы в нейронных сетях.

Синтез – это механизм объединения, обобщения различных признаков в один образ или действие.

Пример из экспериментов И.П. Павлова:
Специально подготовленному модельному животному – собаке, изолированной от иных внешних раздражителей и обездвиженной (заневоленой) при кормлении включают звук метронома, который ранее для неё был индифферентен, безразличен. После нескольких таких сочетаний у собаки выработается условный рефлекс, то есть на звук только метронома у модельного животного может вырабатываться желудочный сок, как при кормлении.

Анализ – это механизм выделения, ранжирования (предания рангов, значимости) каждого признака из ограниченного набора признаков.

Пример из работ И.П. Павлова:
Ранее обученному модельному животному, у которого сформирован условный рефлекс на звук метронома выработка желудочного сока, меняют условия эксперимента, теперь животные получает пищу при звуке метронома 120 ударов в минуту, а при звуке 160 ударов в минуту не будут подкреплять ничем. Сначала выученный пищевой условный рефлекс срабатывал на оба звука метронома, но стечением множества повторений, причём значительно большего количества раз, чем при эксперименте с синтезом, собака начинает различать эти два очень сходных раздражителя и перестает реагировать на звук метронома с частотой, которая не подкреплялась.

Давайте качественно сравним эти два когнитивных процесса.

Синтез – это относительно быстрый механизм потому, что требует малого количества примеров, в свою очередь, Анализу требуется значительно больших повторений. Синтез может протекать в некоторой пассивной форме, то есть здесь главное одновременное сочетание раздражителей или признаков, чтобы их можно было объединить. Для Анализа всегда требуется эмоциональное подкрепление или некая обратная связь, которая будет определять, каким признакам повысить или понизить важность, ранг. Синтез всегда предшествует Анализу, то есть признаки должны сначала быть объедены в группу, внутри которой уже может производиться ранжирование (процесс анализа).

Анализ всегда приводит к сокращению количества ошибок, так как придаёт данным дополнительную информативность: ранги или значимость отдельных признаков. Чистый Синтез создаёт множество ошибок, так как приводит к снижению информативности исходных данных, объединив, обобщив их в единые группы.

Теперь вооружившись пониманием этих процессов, проанализируем компьютерные нейронные сети на их наличие.

Обратное распространение ошибки – это чистый Анализ, это процесс ранжирования входов нейронов по результатам работы всей нейронной сети. Синтеза как механизма в нейронных сетях нет. У каждого нейрона изначально уже сформирована группа входов, эта группа никак не меняется в процессе научения по принципу Синтеза. Может возникнуть ложное представление присутствия Синтеза в нейронных сетях благодаря их возможности классификации данных, но это результат работы механизма Анализа над данными. Синтез это способность обобщения, слияния данных, а не объединения в группы по общим признакам.

Как следствие, высокой способности к обобщению, которая свойственна человеческому интеллекту, так сильно не хватает компьютерным нейронным сетям, и это компенсируется необходимостью использовать большое количество примеров при обучении.

Надо понимать, что у алгоритмов, в которых присутствует акцент на Анализе, всё равно будет существовать преимущество в определённых задачах. К примеру, в задаче поиска закономерностей в большом количестве данных, или распознавании лиц из миллионной базы с современными нейронными сетями не сравнится уже никакой алгоритм. Но в задаче, где требуется применять опыт, полученный на небольшом количестве примеров в различных и разнообразных ситуациях, к примеру, задача автопилота, то здесь требуются другие новые алгоритмы, основанные на Синтезе и Анализе, подобно тому, как это происходит в мозге.

Вместо заключения

То, чем я занимаюсь – это поиск новых алгоритмов, это создание моделей, основанных на вышеизложенных принципах. Я вдохновляюсь изучением биологического мозга. Этот путь проходит через череду неудач и заблуждений, но с каждой новой моделью я получаю ценный опыт и становлюсь ближе к своей цели. В будущем я постараюсь поделиться некоторым своим опытом на примере разбора конкретных моделей. Разберем, как на практике я применяю свои знания о нервной системе.

Сейчас я поставил себе задачу создать алгоритм нейронной сети, которая сможет различать рукописные цифры из стандартного набора MNIST, причём при обучении должно использоваться не более 1000 примеров и предъявлений. Результат я буду считать удовлетворительным при хотя бы 5% ошибке. Я уверен это возможно потому, что наш мозг делает нечто подобное. Напоминаю, что MNIST содержит 60 000 примеров обучения, которые для настройки нейронной сети могут предъявлять по несколько десятков раз.

С тех пор, как я стал писать о своих идеях и работе на хабре – гиктаймс, ко мне стали обращаться люди с похожими идеями и стремлениями, люди для кого мои статьи оказались вдохновляющими на собственные изыскания. На меня это также оказывает положительный мотивирующий фактор. Сейчас время возможностей, когда необязательно быть академиком или деятелем науки, чтобы создавать новые технологии или решать фундаментальные задачи. Один из таких искателей, как и я, Николай — он самостоятельно создаёт некую платформу для моделирования нервной системы простейшего животного, проект «Дафния». Проект открыт, и желающие могут подключиться.

In English on Medium: Comparison of the brain with a computer neural network

Как работает наш мозг и как улучшить его работу

Человеческий мозг – самый сложный биологический механизм, регулирующий и координирующий все жизненные функции. Как устроен мозг и на сколько процентов он задействован. Каковы механизмы его работы и как мы можем помочь мозгу работать эффективнее.

Как заставить мозг работать в полную силу

Человеческий мозг называют самым сложным биологическим механизмом, который создала природа. Он регулирует и координирует все жизненные функции человека и контролирует его поведение.

С его работой связаны все мысли и чувства, желания и ощущения. Если мозг перестает функционировать, человек впадает в вегетативное состояние: утрачивает способность что-либо чувствовать, на что-либо реагировать и способность действовать, одним словом – деградирует.

Дать полный ответ, как устроен мозг и как он работает, невозможно. Загадки начинаются с вопроса, как он возник, и заканчиваются вопросами о его связях с невидимым тонким миром Вселенной, которые влияют на глубины человеческого подсознания. Его потенциал вряд ли будет когда-либо раскрыт полностью. Так сложилось, что этот совершенный механизм должен изучать себя сам.

Как устроен человеческий мозг?

Мозг взрослого человека в среднем составляет 1,5 кг – это всего лишь 2% от общего веса тела. (Однако доказано, что уровень ума и интеллекта не зависит от веса мозга.) Его собственные энергетические запасы очень малы, поэтому он очень зависит от снабжения кислородом. Мозг весь пронизан не одной сотней тысяч кровеносных сосудов – таким образом он поглощает 20% кислорода, получаемого легкими.

Если вдруг человеку по каким-то причинам приходится голодать, его мозг страдает в последнюю очередь, поскольку большая часть питательных веществ направляется на поддержание его работы. При потере массы тела на 50% мозг теряет всего 15% веса.

Эти факты говорят о том, что мозг в организме человека занимает привилегированное положение. Он внешнего мира его нежные ткани защищает черепная коробка, внутри же от сотрясений его оберегает спинномозговая жидкость.

Мозг покрыт тонким серым слоем с бороздками и извилинами – это кора головного мозга. Здесь находится его мыслительный центр. Кора представляет собой нервную ткань, состоящую из нескольких миллиардов нейронов, благодаря которым осуществляются прямые и обратные связи – информация от органов чувств поступает в кору, а после обработки отсылается обратно в виде команд для действия разных участков тела.

70% мозга составляют большие полушария – правое и левое. Они соединены мозолистым телом, благодаря которому могут обмениваться информацией. Правое и левое полушария симметричны и представляют собой как бы 2 мозга, каждый из которых руководит своими процессами, и в то же время они помогают друг другу.

Правое и левое полушарие состоят из лобной, теменной, затылочной и височной доли. В каждой из них находятся центры, отвечающие за определенную деятельность: височная – за слух, память и речь; затылочная – за зрительные ощущения, лобная – за двигательную активность, теменная – за телесные ощущения. Под затылочными долями полушарий находится мозжечок, отвечающий за координацию движений и равновесие тела. А под корой головного мозга – таламус, контролирующий внимание и бодрствование, и гипоталамус, регулирующий процессы саморегуляции организма.

Это лишь самое поверхностное описание такого сложнейшего органа, как человеческий мозг. И если с точки зрения физиологии он изучен далеко не полностью, то о том, как происходят в нем мыслительные процессы, известно еще меньше. Людей волнует вопрос: является ли духовная жизнь человека, его мысли, чувства и эмоции следствием физических и химических процессов, происходящих в нем, или это что-то другое – еще не изученное и таинственное

Любопытно, что еще в 19 в. некий архимандрит Борис в своем сочинении «О невозможности чисто физиологического объяснения душевной жизни человека» утверждал, что несмотря на то, что жизнь души является результатом работы мозга, психические явления «имеют свое подлинное бытие вне головного мозга». Однако каким образом, «сие нам неизвестно». С ним соглашаются и люди науки, например физиолог из Англии Ч.Шеррингтон. Он считал, что мысль рождается за пределами материи, но поскольку она возникает в головах людей, они думают, что произвели ее сами.

На сколько процентов работает мозг человека

Ученные не однократно пытались оценить, на сколько работает мозг человека, и в результате их исследований, в прошлом веке, возникло множество ложных теорий. По одной из них считалось, что человек использует только 3% от его потенциала, в то время как другие утверждали, что 15-20 процентов.

Миф о 10% мозга

В 1936 году в предисловии к книге Дэйла Карнеги «Как завоёвывать друзей и оказывать влияние на людей» американский писатель Лоуэлл Томас написал «Профессор Уильям Джеймс говорит, что люди используют лишь 10 процентов своих умственных способностей».

Нейробиолог Барри Гордон характеризует миф как «смехотворно ошибочный», добавляя: «мы используем практически все части мозга, и они активны практически постоянно». Барри Бейерштейн приводит аргументы, опровергающие миф о десяти процентах:

1. Исследования повреждений мозга: если 90% мозга обычно не используется, повреждения этих частей не должно влиять на его работу. Практика же показывает, что почти не существует областей, которые могут быть повреждены без потери способностей. Даже небольшие повреждения могут приводить к огромным последствиям.
2. Мозг обходится телу довольно дорого в плане потребления кислорода и питательных веществ. Он может требовать до 20% всей энергии тела, при этом составляя лишь 2% массы. Если бы 90% были не нужны, люди с меньшим, более эффективным мозгом имели бы эволюционное преимущество – остальным сложнее было бы проходить естественный отбор. Отсюда также очевидно, что такой большой мозг не мог бы даже появиться, если бы в нём не было потребности.
3. Сканирование: технологии вроде позитронно-эмиссионной томографии и функциональной магнитно-резонансной томографии позволяют наблюдать работу живого мозга. Они показали, что даже во время сна в мозге имеется некая активность. «Глухие» зоны появляются лишь в случае сильных повреждений.
4. Локализация функций: вместо того, чтобы быть единой массой, мозг делится на отделы, которые выполняют различные функции. На определение функций каждого отдела были потрачены многие годы, и отделений, не выполняющих никаких функций, обнаружено не было.
5. Микроструктурный анализ: при регистрации деятельности отдельных нейронов учёные наблюдают за жизнедеятельностью отдельно взятой клетки. Если бы 90% мозга бездействовала, это сразу бы заметили.
6. Нейронные заболевания: клетки мозга которые не используются, имеют тенденцию вырождаться. Следовательно, если 90% мозга были бы неактивны, то вскрытие мозга взрослого человека показало бы масштабное вырождение.

Другим аргументом является то, что большой размер мозга требует увеличения черепа, что повышает риск смерти при рождении. Такое давление обязательно избавило бы популяцию от лишнего мозга. Таким образом получается, что мы используем 100% мозга в целом, но для каждой задачи используется свой участок и намного меньше процентов.

Как начинается мыслительная деятельность?

Пытаются разобраться, как работает мозг человека с точки зрения происходящих в нем мыслительных процессов, и современные ученые. Ведь зная, как мозг думает, можно понять, как стимулировать его работу. Итак, чтобы мозг начал думать, в него должна поступить информация, то есть он должен иметь то, о чем думать. Таким образом, начать мыслить означает начать оперировать имеющейся информацией.

Как информация поступает в мозг?

1. Первоначальная информация является сенсорной – она воспринимается от органов чувств, и это то, что мы видим, слышим и ощущаем. Чем сильнее внимание будет сконцентрировано на сенсорных ощущениях, тем больше информации поступит в память. А внимание усиливается, когда человеку что-то интересно. Например, если он постоянно ходит на работу одной и той же дорогой, его мозг как бы уходит в спячку и задействован примерно на 5%. Если же он меняет маршрут, мозг «просыпается», чтобы воспринять новую информацию

2. Такой сенсорный вид информации хранится в памяти совсем недолго, ведь ее поступает довольно много. Мозг должен отделить более важную от менее важной, чтобы более важную переместить из краткосрочной памяти в долгосрочную. Для этого надо, чтобы разные свойства объекта объединились и сложились в образ. Например, чтобы запомнить имя нового знакомого или его телефон, необходимо услышанную и увиденную информацию связать с его внешностью, обстоятельствами встречи и пр.

3. Далее сформировавшийся образ наделяется личностным смыслом. К примеру, у кого-то при виде кошки возникают положительные эмоции, а у кого-то, страдающего аллергией, – отрицательные.

4. Накопленный запас образов и понятий, наделенных личностным смыслом, позволяет осуществлять мыслительные операции, позволяющие проникать вглубь проблемы и решать определенные задачи.

5. Формой мышления является суждение (или высказывание) – мысль о предмете, в которой путем отрицания или утверждения раскрываются его признаки.

6. На основе суждений человек делает умозаключение. Например, увидев утром на улице лужи, он приходит к выводу, что ночью шел дождь.

Как помочь мозгу работать эффективнее?

1. Переработку всей информации: ее получение, проведение и передачу другим клеткам осуществляют нейроны, находящиеся в коре головного мозга. У новорожденного количество нейронов больше, чем у взрослого, но несмотря на это, он практически не умеет ни слышать, ни видеть.

Его глаза видят свет, но его мозг этого не понимает, потому что еще не образовались связи с другими нейронами, чтобы информация поступила дальше – в кору больших полушарий. По мере их образования ребенок будет различать сначала свет, затем силуэты, цвета и пр. Чем разнообразнее и ярче будут предметы вокруг него, тем быстрее образуются такие связи и тем лучше будет работать та часть мозга, которая связана со зрением.

Любопытно, что если по какой-то причине (например, из-за травмы или заболевания) ребенок не будет видеть во младенчестве, то в дальнейшем связи между нейронами в его мозге никогда не образуются и он так и не научится видеть. Его глаза будут здоровые, он будет видеть свет, но останется слепым, потому что нейронные связи, обеспечивающие поступление сигнала в мозг, могут образовываться почти всегда только в детстве.

Это же относится и к слуху и, в меньшей мере, к другим способностям: осязанию, обонянию, способности говорить, ориентироваться и др. То есть, очевидно, существует определенный период, когда образуются нейронные связи, необходимые для развития зрения, слуха и пр.

Таким образом, чтобы заставить мозг эффективно работать, его нужно тренировать с самого детства. Чем мозг моложе, тем он восприимчивей. И чем меньше его нагружать, тем хуже он будет работать. Мы все знаем, что если не тренировать мышцы, то они со временем станут дряблыми и начнут атрофироваться. То же касается и мозга: если его перестать нагружать, клетки, отвечающие за мыслительные процессы, начнут отмирать. У людей, которые тренируют свой мозг, ухудшение его работы отмечается лишь в глубокой старости.

2. Не стоит забывать и о питании – мозг нуждается в продуктах, содержащих жирные кислоты Омега-3 (это жирная морская рыба – лосось, семга, скумбрия, грецкие орехи) (см. «Самые полезные продукты для работы мозга»). А вредны для него продукты, в состав которых входят трансжиры (маргарин, чипсы, крекеры, пирожные и т. п.).

3. Для мозга полезны физические нагрузки, ведь при тренировке тела тренируется и мозг. Достаточно получаса один раз в два дня.

4. Чтобы напрягались не только мышцы, но и мозг, его нужно тренировать играми, требующими запоминания, головоломками, кроссвордами и пр.

5. Для мозга необходим полноценный сон – он использует его для обработки воспоминаний и переноса их в долгосрочную память (см. «Что происходит с мозгом, пока мы спим»).

Мы подготовили специально для вас интересный тест, при помощи которого можно определить, хорошая у вас память или нет.

© Тимошенко Елена, BBF.RU

Увидеть мысль живьем – Огонек № 23 (5279) от 17.06.2013

В США запустили масштабный проект создания полной карты деятельности мозга, который раскроет биологические механизмы сознания. «Огонек» выясняет подробности

Владимир Тихомиров

На окраине Сан-Диего высится новый бетонный куб, которому вскоре предстоит стать главным средоточием вселенского зла — по крайней мере, в романах многочисленных детективщиков-конспирологов. В кубе будет располагаться Институт мозга при Калифорнийском университете США — самый главный нервный узел новой американской программы BRAIN Initiative (или Brain Activity Map Project) по картографированию клеточных процессов внутри головного мозга человека. Как уверяют врачи, речь идет только о раскрытии биологических механизмов возникновения психических заболеваний. Но не успел Институт мозга открыться, как в New Yorker вышла статья о том, как в США выросли продажи фольги: тысячи обывателей уже спешат себе делать «экранирующие вредное излучение» шапочки из фольги, чтобы защитить мозг от этих ученых.

Убедительности конспирологам придает и тот факт, что здание в Сан-Диего тщательно охраняется: как заявил директор Института, здесь будут исследоваться не только мыслительные процессы гениев, но и закоренелых преступников, которых ради науки специально будут привозить из местной тюрьмы.

Интересно, что с гениев и преступников начинали свои первые эксперименты и советские ученые, открывшие в прошлом веке самый передовой Институт мозга на планете.

Препарация мозга в Институте мозга. В свое время здесь также вручную разрезали мозг Ильича на десятки тысяч срезов толщиной всего по пять микрон

Мозги в разрезе

В один из холодных январских дней 1925 года профессор Оскар Фогт, директор Берлинского Нейробиологического института, получил письмо из Москвы от старейшего русского невролога Лазаря Минора, который приглашал коллегу принять участие в деликатном, но весьма прибыльном деле: требовалось исследовать мозг В.И. Ленина и в соответствии с канонами цитоархитектоники (строения на клеточном уровне) мозга «обосновать гениальность вождя мирового пролетариата». Суть этого метода заключалась в следующем: ученые делали тончайшие срезы коры головного мозга, после чего под микроскопом изучали «архитектонику» мозга — изменение размеров клеток, увеличение их плотности и число связей с другими нейронами. От этих изменений зависят не только интеллектуальные способности человека, но и его характер и душевные качества, которые, как говорили ученые, определяются строением мозга. В позапрошлом веке появилась даже такая наука — френология, поклонники которой утверждали, что когнитивные способности человека напрямую связаны со строением его черепа и формой мозга. Анатомией человека объяснялась как гениальность отдельных великих людей, так и «культурная отсталость некоторых рас».

Профессор Фогт согласился и вскоре был назначен директором только что созданного в Москве Института мозга — ведущего научного учреждения в СССР, куда стали собирать самые одаренные мозги страны, причем как в переносном, так и в прямом значении слова. В частности, в институт был доставлен мозг наркомов Цюрупы и Луначарского, поэта Маяковского, потом — Анри Барбюса, Менжинского и Станиславского (позже здесь побывали мозги всех видных коммунистов и академиков, от Сталина до Андропова). И конечно же мозги всех казненных контрреволюционеров и маньяков-убийц — для сравнительного анализа.

И вот, через несколько лет профессор Фогт доложил первые результаты работы. Оказалось, что в лобной доле мозга Ленина (лобная доля ответственна за принятие волевых решений) было больше извилин, чем у Цюрупы и Маяковского, к тому же лобная доля занимала у Ленина 25,5 процента всего объема мозга, в то время как у наркомов и поэта — не более 23,5 процента. Были хорошо развиты и нижняя теменная доля с височной (эти доли управляют речью человека). Но больше всего профессора Фогта поразили пирамидальные клетки, эти нейроны, встречающиеся в коре головного мозга, ответственны, как полагают ученые, за обработку информации, поступающей от спинного мозга и периферической нервной системы. «В третьем слое коры я обнаружил пирамидальные клетки еще не виданного мной размера,— писал Фогт.— У Ленина пирамидальные клетки были развиты значительно сильнее; соединявшие их ассоциативные волокна были гораздо многочисленнее… Мозг Ленина отличался наличием очень крупных и многочисленных пирамидальных клеток, подобно тому как организм атлета отличается очень сильно развитой мускулатурой».

И хотя профессор Фогт неустанно говорил, что для каких-либо выводов требуется еще масса исследований, его оговорки никто уже не слушал. Советские пропагандисты с восторгом подхватили и разнесли по миру идею о пирамидальных клетках, усматривая мистические связи между серым веществом Ильича и древней мудростью строителей гробницы фараона Хеопса. Между тем в Германии выводы профессора Фогта были встречены с большой долей иронии. Как писал невролог Вальтер Шпильмайер, большие пирамидальные клетки встречаются и в головном мозге слабоумных людей. В итоге все исследования в этой области в СССР были засекречены, а ученые всего мира осознали, что умственные способности человека зависят не только от величины нейронов, но и от чего-то еще, чего в заспиртованном образце мертвой ткани разглядеть никак не получится.

Так работает мозг мелкой рыбки данио при виде еды: возбужденные нейроны отображаются красным свечением

Фото: Misha Ahrens and Philipp Keller

Вынос мозга в науке

Именно это «что-то» спустя почти 100 лет и надеются найти американские ученые — авторы научного мегапроекта Brain Activity Map Project, рассчитанного на 10 лет непрерывных исследований с целью построения полноценной карты деятельности мозга. Проект часто сравнивают с другим научным мегапроектом Human Genome Project, в результате которого была составлена карта активности человеческих генов.

— Конечно, исследования нервных клеток мозга и так ведутся по всему миру,— говорит один из авторов проекта, биолог Дэвид Ботштайн, который стал лауреатом новой премии по медицине, учрежденной российским миллиардером Юрием Мильнером и основателями Facebook и Google Марком Цукербергом и Сергеем Брином.— Однако мыслительные процессы до сих пор остаются одной из самых непонятых научных тайн. В любой, сознательной или несознательной, мозговой деятельности участвуют огромные «коллективы» клеток, и понять их работу можно, только изучая их как целое, а не по одной. Но мозг столь сложен, что прежде ученым удавалось исследовать работу лишь небольших групп живых нейронов. Развитие технологий впервые позволит нам анализировать мозг как целое.

Собственно, это уже не первая попытка ученых подсмотреть, как работает живой мозг человека. К примеру, в 2009 году в США стартовал проект Connectome — этим термином неврологи называют совокупность всех синапсов в мозге человека, то есть контактов между двумя нейронами или более. В рамках Connectome было выделено более 30 млн долларов исследователям из Гарварда, Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Университета Миннесоты, которые с помощью МРТ-сканирования должны были построить «Карту сетевой активности мозга». И хотя формально проект еще не закончен, профессор Ботштайн объявил, что томография столь же морально устарела, как и цитоархитектонические исследования.

— Главная проблема проекта Connectome состоит в том, что до сих пор никто еще не понял, что делать со всеми этими данными,— говорит известный американский невролог Гари Маркус.— Представьте себе, что вам выдали множество карт — атлас города, план городского водопровода, схему метро и троллейбусных маршрутов, и на основании этих схем вы должны описать экономику этого города, покупательскую активность горожан и индекс их деловой активности. Наверное, это возможно, но для более точного описания вам понадобятся другие, более точные и специальные инструменты.

Эти новые инструменты авторы программы описывают в самых общих четах. «Будет задействован настоящий «флот» молекулярных машин, которые, не нарушая структуры мозга, смогут работать в нем как сенсоры, измеряя активность на клеточном уровне,— пишет Гари Маркус.— Машины планируется создавать на основе синтетической ДНК, и тысячи таких машин создадут сеть «обсерваторий мозга» по аналогии с астрономическими обсерваториями».

Не случайно, что к реализации нового проекта помимо традиционных университетских научных центров подключено и Агентство исследований перспективных оборонных проектов (DARPA) — самая любимая конспирологами всех стран спецслужба, которая занимается как психотронным оружием, так и созданием «климатических бомб». В данном случае у DARPA есть свой особенный интерес: создание новых вычислительных систем.

— Изучение работы человеческого мозга поможет нам приблизиться к созданию систем искусственного интеллекта,— объясняет представитель программы BRAIN Initiative Майкл Уокер.— В последнее время прогресс вычислительных систем, который мы наблюдали в течение последних 50 лет, натолкнулся на глобальное препятствие, его просто так невозможно преодолеть. Речь идет о Power Wall — «стене мощности». Дело в том, что в соответствии с законом Мура единственным путем наращивания производительности суперкомпьютеров и объемов их вычислений является увеличение количества процессоров. Но это ведет к росту энергопотребления, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе увеличит себестоимость всех операционных работ. Наращивание архитектуры компьютеров с большим количеством процессоров приводит к росту энтропии всей системы из-за высокого риска сбоев отдельных компонентов. Для решения этой проблемы нам необходимо сменить всю парадигму вычислений. Новая вычислительная парадигма может строиться либо на принципах квантовой механики, либо на нейроморфных технологиях, основанных на алгоритмах работы человеческого мозга, который способен вести асинхронные и стохастические (беспорядочные) вычисления и обрабатывать петабайты данных за доли секунды,— сегодня это невозможно для всех компьютеров Земли вместе взятых.

Трехмерная модель нейронных связей в мозге человека, полученная методом томографии при реализации проекта Connectome

Фото: MGH-UCLA Human Connectome Project

Безумие — спасение экономики

Для президента Обамы, подписавшего указ о выделении первых 100 млн долларов на финансирование BRAIN Initiative, этот проект воплотил в себе новый курс экономического развития страны.

— Каждый доллар, который мы потратили на проект изучения человеческого генома, вернул по 140 долларов в нашу экономику,— заявил Обама.— Сегодня наши ученые создают карту мозга, чтобы разобраться в причинах болезни Альцгеймера. Они разрабатывают лекарства для регенерации поврежденных органов… Мы не можем позволить себе упустить эти возможности, в то время как весь остальной мир будет идти впереди нас. Я не хочу, чтобы следующие открытия, которые приведут к созданию рабочих мест, произошли в Китае, Индии или Германии. Я хочу, чтобы они произошли у нас здесь. В этом частично и есть суть нашего проекта.

По расчетам федерального правительства, общая стоимость Human Genome Project, начатого в 1990 году, составила 3,8 млрд долларов, причем каждый год администрация тратила не более 300 млн долларов. При этом положительный эффект проекта исследования генома для экономики к 2010 году достиг 800 млрд долларов.

В этот раз планируется выручить куда более серьезные деньги. Новое исследование из Института здорового старения в Чикаго показало, что число пациентов с болезнью Альцгеймера может вскоре утроиться — от 4,7 млн в 2012 году к 13,8 млн к 2050-му. Причем, как предполагают ученые, из этих 13,8 млн только половина будет старше 85 лет, остальные же — предпенсионного возраста. Еще одна цифра: к 2050 году каждый из 85 человек во всем мире будет страдать болезнью Альцгеймера. Причем, как прогнозируют ученые, наибольший рост заболеваемости будет отмечен в Азии, где в настоящее время проживает около 48 процентов всех больных — по той простой причине, что в Азии живет большинство населения Земли. И через три десятка лет количество больных Альцгеймером увеличится. Тот, кто первый научится справляться со старческим слабоумием, тот и будет командовать нашим стремительно стареющим миром.

Что же касается российской науки, подарившей миру первое комплексное исследование мозга, то нашим ученым приходится только мечтать о подобном объеме финансирования. У неврологов из НИИ морфологии человека РАМН сегодня другая приоритетная научная программа — изучение чудом сохранившегося мозга молодой мамонтихи Юкки, погибшей в Якутии 40 тысяч лет назад…

Ученые разобрались, кто умнее — кошки или собаки

У собак в коре головного в два раза больше нейронов, чем у кошек, выяснили ученые. По их мнению, это делает собак более приспособленными к сложным умственным процессам. Наиболее «мозговитым» животным они признали енота, в коре небольшого мозга которого оказалось почти столько же нейронов, сколько у собак. А вот бурые медведи по этому параметру оказались равны кошкам.

У собак в два раза больше, чем у кошек, нейронов в коре головного мозга – области, отвечающей за мышление, планирование и сложное поведение, установили ученые. Результаты работы были опубликованы в журнале Frontiers in Neuroanatomy.

«В этом исследовании мы хотели сравнить разные виды хищников и выяснить, как количество нейронов в их головном мозге соотносится с его размерами», — поясняют исследователи.

Хищнический образ жизни – один из факторов, который, как предполагается, способствует развитию интеллекта животного, пишут авторы работы. Высокий интеллект необходим, чтобы перехитрить добычу.

Один из способов характеристики интеллекта животного – определение коэффициента энцефализации, отношение массы мозга к массе тела животного. Однако, хотя он и позволяет приблизительно оценить развитость интеллекта животного и его можно использовать для выявления тенденций развития и потенциальных возможностей различных видов, он не дает точного представления об интеллектуальных способностях.

Поэтому ученые решили подсчитать количество нейронов в коре головного мозга.

«Я считаю, что общее количество нейронов в головном мозге животного, особенно в коре, определяет все богатство его интеллектуальных способностей и способность предсказывать события исходя из прошлого опыта», — объясняет профессор психологии и биологии Сузана Эркулано-Оузель, одна из авторов исследования.

Ученые сравнили мозг нескольких видов животных — хорьков, мангустов, кошек, собак, гиен, львов и бурых медведей. Как оказалось, у собак в коре головного мозга насчитывается около 530 млн нейронов, в то время как у кошек – лишь 250 млн (для сравнения, в коре человеческого мозга около 16 млрд нейронов). По мнению исследователей, количество нейронов именно в этой области определяет способность животного делать выводы исходя из прошлого опыта.

«Наше открытие говорит о том, что собаки биологически приспособлены к намного более сложным умственным процессам, чем кошки»,

— отмечают авторы работы.

Впрочем, по мнению ученых, кошки наверняка не глупы, просто их труднее изучать. Так, в начале 2017 года японские ученые пришли к выводу, что кошки не глупее собак – они способны запомнить то, что с ними происходит, и при необходимости выуживать из памяти нужную информацию.

Также исследователи выяснили, что количество нейронов в мозге хищников не превышает количество нейронов у травоядных, как они изначально предполагали. Такая гипотеза возникла из предположения, что хищнический образ жизни требует от животного большей сообразительности. Однако количество нейронов у травоядных и хищных животных схожих размеров оказалось примерно одинаковым. Вероятно, в процессе эволюции травоядным приходилось прикладывать не меньшие умственные усилия в поисках безопасного места, где можно спрятаться от хищников.

Наименее интеллектуально одаренными оказались бурые медведи. Хотя их мозг был в 10 раз крупнее кошачьего, в нем было примерно столько же нейронов.

Да и в целом, чем более крупным было животное, тем меньше в его мозге было нейронов – так, у золотистого ретривера их оказалось больше, чем у гиен или львов.

Охота требует больших энергозатрат, особенно для крупных хищников, а промежутки между успешной охотой непредсказуемы. Поэтому крупные хищники, например, львы, отдыхают основную часть времени. Мозг же – наиболее энергозатратный орган, и эти затраты растут пропорционально количеству нейронов.

«Поедание мяса в значительной степени решает проблему обеспечения энергией. Однако очевидно, что хищники вынуждены соблюдать шаткий баланс между размерами тела и работоспособностью мозга»,

— поясняют ученые.

Также исследователи оспорили распространенное мнение о том, что одомашнивание поспособствовало оглуплению животных – хорьки, кошки и собаки по количеству нейронов не сильно отличались от своих диких сородичей, мангустов, львов и гиен.

А наиболее «мозговитым» животным исследователи признали енота – несмотря на скромные размеры, количество нейронов в коре его мозга оказалось почти такое же, как у собак. По расчетам исследователей, плотность нейронов в мозге енотов приблизительно такая же, как у приматов.

8 мифов о человеческом мозге

1. Мы используем только 10% мозга

Нейробиолог Барри Гордон (Barry Gordon) привёл сразу несколько доказательств ошибочности теории десяти процентов.

Сканирование мозга с помощью МРТ и позитронно-эмиссионной томографии показало, что в нём отсутствуют незадействованные зоны. Кроме того, многочисленные исследования мозга не обнаружили отделов, не имеющих определённой функции.

Теория десяти процентов противоречит принципам эволюции. Мозг потребляет слишком много энергии, чтобы организм позволил ему ничего не делать. В полном соответствии с этим учёные наблюдают вырождение неиспользуемых клеток мозга.

2. Люди с развитым левым полушарием более рациональные, а с развитым правым — более творческие

Учёные из Университета Юты исследовали более тысячи человек и не нашли доказательств тому, что они используют преимущественно левое или правое полушарие. Все участники исследования, включая учёных, в равной степени задействовали оба полушария мозга.

Однако преимущественное использование одного полушария для выполнения конкретных функций всё же реально. Учёные называют это латерализацией. Например, у правшей речевыми навыками управляет левое полушарие мозга. Однако это не означает, что гениальные писатели или ораторы использовали левое полушарие больше, чем правое, или что в нём было больше нейронов.

3. Алкоголь убивает клетки мозга

Когда этанол попадает в кровь, энзимы печени превращают его в токсичный ацетальдегид, а затем в ацетат, который, в свою очередь, расщепляется на воду и углекислый газ и выводится из организма. Однако печень успевает справляться только с определённым количеством этанола. Если алкоголь поступает быстрее, чем печень может расщепить его, он продолжает путешествовать по крови до момента переработки.

Но, когда алкоголь достигает мозга, клетки не умирают. Вместо этого подавляется скорость взаимодействия между дендритами в мозжечке. Поэтому люди в сильном алкогольном опьянении так неуклюже двигаются и не могут держать равновесие.

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе пришли ^{к такому же выводу. Этанол не убивает нейроны. Даже при непосредственном контакте с ними он просто препятствует передаче информации между нервными клетками.}

4. Нервные клетки не восстанавливаются

Wellcome Images/Flickr.com

Долгое время учёные считали, что человек рождается с определённым набором нервных клеток и в течение жизни их количество только сокращается. Но исследования обнаружили, что у взрослых людей тоже появляются новые нервные клетки.

Питер Эрикссон (Peter Eriksson) из Института нейронаук и психологии при Гётеборгском университете в Швеции и Фред Гейдж (Fred H. Gage) из Института биологических исследований Солка в Калифорнии обнаружили ^{нейрогенез в мозге человека 72 лет.}

Эрикссон с коллегами использовали химический маркер для идентификации новых нейронов. Поскольку зрелые нейроны не способны делиться, появление новых клеток в мозге объясняется распространением стволовых клеток и их развитием до зрелых нейронов.

5. Отдельные области мозга воспринимают информацию только от конкретных органов чувств

Ранее считалось, что в мозге есть определённые зоны, заточенные под конкретные задачи, например, что зрительная кора существует исключительно для восприятия визуальной информации. Однако учёные доказали, что мозг очень пластичен, может приспосабливаться и использовать зоны и без поступления информации от органов чувств, якобы предназначенных для них.

Например, слепые люди, читая книги со шрифтом Брайля, используют те же самые области мозга, которые задействованы во время чтения у зрячих. Кроме того, у слепых людей визуальные зоны мозга активируются через слух. Возможно, поэтому они обладают более острым слухом.

Ещё одно доказательство пластичности мозга — фантомные боли в ампутированных конечностях. Когда человек теряет руку или ногу, область мозга, ответственная за чувствительность в этой зоне, перестаёт стимулироваться. Тогда головной мозг формирует новые связи между нейронами таким образом, что возбуждение в зонах, отвечающих за моторные функции и чувствительность, сохраняется в обоих полушариях. Более того, мёртвая зона стимулируется сигналами из соседних к ампутированной конечности областей тела. Из-за этого человек может чётко ощущать, что прикасаются к его ампутированным пальцам, когда на самом деле трогают другую часть тела.

Ещё один пример — когда вследствие удара отключаются нейроны, посылающие сигналы к руке. С помощью терапии можно помочь соседним областям мозга взять на себя функции мёртвой зоны, и человек получит возможность двигать конечностью.

6. Игры для развития мозга делают вас умнее

yuan2003/Flickr.com

Учёные из исследовательского института в Кембридже провели научный эксперимент ^{, призванный доказать бесполезность популярных игр для развития мозга. В ходе него 11 430 участников несколько раз в неделю играли в развивающие игры, которые должны были улучшить память, внимание, зрительно-пространственную ориентацию, планирование и создание причинно-следственных связей.}

Спустя шесть недель таких тренировок в каждой игре был замечен прогресс. Однако не было доказательств, что игры помогают развить эти навыки в целом, поскольку в новых заданиях, для решения которых необходимы тренируемые когнитивные функции, улучшения не наблюдалось.

Другими словами, участники просто натренировались выполнять конкретные задания, но не стали умнее, поскольку при решении новых задач их умения остались на прежнем уровне.

7. С возрастом все функции мозга ослабевают

Память и логическое мышление действительно ухудшаются по мере нашего взросления, однако о других функциях мозга такого сказать нельзя. Например, принятие моральных решений, управление эмоциями и считывание социальных ситуаций в 40–50 лет работают гораздо лучше, чем в 20 или 30 лет.

При этом есть способы предотвратить возрастное снижение когнитивных функций и сохранить мозг молодым и здоровым.

8. Мы помним то, что было

На самом деле мы помним очень ограниченное количество визуальных образов и ощущений и не способны охватить всю ситуацию целиком даже в настоящий момент. Вспоминая историю первый раз, мы упускаем ещё больше деталей, во второй — обращаемся не к прошедшей ситуации, а к своему наполовину стёршемуся воспоминанию о ней.

Таким образом, чем дальше событие, тем меньше подробностей мы можем вспомнить, пока история не превращается в скелет. Поэтому нельзя с уверенностью сказать, что мы помним именно то, что было.

Если вы знаете другие распространённые мифы о мозге, делитесь в комментариях.

Человеческий мозг | Телеканал «СПАС»

Полный текст программы

Ведущий: «Человеческий мозг» — тема нашего эфира сегодня.

— Очень важно, чтобы мозг занимался разнообразной деятельностью, тогда ваши нейросети будут целыми.

— Мы имеем разные мозги в разных культурах.

— Насколько вот этот слой цивилизованности в человеке — насколько он тонкий.

— Чем больше мы знаем, тем меньше мы знаем.

— В результате, какое будет общество в будущем, это зависит сейчас от того, что мы туда загрузим — в наш мозг.

Ведущий: Вячеслав Альбертович, а какие самые важные факты о человеческом мозге мы должны знать?

Вячеслав Дубынин: Он очень сложен. Мы можем многое о нем узнать, и мы можем отчасти управлять его функциями и помогать ему работать, ну, так, чтобы он служил на наше благо.

Ведущий: Юрий Иосифович. Самое важное, что мы должны знать о человеческом мозге?

Юрий Александров: Самое важное, что мы должны знать о мозге, — каким образом в координации с телом он обеспечивает нам социальное взаимодействие, то есть взаимодействие с другими людьми, для того чтобы достигать общей цели. Вот это самое главное, то, из чего все остальное — производное, вся индивидуальная деятельность.

Ведущий: Алексей.

Алексей Кащеев: Мне кажется, что самое главное в мозге — это то, что он невероятно сложен. Для меня, если говорить не о хирургических вопросах, а таких более философских, для меня наиболее интересным вопросом является то, насколько мы можем познать работу мозга, и насколько мы хотим знать о том, как в действительности работает мозг, даже если мы можем. А можем мы, как мы знаем сейчас, на самом деле, очень немногое.

Ведущий: Но ведь это удивительно. Практически все лекции в публичном пространстве, посвященные человеческому мозгу, все дискуссии, серьезные дискуссии об этой теме, начинаются и заканчиваются одним — это невероятно сложная тема, и мы о мозге, получается, мало что знаем.

Вячеслав Дубынин: Ну, на самом деле, мы знаем очень много, информации просто горы, но путь только все равно начинается, и идти и идти, потому что…

Ведущий: А что сложного?

Вячеслав Дубынин: Ну, собственно, мозг — это такая многоуровневая система, когда есть уровень молекул, генов, каких-нибудь белков, которые на мембране клеток что-то делают. Есть уровень отдельных нейронов, которые собираются в сети, и эти сети приобретают собственные свойства. Есть уровень, когда крупные структуры, вроде мозжечка и коры больших полушарий, взаимодействуют.

Ну, и наконец, есть системный уровень, когда появляются высшие психические функции, и каждый раз нужны отдельные методы, и каждый раз собираются данные в какие-то такие довольно обособленные блоки. Но потом самое сложное — это перекидывать между ними мостики, и вот, когда удается пройти от генов куда-нибудь, к какой-нибудь патологии, или к мышлению, или, скажем, к какому-нибудь проявлению эмоций, это получается здорово. Но все, действительно, только начинается, потому что, вы знаете, у человека 90 миллиардов нейронов, а есть такой червяк…

Ведущий: 90 миллиардов?

Юрий Александров: Про сложность не стал, но, с моей точки зрения, главная сложность вот в чем состоит. Я, в общем, всю жизнь занимался именно нейронами и изучением активности мозга человека, суммарной активности, картированием активности мозга.

Ну, в общем, по основаниям, о которых, может быть, позже поговорим, почему нейроны надо обязательно регистрировать, почему это, я бы сказал так, как вот в медицине существуют операции выбора, вот так операция выбора в науке — это регистрация активности отдельных нейронов, потом можно поговорить, почему.

Так вот, главная сложность состоит в том, что нейроны, и это, кстати говоря, к вопросам о мифах о мозге, нейроны — это вовсе не чипы, не какие-то вот такие устройства, которые что-нибудь кодируют, куда-нибудь передают, и это их главная функция. Потому что тогда можно было бы думать, что там чипы, ну, нескольких типов, пусть многих типов, но все-таки нескольких.

На самом деле, первое — нейроны индивидуальны. Во-вторых, нейроны — это живые организмы, их предшественники эволюционные — это одноклеточные организмы. Нейроны живут и достигают свои результаты, и, собственно, активность нейронов — это достижение индивидуальных, если хотите, эгоистических и альтруистических результатов тоже.

И вот конгломерат этих живых существ у нас в голове и обуславливает наше поведение в целом, правда, вместе с клетками тела. Вот это надо все время подчеркивать, что не только мозг, но и тело, и психика тоже. Это не только мозг, психика и телесна тоже, а не только мозговую основу имеет. Это вот в наше время очень модно, лет, ну, 10 последние, так называемая отелесненная когниция,embodiedcognition, а на самом деле, лет 80 назад это было совершенно очевидно, исходя их представлений теории функциональных систем. Потому что системы для достижения результата строятся — они не мозговые, они общеорганизменные.

И это дает нам потрясающий ход, для того чтобы изучать деятельность мозга, изучая активность отдельных органов, например сердца, что мы делаем сейчас крайне эффективно в нашей лаборатории. Мы можем, изучая сердце, сказать, что делается в мозгу. Если это интересно, можем поговорить. Теперь про сложность.

Значит, сложность состоит в том, что нейроны специализированы. Они специализированы относительно разных видов деятельности, разных видов достижения результатов. Причем все наши результаты, я должен сказать, они выглядят как индивидуальные, а на самом деле, коллективные.

Любой индивидуальный результат, даже когда мы наедине… в темной комнате наедине с собой, это часть коллективного результата. И когда мы достигаем этот результат, мы даем себе отчет о достижении этого результата в терминах общества. Понимаете, да? Даже, извините, пожалуйста, когда к носу своему подносим палец, то мы отчитываемся обществу о том, что мы делаем, потому что любой индивидуальный результат — это часть коллективного.

Так вот, эти самые клетки, которые у нас в мозгу, они специализированы относительно всей нашей деятельности, разных типов деятельности, да еще и в социальном смысле, переведенные на язык социума, на язык общества. И поэтому это фантастически сложная вещь, но сложность состоит в том, что они разные, причем похожие и индивидуально разные. Те, кто изучают нейроны, вот есть такой Кандель, например, он получил…

Ведущий: То есть у нас в голове 90 миллиардов… ну, я так совсем упрощу, разных живых…

Вячеслав Дубынин: Существ, организмов.

Ведущий: Организмов. Вы это сказали?

Юрий Александров: Абсолютно. И, более того, люди, которые занимаются классификацией нейронов, и вот они классифицируют нейроны, и они их разбивают на группы, на группы, на группы, на группы и доходят до индивидуального нейрона. И любому, кто регистрировал нейрон, ясно, что вот мы выделяем однотипные нейроны, например нейрон, специализированный относительно этого, мы его можем убить. А потом мы видим, что этот нейрон отличается от этого, от этого, от этого, и они все в этой группе разные.

Ведущий: Продолжим после совсем небольшой паузы. Не переключайтесь.

Алексей Кащеев: Вот почему люди не только выживают после наших операций, но еще и во многих случаях, к счастью, выздоравливают. Мне это, откровенно говоря, не вполне понятно.

Прот. Александр Абрамов: Некоторые вещи нельзя совсем верифицировать, ну, например, талант.

Вячеслав Дубынин: Галоперидол прекрасно заменяет любую шапочку.

Ведущий: Да, снимаем шапочки, дорогие друзья.

«Человеческий мозг» — тема нашего эфира сегодня. Мы продолжаем наш разговор. Отец Александр.

Прот. Александр Абрамов: Ну, естественно, я могу здесь говорить лишь с позиции обывателя. Но для меня, например, интереснейшей темой являлось бы, например, изучение соотношения деятельности мозга и формирования надиндивидуальных особенностей, например, социальной памяти, как она передается, какова роль физиологии здесь, какие, условно говоря, отсеки за это отвечают, и как в результате образуются. Ведь колоссальное море социальных штампов, предпочтений, исторического видения и так далее. Это первый момент, который меня как обывателя серьезно занимает.

Второй — мы ведь в исследовании мозга человека не можем 100% сослаться на опыт исследования животных, никак не можем, и, значит, здесь есть объективные границы верифицируемого опыта. Вы не можете произвести безответственную какую-нибудь, там, лоботомию, для того чтобы разобраться, какие конкретно впоследствии функции будут нарушены и так далее. Можно сослаться на какие-то, например, криминальные лоботомии или еще на что-то, но…

Вячеслав Дубынин: Да, есть же большой клинический материал.

Прот. Александр Абрамов: Да-да-да-да.

Вячеслав Дубынин: Есть томограмма, которая позволяет все это делать, но все равно остается многое за пределами.

Прот. Александр Абрамов: Да, да. То есть некоторые вещи — их просто, как кажется, нельзя совсем верифицировать, ну, например, талант. Талант и многие другие функции, которые даже так не скажешь, не назовешь их уже высшими психическими функциями.

Вячеслав Дубынин: Но можно попытаться. Скажем, одаренность спортивная — она довольно легко верифицируется, а вот художественная, духовная, воспитательная — тут, конечно…

Прот. Александр Абрамов: Или дар языков, или еще что-то, да, это очень любопытно, это очень…

Юрий Александров: Мне оба ваших вопроса кажутся страшно интересными. Я над ними много думал и даже специально работал. Относительно первого вопроса — каким образом социальное туда попадает. Есть такая штука, во-первых, как вот коллега совершенно правильно говорил, мы должны прочерчивать путь от генов через специализацию нейронов к целому мозгу, поведению индивида и к социуму. Это совершенно неразрывная цепочка. Я бы даже ее назвал не цепочкой, а это описание единства с разных сторон, на разных уровнях.

Ведущий: То есть не нужно думать, что…

Прот. Александр Абрамов: Она не линейная, она такая…

Юрий Александров: Нет, упаси Бог. Линейности там вообще нет.

Вячеслав Дубынин: Философы придумали слово «эмерждентность», когда на следующем уровне возникают новые свойства, и не так вот очевидно, как они возникают.

Юрий Александров: Так вот, относительно того, что происходит с генами, которые связаны со специализацией, и которые связаны с тем, что мы делаем. Есть такая концепция, которая оценивается как одно из главных достижений теории эволюции прошлого века. Ну, она и в этом веке тоже живет и торжествует, но в прошлом веке она была сформулирована, называется «генно-культурная коэволюция».

Это означает формирование и изменение геномов, такого более-менее достоверного сдвига в геноме при реализации тех или иных культурных практик. И, в общем, это уже не на уровне отдельных экспериментальных исследований, а на уровне суперобзоров на эту тему, и там, конечно, фантастика получается.

То есть вот, например, если существуют сообщества, которые разводят коров, и у них есть молочное животноводство, то в этих сообществах повышенная частота генов, которые ответственны за расщепление сырого молока у взрослого. Потому что у детей-то они у всех есть, а потом они… у взрослых их нет. Так вот, если вы построите корреляцию частота этого гена и распространенность молочного производства в данной культуре, то вы найдете корреляцию.

Прот. Александр Абрамов: То есть она почти прямая.

Юрий Александров: Да, это почти Y = КX, да. И здесь надо только одну вещь иметь в виду, что там ничего вот такого кирпичного нет, это всегда система. И поэтому, если вы вынули один аллель и вставили другой аллель, это меняется генная система, то есть это немножко другие фенотипы. Или даже более быстрые существуют варианты.

Вот есть культуры такие, сообщества в Африке, которые одни. Это сообщество делится на 2 группы. Одна группа занимается сельским хозяйством без затопления площадей, а другая — с затоплением площадей.

Та, которая занимается с затоплением площадей, у них повышается активность гена, который обуславливает устойчивость к малярии. Понятно, почему. Потому что в этих затопленных местах разводятся малярийные комары, и, значит, это опять другой геном. А постольку, поскольку это другой геном, там у нас немножко другие специализации могут формироваться.

Если вы возьмете, например, карту мира и на этой карте обозначите разными цветами индивидуализм и коллективизм, измеренные по специальным шкалам, и вот у вас такая окрашенная карта. Чем больше индивидуализма, тем она, предположим, краснее, чем меньше, тем белее.

А потом возьмете, и определенная аллель серотонинового гена — ген, который ответственен за производство серотонина, и тоже сделаете цветную карту, эти две карты вот так совместятся. То есть, иначе говоря, даже такие сложные вещи как индивидуализм и коллективизм, на самом деле, имеют корреляцию, я не говорю — детерминацию, корреляцию с определенным аллелем, а, соответственно, с определенными свойствами и нейронов тоже.

Прот. Александр Абрамов: Извините, прямо вот секундная вставка. А если на эту карту наложить третью карту возникновения протогосударств, где востребован опыт коллективизма, потому что это совместная защита, совместная эксплуатация, как правило, ирригационных сооружений, потому что именно так возникают протогосударства, это тоже должно совпасть?

Юрий Александров: А если все это вместе сопоставить с экологией и с типами производства, которые с экологией связаны, а потом с ментальностью людей, которые занимаются этими видами производств, то вы найдете мощную корреляцию.

Чем вот там, где коллективные способы производств, там у вас будет больше холистическая ментальность, коллективизм и так далее. Там, где более индивидуалистические способы производства, там вы увидите аналитизм, и это может быть даже внутри одной страны.

Существуют потрясающие данные Китаямы, вообще одно из самых красивых исследований, по-моему. Он взял Китай и в этом Китае выделил области, которые занимаются рисоводством, и области, которые занимаются разведением пшеницы, и вот там, где…

Да, и вы понимаете, что пшеница — это значит, там он ездит на своем этом комбайне в одиночестве и что-то с ней делает. А там, где рисоводство, это идут большие группы людей, коллективы. И это районы Китая, там огромные выборки, и поэтому легко посмотреть. И что оказывается? Вот это вот коллективистское…

Прот. Александр Абрамов: Начало.

Юрий Александров: Коллективистская ментальность — она свойственна Юго-Восточной Азии, России и ряду, так сказать, незападных стран. А западные страны — им свойственен больше индивидуализм, индивидуалистские культуры и так далее.

Так вот, когда берут этих китайцев и дают им тесты на индивидуализм и коллективизм, это одна и та же страна, то те, которые занимаются рисом, они отвечают больше как незападные культуры, а те, которые занимаются пшеницей, как западная культура. Вот вам, пожалуйста.

Ведущий: Алексей, а что вот с ограниченностью…

Прот. Александр Абрамов: Протестантская этика и дух капитализма.

Юрий Александров: Абсолютно.

Ведущий: А что вот с этой ограниченностью, действительно, в практике, скажем так?

Алексей Кащеев: Ну, я как представитель гораздо более грубой специальности, чем… фундаментальной такой, более приземленной…

Вячеслав Дубынин: Эти хирурги — самые замечательные хирурги, самые важные.

Алексей Кащеев: Но, тем не менее. Конечно, я в ежедневном труде вижу ситуацию с мозгом немного проще, в кавычках где-то. У нас есть реальные живые пациенты с разной патологией головного мозга, спинного мозга и так далее. У них есть объективные симптомы и объективные методы исследований.

Это уже то, что приближает нас от такой науки клинической к науке фундаментальной. Это самые разные виды МРТ, КТ, просто потрясающие сейчас исследования вроде функциональной МРТ, трактографии, которые позволяют очень точно лоцировать, например, опухоль в головном мозге и удалить ее, не трогая проводящие пути, тем самым снизив дефицит. И у нас есть наши операции.

Если говорить о нейрохирургии, то это вообще одна из самых молодых хирургий. Она начала развиваться в 30-е годы ХХ века, и основной путь, по которому она шла, это путь минимизации инвазивности этих вмешательств. Потому что совершенно очевидно, что любой отдел нервной системы должен быть поврежден при операции настолько мало, насколько возможно.

Если во времена Бурденко — основоположника этой хирургии в России, которому принадлежит такая немножечко пугающая формулировка, он говорил, что нейрохирургическая операция должна быть доведена до точности физиологического эксперимента, говорил он. Это 1933-го или 1934 года цитата.

И, в общем-то, можно сказать, что во многом те операции чем-то походили на то, что называется в физиологии «абляционные эксперименты», когда берут разных животных, тем или иным образом аблируют им, то есть уничтожают какой-то раздел нервной… участок мозга или спинного мозга и оценивают, что из этого следует.

Разумеется, вся хирургия идет по тому пути, чтобы это не был физиологический эксперимент, и в настоящий момент это очень точная технология. Но для меня, на самом деле, во-первых, и по сей день является, откровенно говоря, не вполне понятным, почему люди не только выживают после наших операций, но еще и во многих случаях, к счастью, выздоравливают. Мне это, откровенно говоря, не вполне понятно.

Мы знаем, что есть феномен пластичности мозга, и, безусловно, сейчас есть очень много вещей, где нейрохирургия вторгается в фундаментальные вещи, касающиеся мозга и сознания. Это, в общем-то, психохирургия, которая сейчас отчасти реабилитируется, это хирургия эпилепсии, и это стимуляционные операции, то есть операции, связанные со стимуляцией глубинных структур мозга и так далее, которые…

Ведущий: А что такое «психохирургия»?

Алексей Кащеев: Ну, дословно психохирургия — это хирургические операции, связанные с коррекцией тех или иных психических функций. Эта субспециальность переживала в истории нейрохирургии как невероятные всплески, так и катастрофические падения.

Мы знаем, что в 30-е, 40-е, 50-е годы была исключительно популярна хирургия, связанная с лоботомией, то есть с префронтальной лейкотомией и пересечением префронтальной коры для лечения тяжелых заболеваний. Люди, которые выдумали эту хирургию в США, сколотили на этом состояния.

Эту операцию сделали многим известным людям, как ни странно, включая, например, родную сестру Джона Кеннеди, но потом эта хирургия была запрещена во всем мире, кстати, в СССР она была запрещена одной из первых среди других стран. Но в последнее время, из-за того, что у нас начали появляться новые данные о мозге, происходит отчасти ее реабилитация. То есть существуют заболевания…

Ведь это мы делим медицину, связанную с мозгом, с нервной системой, на психиатрию и неврологию, на самом деле, это одно и тоже, потому что субстрат этого единый — нервная система. И, например, такая болезнь как эпилепсия, хирургия которой постоянно растет, и которая, безусловно, не является чисто неврологическим заболеванием, при ней есть масса психолого-психиатрических симптомов и синдромов, все чаще и чаще лечится очень интересными операциями.

Вячеслав Дубынин: Да, особенно, когда лекарства не берут, потому что около 70% больным стандартная фармакотерапия не помогает, и тут нейрохирурги порой удивительные вещи делают.

Ведущий: Отец Игорь.

Прот. Игорь Фомин: Вы знаете, вот мы с отцом Александром очень часто сталкиваемся с людьми, которые становятся безвольными. В результате, скажем так, как мы говорим, греховного поведения человек становится безвольным, и, в общем-то, он уже себе ни в чем отказать не может. То же самое пьянство, допустим, многие, в общем, с этим сталкиваются.

Но мне интересен вот какой вопрос. Здесь человек добровольно или, скажем так, невольно, в общем-то, сам делает себя вот таким — человеком, погруженным в страсть и тому подобное. Но очень часто мы сейчас слышим, что вот «воздействуют на моего сына, и поэтому у него приступы эпилепсии», и тому подобное, пятое, десятое.

Я бы вот хотел, чтоб вы сказали по этому вопросу что-либо и развеяли вот этот миф о вторжении, или, может быть, не развеяли этот миф, а подтвердили, о вторжении спецслужб в мозг человека.

Вячеслав Дубынин: Ну, по поводу спецслужб — тут, конечно, все непросто. Но, на самом деле, наш мозг очень здорово защищен от каких-то внешних электромагнитных воздействий. Это нужно поднести очень мощную такую излучающую штуку прямо к голове, есть, на самом деле, такая технология — транскраниальная магнитная стимуляция, но для использования спецслужбами это мало подходит.

Ведущий: Снимаем шапочки, дорогие друзья.

Алексей Кащеев: Но вообще я бы хотел, конечно, кратко добавить, что это зависит от того, насколько убежденно человек говорит об этих воздействиях. Конечно, на нас воздействуют разные штуки, ну, например, воздействует то, о чем мы сейчас говорим, — телевизор, но вообще, когда человек убежденно говорит о воздействии спецслужб, вероятнее всего, это бред воздействия, и ему нужна помощь психиатра.

Вячеслав Дубынин: Тогда галоперидол прекрасно заменяет любую шапочку.

Ведущий: Сейчас короткая пауза, после чего мы продолжим наш разговор. Не переключайтесь.

Алексей Кащеев: Главная профилактика деменции — это мышление.

Юрий Александров: Нет структуры, производящей мысли.

Вячеслав Дубынин: Мы же знаем, что нейроны всегда гибнут, так похоже, что во многих случаях гибнут бездельники.

Ведущий: «Человеческий мозг» — тема эфира сегодня. Мы продолжаем наш разговор. Каковы возможности человеческого мозга, тем более что мы часто слышим, наверное, миф это или нет, не знаю, что мозг задействован только на 10%?

Вячеслав Дубынин: Ну, это любимый вопрос. Я обычно так на него отвечаю: даже 10% — это многовато, потому что, опять же, это целых 9 миллиардов, и получается, что, может быть, одна треть из них занимается вот тем делом, которое нужно, остальные шумят и мешают. Поэтому в хорошо работающем мозге должно, наверное, функционировать активно, может быть, 5%, может быть, 3.

Ну, то есть, на самом деле, основная-то проблема не в том, чтобы это активнее работало, а чтобы замолчали те нейроны, которые мешают, потому что наш мозг, на самом деле, очень такая шумящая машина. Если заработают не 10, а 15-20%, так будет эпилептический припадок.

Вот поэтому, когда человек, например, сосредоточен на какой-то проблеме, и не мешают лишние эмоции, лишние мысли, то количество нейронов снижается, и это как раз то, что нужно. Поэтому наш ресурс в том, чтобы использовать нужные нейроны и уметь контролировать избыточное возбуждение, неважно, идет оно из центров мышления или из центров эмоций.

Ведущий: Ну, вот Алексей произнес термин «пластичность». Часто в последнее время можно услышать «нейропластичность». Это вообще что такое?

Вячеслав Дубынин: Ну, прежде всего, когда мы говорим о взрослом мозге, это изменение контактов между нейронами. То есть, ведь хорошо, нейронов, опять же, 90 миллиардов, но функциональной единицей работы мозга является, конечно, не нейрон, а контакт.

Ведущий: А что это значит в прикладном смысле? То есть, когда я начинаю писать левой рукой, и у меня новые связи между нейронами, так? Яупрощаю, конечно, все.

Вячеслав Дубынин: Ну, для начала используются те, что есть, но просто более эффективно. И если вы совместно заставляете работать несколько зон мозга, то дальше между ними формируются как бы такие каналы передачи информации, то, что еще Павлов называл «условные связи».

И вот эти каналы — иногда их сравнивают с колеей, по которой машины ездят, они начинают работать все эффективнее, соединяют какие-то блоки информации вместе, и это в основе нашего обучения, формирования памяти.

Но в совсем серьезных случаях существует, действительно, пластичность, связанная с формированием дополнительных отростков, установлением дополнительных контактов. Это особенно заметно, если в мозге происходит какое-то повреждение, и вот, если что-то вдруг выпадает, то вот это пустое место зачастую способно заполниться нервными отростками, и они сформируют новые синапсы.

Знаете, это сравнивают — новые контакты, синапсы, это сравнивают с ситуацией, когда что-то заштопывается, и вот эта заштопанная ткань работает даже лучше и оказывается прочнее, чем исходная. Есть ведь даже какая идея и отдельное наблюдение? У нас в мозге идет постоянный контроль между вот этими контактами.

Есть специальные такие клетки, нейроглии называются, они, когда дотрагиваются до этих контактов — синапсов, и если синапс плохо работает, то дается сигнал на его разрыв. Если нейрон потерял много таких контактов — синапсов, он уже сам может погибнуть, потому что не добирает факторы роста нерва.

Ну, мы же знаем, что нейроны все время гибнут. Так похоже, что во многих случаях гибнут бездельники, те, которые не смогли вписаться в систему, вот в этот самый коллектив нейронов, на их место возникают, формируются новые контакты, заштопанная сеть работает даже лучше. Это все равно, что у вас в коллективе, не знаю, 15 сотрудников, и бездельника уволили, а его зарплату разделили на всех.

Ведущий: То есть, когда мы слышим, поправьте меня, словосочетание знаменитое «нервные клетки умирают»…

Вячеслав Дубынин: Да, в этом нет никакой трагедии.

Ведущий: Это хорошо?

Вячеслав Дубынин: Ну, по крайней мере, если это не связано с какой-то патологией, это зачастую оптимизация, потому что мы рождаемся с избыточным количеством нервных клеток. Здесь очень важно, чтобы мозг занимался разнообразной деятельностью, тогда ваши нейросети будут целыми.

Если вы все время занимаетесь чем-то одинаково монотонным, и это длится год за годом, десятилетие за десятилетием, вот это как раз повод убирать лишние нейроны. Поэтому так важна новизна, так важно стремление связаться с каким-то новым делом, в чем-то активно участвовать.

Ведущий: То есть лучшая профилактика многих заболеваний, в частности, Альцгеймера, вот такие новые, новые опыты? Так получается?

Вячеслав Дубынин: Новая активность, да. Конечно, используйте эту штуку, и она вам…

Алексей Кащеев: Главная профилактика деменции — это мышление, да?

Ведущий: У меня очень простой, в некотором смысле примитивный вопрос, но знают ли ответ на него ученые: а как возникает мысль?

Вячеслав Дубынин: Ничего себе простой вопрос, да?

Ведущий: Для обывателя он простой, но для вас… Ученые ответили сейчас на этот вопрос или нет, современная наука?

Юрий Александров: Он сформулирован в слишком общей форме.

Вячеслав Дубынин: Мы можем говорить о коррелятах мышления, да?

Ведущий: Ну, это всегда реакция на что-то, или нет? Так сформулирую.

Юрий Александров: Ну, понимаете, какая штука. Если вы обратитесь к учебнику, к заголовку учебника «Психология», то там будут слова «сознание», «эмоции», «потребности», «мышление», «интеллект» и так далее. Это все слова — они вообще-то научные, но, на самом деле, они слова обыденного знания, то есть они в обыденном языке, им много-много лет, этим словам, они донаучного происхождения.

И в этом есть плюс, потому что это означает, что мы занимаемся тем, что было отобрано эволюционно и важно для людей, для их коммуникаций и понимания друг друга. А с другой стороны, минус огромный, потому что, например, за термином «сознание» или «мышление» стоит огромная бездна смыслов, это вообще помойка смыслов.

И поэтому, когда вы говорите: «Я занимаюсь изучением сознания», — вы рентгенолог, или вы физик, или вы нейрофизиолог, или вы нейрохимик, или вы психолог, то вы вообще смотрите на абсолютно разные проблемы, на самом деле.

Когда вы мне говорите о мышлении, то я просто не знаю, что отвечать, потому что мышление — это штука, которую, чтобы мне ответить, вы должны определить: «Я под мышлением понимаю вот что…» — тогда я вам скажу. А иначе я сейчас буду говорить, например, о психике, какое отношение имеет психика к работе мозга.

Вот это вот можно сказать, потому что это общетеоретический вопрос, и он решается в рамках психофизиологической и психофизической проблемы. А мышление — это очень специальный вопрос, зависит от того, чтобы…

Ведущий: Кому я этот вопрос задаю.

Юрий Александров: Кому вы адресуете, да.

Ведущий: То есть на этот вопрос как возникает мысль? Существует количество ответов, равных количеству специальностей, изучающих мозг.

Юрий Александров: Ну, да, но в самом общем виде, можно сказать, что она возникает вместе с развитием вот этих организаций, о которых вот и коллега, и я говорили, неких общеорганизменных и общемозговых организаций.

Нет структуры, производящей мысль, это я говорю вам совершенно точно. Мысль — это характеристика некой целостной организации, которая направлена на достижение какого-нибудь результата, либо внешнего: «Я хочу что-то сделать», — либо внутреннего: «Я, например, хочу привести в порядок конфликтующие части моего опыта, которые находятся в конфликте». Мы, кстати, умеем даже смотреть, как этот конфликт образуется, и он имеет отношение к Вашему второму вопросу.

Прот. Александр Абрамов: О котором у нас еще не было разговора.

Юрий Александров: Как формируется вот это социальное в процессе развития. Мы это изучаем. То есть, иначе говоря, можно в самом общем виде сказать, что мысль — это характеристика некой организации, общемозговой, организменной, которая направлена на достижение некоторого результата.

Вы можете ее описать, как мысль, а можете, если она внешняя, описать, как движение, а можете, как восприятие, в зависимости от того, с какой стороны на эту организацию посмотрели.

Ведущий: Отец Александр.

Прот. Александр Абрамов: Я рад, что мы вернулись к этому вопросу, поставленному вначале, потому что вопрос о границах экспериментального знания — он снова и снова властно встает. Ну, вот, например, у меня очень часто возникает ощущение, когда я слышу подобные дискуссии, что мы находимся в очень таком раннем периоде накопления знания. Как вот, грубо говоря, Мендель занимался пророщенными семенами и выводил генетические законы.

Я имею в виду следующее обстоятельство. Вот мы сейчас в кратком перерыве говорили о последствиях применения метода ТМС, но природа отклика, насколько я понял из этого разговора, она неясна. Воздействие происходит, а отклик может быть, во-первых, очень разный у разных людей, верно? И во-вторых, каков механизм — и физиологический механизм, и уж подавно социальный механизм этого воздействия, неясно до конца.

Ведущий: Алексей, то есть степень изученности мозга.

Алексей Кащеев: Мне кажется, что каждый из нас может повторить, что мы знаем очень мало, на самом деле, говорит о том, что наши познания сильно продвинулись, потому что, чем больше мы знаем, тем меньше мы знаем.

Безусловно, если говорить об изучении мозга, то, в общем-то, не так давно, лишь какие-то 2,5-3 тысячи лет назад, трепанации делали не с лечебной целью, а с ритуальной, для того чтобы высвободить душу или вылечить человека от душевного недуга.

С точки зрения этого мы прошли большой путь. В ХХ веке все, наверное, науки делали совершенно фантастические результаты. И, на самом деле, мне кажется, что фундаментальные нейронауки, которыми я не занимаюсь, они значительно опережают наши практические навыки. Потому что, как я говорил, мне не всегда понятен исход даже простых манипуляций на нервной системе.

Больше того, я даже говорю не только о таком высокоорганизованном уровне, как головной мозг, но даже проводящие тракты спинного мозга или даже периферические нервы с практической точки зрения, скажем, при прогнозировании исходов удаления опухолей спинного мозга, интрамедуллярных, общеизвестно, что это осложненная хирургия, при ней часто бывают осложнения.

Но довольно трудно найти корреляты между тем, как действовал хирург во время конкретной операции, и тем результатом, который мы получили — выздоровел человек или же остался парализованным на всю жизнь. Что уж говорить о куда более тонкой организации?

Поэтому, я думаю, что, на самом деле, нервная система изучена очень хорошо. Мне кажется, что тут еще вопрос о том, насколько много мы хотим знать, полезны ли все эти знания, которые мы можем получить в результате этих фундаментальных исследований, но это, скорее, вопрос, наверное, не ко мне. Я занимаюсь более грубыми вещами.

Ведущий: Вячеслав Альбертович.

Вячеслав Дубынин: Но знания, в общем, полезны, потому что никогда не понимаем, даже когда что-то изучается у того же червяка или у белой крысы, каким это образом повернется к человеку. Но то, что…

Ведущий: Но какова степень изученности?

Вячеслав Дубынин: Но то, что… Ну, Вам процент нужен? Понимаете, вот, скажем, гены вроде бы уже все описаны, но про значительную часть из них, мне кажется, две трети, мы не очень точно понимаем, что делают соответствующие белки. Если мы возьмем море нейронов, там изученность будет, скажем, 10%, если мы возьмем какие-нибудь высшие психические функции, еще меньше. Но, понимаете, тут ведь наука…

Алексей Кащеев: Преувеличиваете, по-моему, процентов на 6.

Вячеслав Дубынин: Но, понимаете, ведь наука современная — это же вот не поле, которое пашется все глубже и глубже. Это, скорее, вот такая золотая лихорадка. Есть, не знаю, целая Аляска, и вот в этом месте сейчас все роют шахту, потому что именно здесь какие-то новые открытия пошли, здесь дают гранты, это все, значит, пиар.

Здесь вырыли, здесь вырыли, здесь, кто-то даже Нобелевскую премию получил, огромное пространство остается нетронутым. Но, тем не менее, логика в рытье тоже есть, потому что копают основные заболевания, копают какие-то вещи, связанные, действительно, с тем, что наиболее актуально для людей — для продолжительности жизни, для уровня здоровья.

Сейчас довольно много работ пошло, связанных с одаренностью. Не хватает средств. Современная биология, на самом деле, очень дорогая наука, и нейробиология тоже.

Алексей Кащеев: Если говорить о практическом смысле всего этого, то меня в свое время поразил факт, ну, было 3 страны, которые в 30-е годы начали активно развивать нейрохирургию — это СССР, Германия и США.

Если посмотреть операционные журналы крупнейших нейрохирургических клиник, возникавших тогда, то можно удивиться тому, что большая часть этих операций были, ну, как минимум, половина, были не нейрохирургическими, а общехирургическими. Эти люди, помимо удаления опухолей мозга, делали кесарево сечение, аппендициты и так далее.

Делалось это для того, чтобы смертность в клинике не была 100%-ной, потому что смертность при нейрохирургических операциях в эти годы была чудовищной, пережить ее было невероятной удачей. При некоторых операциях она приближалась к 100%.

Сейчас смертность при нейрохирургических операциях очень низка, инвалидность очень низка, и это следствие, в общем, фундаментальной науки, ее внедрения в нашу ежедневную практику.

Ведущий: И того пути, который был пройден. Продолжим наш разговор после короткой паузы. Не переключайтесь.

Юрий Александров: Либералы и консерваторы имеют структуру типа миндалины разной величины.

Прот. Игорь Фомин: Чем мы наделим наших детей, что мы им передадим?

Вячеслав Дубынин: Наша нейросеть зеркалит нейросеть наших родителей, наших учителей, тех людей, которых мы любим и уважаем.

Ведущий: Мы продолжаем наш разговор. В эфире «Человеческий мозг» — тема нашего разговора сегодня. Отец Игорь.

Прот. Игорь Фомин: Ну, вот заговорили о практике. Мне просто было бы интересно у специалистов узнать, вот мы говорили о теоретических связях нейронов и тому подобное, а вообще развитие мозга, память, не знаю, способности, вы затронули таланты. Сейчас каждый школьник… вот 30 детей в одном классе проходят тестирование. Одному определяют — ты математик, ты гуманитарий, и так далее, и тому подобное.

Вячеслав Дубынин: Это довольно условное тестирование, положим, да.

Прот. Игорь Фомин: Да, но так говорить нельзя. То есть все эти нейроны — они не определяются. Вот Вы говорили о социальных группах нейронов, ну, и потом все-таки до индивидуальных они разбиваются, то есть нейроны — это что-то нейтральное.

Юрий Александров: Нет.

Вячеслав Дубынин: Уж не настолько, да? У них есть свои функции, дальше, есть эти функции, довольно по-разному установленные у разных людей, потому что, в конце концов, в каждом из нас, ну, где-то на 50%, ну, так, в среднем, многие наши функции зависят от родительских генов. Это касается и предрасположенности к разным заболеваниям, и одаренности.

Ну, очень многие функции иногда получаются не 50, иногда получаются 70, иногда 95, иногда 30. Но, в принципе, уже у отдельных нейронов, у тех нейросетей, которые возникают, довольно много предустановленных судеб.

Дальше, значит, эти нейроны — они же не просто в мозге болтаются, они внутри сложного организма. Вот почему мы иногда не можем предсказать эффекты каких-то операций и воздействий нейрохирургических? Потому что, на самом деле, когда мы говорим о мозге, мы забываем про великую триаду: мозг, эндокринная система, иммунная система, потому что наш организм собирается в единое целое нейроиммуноэндокринным взаимодействием, и гормоны действуют на мозг, мозг действует на эндокринную сферу.

И как бы отдельная мысль, что и иммунная система туда же лезет, потому что обычно иммунитет осознают как систему, которая, ну, там, с бактериями борется, с вирусами. Как бы ни так. Там еще выделяются вещества, которые называются цитокины, и которые имеют значение как химические регуляторы не меньше, чем гормоны, и не меньше, чем медиаторы, которыми обмениваются нервные клетки.

Поэтому уровень непредсказуемости — он очень велик, с одной стороны, но, с другой стороны, та же эндокринная система тоже зависит от генетики. Иммунная система зависит от генетики. Поэтому здесь очень много степеней свободы, путь изучения и познания извилист, но это все-таки путь.

Это не пустыня, где вот мы стоим и, типа, куда же идти-то нам, да, а все-таки можно работать. Но в основном, конечно, мы концентрируемся на самых актуальных проблемах. Кого больше всего? Вот эпилептик, каждый двухсотый эпилептик, а очаг чуть ли не у каждого пятидесятого. Шизофрения — каждый сотый.

Алексей Кащеев: До 1%, да.

Вячеслав Дубынин: Да. Аутизм — каждый сотый и даже чаще. Наркология, умственная отсталость, ДЦП, ну, и так далее. Это, прежде всего, потому что, конечно, прекрасно рассуждать об одаренности художественной, но у нас есть реальные больные, которым нужно реально помогать.

И вот я, например, как физиолог, который занимается такими общими принципами, я всегда с огромнейшим уважением отношусь к реальным докторам, к реальным психотерапевтам. Потому что мы, физиологи, имеем счастье говорить об общих принципах, а они имеют дело с конкретным уникальным человеком, с конкретным уникальным заболеванием, проблемой.

И вы делаете то же самое, потому что все эти общие принципы — они не работают на 100%, когда вы доходите до конкретной личности. Но при этом все равно нужно заниматься фундаментальным, и я вижу, как те же врачи меня слушают, когда я рассказываю об общих принципах, потому что им этого не хватает. Вот эта гармония индивидуального подхода и фундаментального знания — она непроста, но она должна существовать.

Юрий Александров: Я хотел о двух мифах сказать, тем более что вот тут они уже, оба мифа, затрагивались. Первый несколько переместический миф. С одной стороны, у нас мощные успехи в изучении мозга, и то, что сейчас известно, это просто, ну, я бы сказал, будоражаще и возбуждающе интересно, потому что… Ну, это трудно передать — это ощущение.

С другой стороны, если мы возьмем основную идеологию, с помощью которой описывается работа мозга, и возьмем то, что говорилось 400 лет назад, например, Декартом: животные духи бегают по порам мозга. Чем больше они бегают по соответствующим порам, тем эти поры становятся проходимее для этих духов. И затем, когда мы хотим что-нибудь вспомнить, то эти духи бегут по этим порам.

Внимание, уважаемые коллеги! Это совершенно современная наука, только вместо пор поставьте синапсы, а вместо духов спайки, и у вас получится, чем больше эти спайки бегают по определенным путям, тем проходимее становятся эти синапсы, и так у нас образуется память, читай — дуги, читай — сети, и так далее, и так далее.

То есть вообще там могут быть сложнейшие внутринейронные метаболические изменения, которые лежат в основе изменения синапсов, экспрессий генов поздних, которые приводят к продукции синапсов, и в том числе к апоптозу.

Вот вы говорили о смерти клеток, мы предположили и показали, что при обучении имеет место апоптоз, то есть, иначе говоря, гибель части клеток, когда мы учимся. То есть…

Вячеслав Дубынин: Тогда оптимизируется система.

Юрий Александров:Да, то есть некоторые клетки… Апоптоз — это, заметьте, не убийство клетки, а это самоубийство, это харакири, по существу. То есть это альтруистическое поведение клеток. И это, извините, первый миф, о котором я хотел сказать, что, на самом деле, при мощнейших успехах, и в то же время, общая идеология, в общем, довольно, я бы сказал…

Прот. Александр Абрамов: Неизменна.

Юрий Александров: Да. Это вот первый миф, что мы что-то, там, принципиально меняем идеологически. Мы все больше и больше знаем в рамках определенного…

Прот. Александр Абрамов: Существа…

Юрий Александров:Да, да, да. А второй миф, и здесь я не уверен, вот как коллеги со мной согласятся, это миф, который существовал долго и рухнул, я думаю, где-нибудь четверть века назад, относительно того, что у нас есть мозг, мозг — это такое специальное устройство, которое двигает, воспринимает и делает вот такие вот некие стабильные вещи.

И мозг человека в любой культуре и в любом обществе — это вот набор этих стабильных механизмов, которые работают в Аравийской пустыне так, в Соединенных Штатах Америки чуть иначе, а в России тоже чуть иначе, но, в принципе, это комбинация одних и тех же механизмов.

Вот это абсолютно неверное понимание, потому что, на самом деле, мы имеем разные мозги в разных культурах, потому что эти мозги представлены различными  наборами специализированных клеток. Они специализированы относительно разных навыков разного типа, и поэтому…

Прот. Александр Абрамов: И условий среды.

Юрий Александров: Да. То есть, поэтому там, по существу, разные специалисты, и это, между прочим, характерно не только для людей, принадлежащих к разным странам, это не плохо, это очень хорошо, потому что у нас несколько разные взгляды на реальность, и эти взгляды, внимание, не только конкурируют, они взаимодополнительны. Мы смотрим на реальность с разных сторон.

Это характерно и для людей внутри одного общества. Мозг людей либеральных и консервативных взглядов разный. Он разный не только… И физиологические проявления их активности разные, и потенциалы мозга у них разные. Уважаемые коллеги, по секрету скажу, у них размеры структур анатомических разные.

Вячеслав Дубынин: Да, прямо на уровне анатомии это различается.

Юрий Александров: Да, на уровне анатомии. То есть либералы и консерваторы имеют структуры типа миндалины разной величины.

Ведущий: А у мужчин и женщин, видимо, тоже.

Юрий Александров: Мужчины и женщины — это вообще особая статья. Я бы не касался, потому что там есть крупные специалисты в этой области, а я нет.

Ведущий: Но все же вот…

Прот. Александр Абрамов: Но сторонники расовой теории, надо сказать, пошли бы дальше и сказали, что тогда можно говорить и о превосходящих типах мозга и…

Юрий Александров: Вот это самое главное, что я хотел бы оговорить, притом, что, конечно, существуют анатомические различия, они показаны. Хотя это, так скажем, не очень политкорректные исследования, но они существуют.

Прот. Александр Абрамов: Они в мейнстриме тоже находятся.

Юрий Александров: Они находятся в мейнстриме, более того, показано, каким образом ментальные различия связаны… ну, гипотеза, каким образом они связаны с различием анатомии. Но это не лучше, а хуже, потому что они…

Ведущий: То есть нельзя говорить, что кто-то превосходит кого-то.

Юрий Александров: Упаси Бог, потому что аналитический и холистический способ мышления, связанный с коллективизмом и индивидуализмом, это не просто разное видение мира, это дополнительные взгляды мира. Потому что наше познание строится — первая фаза холистическая, а вторая — аналитическая.

То есть разные культуры, по существу, они предрасполагают людей к тому, что те тянутся либо к первой стадии познания, либо ко второй стадии познания. И поэтому в одной культуре люди лучше производят гипотезы, новые ветви исследования, а в другой это стадия проверки, стадия контроля и прикладная стадия.

Поэтому есть страны, в которых очень плохо с прикладными работами, и им приходится делать специальные костыли, для того чтобы приблизиться к тем, у которых это хорошо.

Ведущий: Вопрос, который часто возникает в рамках дискуссии о нашей деятельности, о человеческом мозге, о том, что первично — гены, биохимия, если мы говорим о взаимодействии с окружающим миром, гены, биохимия или сознание. Или я так понимаю, что, в принципе, вопрос-то…

Вячеслав Дубынин: Ну, это вопрос настолько проходной, и он так далек от простоты, что можно, не знаю, месяцами про это говорить. Ну, представьте себе, что это такая вот целостная система, в которой масса взаимных влияний. И когда, например, тот же самый мозг находится в состоянии хронического стресса, в нем много что меняется, и не только в нем, а, скажем, в эндокринной системе.

А дальше вдруг появляются генетики, которые говорят о метилировании, ацетилировании ДНК, эпигенетики о том, что эти даже не мутации, а небольшие изменения состояния белков, которые окружают молекулы ДНК, дальше будут передаваться потомству.

То есть, на самом деле, это целостная система, я бы так вопрос просто не ставил, это попытка упростить. Да, конечно, хочется получить простой ответ. Вот нет тут простоты. Придется очень многое узнать, очень много подумать и прочувствовать, чтобы немножечко начинать разбираться в мозге.

Юрий Александров: Это описание единого с разных сторон.

Ведущий: Отец Игорь, отец Александр, ваши итоги.

Прот. Александр Абрамов: Меня как-то интересовала очень тематика экспериментов, порой довольно жестоких, которые ставились в области человеческой воли. Ну, например, исследования конформности, как люди сбиваются под предводительством того или иного вожака в абсолютно конформную такую стаю квазинацистскую и начинают, например, заниматься преследованием того, кто обозначается как оппонент.

Для меня ясно, что по мере развития исследований в области физиологии, в области психологии и психиатрии, исследований сознания, когнитивных функций человека будет становиться среди прочего ясно, насколько вот этот слой, условно который можно назвать слоем цивилизованности в человеке, насколько он тонкий, насколько легко он может быть разрушен, в том числе и при применении либо веществ, либо технических методов и так далее.

И вот это ядро человеческой жизни — оно не может быть исследовано такими общепринятыми методами, но, по мере проведения общепринятых исследований, накопления новой информации, ценность этого ядра будет становиться все выше и выше. Ценность цивилизованности, совести, любви.

Ведущий: Отец Игорь.

Прот. Игорь Фомин: Итогом этой передачи, наверное, для меня становится, ну, как раньше, в общем-то, я об этом думал, что в наследство своим детям мы передаем не только машины, дачи или какие-то другие движимые, недвижимые вещи, но в первую очередь мы передаем то, о чем мы сейчас говорим, — интеллект. Мы передаем им то ДНК, которое будет им уже… да, и не только, наверное, ДНК…

Вячеслав Дубынин: Нашу личность, потому что мы так устроены, что наша нейросеть зеркалит нейросеть наших родителей, наших учителей, всех людей, которых мы любим и уважаем. И это совершенно фантастическое свойство, которое дополнило генетический перенос.

То есть это основа нашей культуры, это основа организации общества. Ведь наш мозг ничем не отличается от мозга древнего египтянина, но мы сейчас грузим… грузим, да, в него совсем другую информацию, мы другие, но, конечно, жизнь не стала проще.

Прот. Игорь Фомин: И, загружая эту информацию, мы должны очень четко и очень корректно к ней относиться, что мы передадим, чем мы наделим наших детей, что мы им передадим, и какими они будут, а в результате, какое будет общество в будущем, это зависит сейчас от того, что мы туда загрузим — в наш мозг.

Ведущий: Ну, вопросов у меня, по крайней мере, после этой дискуссии, гораздо больше, чем ответов. Ну, наверное, это единственный возможный вывод из дискуссии о человеческом мозге.

До новых встреч в эфире! До свидания!

Анатомия мозга, Анатомия человеческого мозга

Обзор

Мозг — удивительный трехфунтовый орган, который контролирует все функции тела, интерпретирует информацию из внешнего мира и воплощает суть разума и души. Интеллект, креативность, эмоции и память — вот лишь некоторые из многих вещей, которыми управляет мозг. Защищенный черепом, мозг состоит из головного мозга, мозжечка и ствола мозга.

Мозг получает информацию через наши пять органов чувств: зрение, обоняние, осязание, вкус и слух — часто многих одновременно.Он собирает сообщения таким образом, который имеет для нас значение, и может хранить эту информацию в нашей памяти. Мозг контролирует наши мысли, память и речь, движения рук и ног, а также функции многих органов нашего тела.

Центральная нервная система (ЦНС) состоит из головного и спинного мозга. Периферическая нервная система (ПНС) состоит из спинномозговых нервов, ответвляющихся от спинного мозга, и черепных нервов, ответвляющихся от головного мозга.

Мозг

Мозг состоит из головного мозга, мозжечка и ствола головного мозга (рис.1).

Рисунок 1. Мозг состоит из трех основных частей: большого мозга, мозжечка и ствола мозга.

Головной мозг: — самая большая часть мозга, состоящая из правого и левого полушарий. Он выполняет более высокие функции, такие как интерпретация осязаний, зрения и слуха, а также речи, рассуждений, эмоций, обучения и точного контроля движений.

Мозжечок: расположен под головным мозгом. Его функция — координировать движения мышц, поддерживать осанку и баланс.

Ствол мозга: действует как центр реле, соединяющий головной мозг и мозжечок со спинным мозгом. Он выполняет множество автоматических функций, таких как дыхание, частота сердечных сокращений, температура тела, циклы бодрствования и сна, пищеварение, чихание, кашель, рвота и глотание.

Правое полушарие — левое полушарие

Головной мозг разделен на две половины: правое и левое полушария (рис. 2). Они соединены пучком волокон, называемым мозолистым телом, который передает сообщения от одной стороны к другой.Каждое полушарие контролирует противоположную сторону тела. Если инсульт произошел в правом полушарии мозга, ваша левая рука или нога может быть слабой или парализованной.

Не все функции полушарий являются общими. В целом левое полушарие контролирует речь, понимание, арифметику и письмо. Правое полушарие контролирует творческие способности, пространственные способности, артистические и музыкальные навыки. Левое полушарие является доминирующим при использовании рук и речи примерно у 92% людей.

Фигура 2.Головной мозг делится на левое и правое полушария. Две стороны соединены нервными волокнами мозолистого тела.

Доли головного мозга

Полушария головного мозга имеют отчетливые трещины, которые разделяют мозг на доли. В каждом полушарии по 4 доли: лобная, височная, теменная и затылочная (рис. 3). Каждую долю можно снова разделить на области, которые выполняют очень определенные функции. Важно понимать, что каждая доля мозга не работает в одиночку. Между долями мозга и между правым и левым полушариями существуют очень сложные отношения.

Рисунок 3. Головной мозг разделен на четыре доли: лобную, теменную, затылочную и височную.

Лобная доля

• Личность, поведение, эмоции
• Решение, планирование, решение проблем
• Речь: устная и письменная речь (область Брока)
• Кузовное движение (моторная полоса)
• Интеллект, концентрация, самосознание

Теменная доля

• Переводит язык, слова
• Ощущение прикосновения, боли, температуры (сенсорная полоска)
• Интерпретирует сигналы зрения, слуха, моторики, органов чувств и памяти
• Пространственно-зрительное восприятие

Затылочная доля

• Интерпретирует зрение (цвет, свет, движение)

Височная доля

• Понимание языка (зона Вернике)
• Память
• Слух
• Секвенирование и организация

Язык

В общем, левое полушарие мозга отвечает за язык и речь и называется «доминантным» полушарием.Правое полушарие играет большую роль в интерпретации визуальной информации и пространственной обработке. Примерно у одной трети левшей речевая функция может быть расположена в правом полушарии мозга. Людям-левшам может потребоваться специальное обследование, чтобы определить, находится ли их речевой центр с левой или с правой стороны, перед какой-либо операцией в этой области.

Афазия — это нарушение языка, влияющее на выработку речи, понимание, чтение или письмо, из-за травмы головного мозга — чаще всего в результате инсульта или травмы.Тип афазии зависит от пораженного участка головного мозга.

Площадь Брока: лежит в левой лобной доле (рис. 3). Если эта область повреждена, человеку может быть трудно двигать языком или лицевыми мышцами, чтобы воспроизводить звуки речи. Человек по-прежнему может читать и понимать разговорный язык, но испытывает трудности с речью и письмом (т. Е. Формирует буквы и слова, не пишет внутри строк) — это называется афазией Брока.

Область Вернике: находится в левой височной доле (рис. 3).Повреждение этой области вызывает афазию Вернике. Человек может говорить длинными предложениями, не имеющими смысла, добавлять ненужные слова и даже создавать новые слова. Они могут издавать звуки речи, однако им трудно понимать речь, и поэтому они не осознают своих ошибок.

Cortex

Поверхность головного мозга называется корой. Он имеет складчатый вид с холмами и долинами. Кора головного мозга содержит 16 миллиардов нейронов (в мозжечке их 70 миллиардов = 86 миллиардов всего), которые расположены в определенных слоях.Тела нервных клеток окрашивают кору в серо-коричневый цвет, отсюда и название — серое вещество (рис. 4). Под корой находятся длинные нервные волокна (аксоны), которые соединяют области мозга друг с другом — это белое вещество.

Рисунок 4. Кора головного мозга содержит нейроны (серое вещество), которые связаны с другими областями мозга аксонами (белое вещество). Кора имеет складчатый вид. Складка называется извилиной, а впадина между ней — бороздой.

Сворачивание коры увеличивает площадь поверхности мозга, позволяя большему количеству нейронов поместиться внутри черепа и обеспечивая высшие функции.Каждая складка называется извилиной, а каждая бороздка между складками — бороздой. Есть названия складок и бороздок, которые помогают обозначить определенные области мозга.

Глубинные сооружения

Пути, называемые трактами белого вещества, соединяют области коры друг с другом. Сообщения могут перемещаться от одной извилины к другой, от одной доли к другой, от одной части мозга к другой и к структурам глубоко в головном мозге (рис. 5).

Рисунок 5. Корональный разрез базальных ганглиев.

Гипоталамус: расположен в дне третьего желудочка и является главным регулятором вегетативной системы. Он играет роль в управлении таким поведением, как голод, жажда, сон и сексуальная реакция. Он также регулирует температуру тела, артериальное давление, эмоции и секрецию гормонов.

Гипофиз: находится в небольшом костном кармане у основания черепа, который называется турецким седлом. Гипофиз соединен с гипоталамусом головного мозга ножкой гипофиза.Известная как «главная железа», она контролирует другие эндокринные железы в организме. Он выделяет гормоны, которые контролируют половое развитие, способствуют росту костей и мышц и реагируют на стресс.

Шишковидная железа : расположен за третьим желудочком. Он помогает регулировать внутренние часы организма и циркадные ритмы, выделяя мелатонин. Он играет определенную роль в половом развитии.

Таламус : служит ретрансляционной станцией для почти всей информации, которая приходит и уходит в кору.Он играет роль в болевых ощущениях, внимании, настороженности и памяти.

Базальные ганглии: включают хвостатый, скорлупу и бледный шар. Эти ядра работают с мозжечком, чтобы координировать мелкие движения, например движения кончиков пальцев.

Лимбическая система: — это центр наших эмоций, обучения и памяти. В эту систему входят поясная извилина, гипоталамус, миндалевидное тело (эмоциональные реакции) и гиппокамп (память).

Память

Память — это сложный процесс, который включает три фазы: кодирование (определение важной информации), хранение и вызов.Различные области мозга задействованы в разных типах памяти (рис. 6). Ваш мозг должен уделять внимание и репетировать, чтобы событие перешло из кратковременной памяти в долговременную — это называется кодированием.

Рисунок 6. Структуры лимбической системы, участвующие в формировании памяти. Префронтальная кора головного мозга кратковременно хранит недавние события в кратковременной памяти. Гиппокамп отвечает за кодирование долговременной памяти.

• Кратковременная память , также называемая рабочей памятью, возникает в префронтальной коре.Он хранит информацию около одной минуты, а его емкость ограничена примерно 7 элементами. Например, он позволяет набрать номер телефона, который вам только что сказал. Он также вмешивается во время чтения, чтобы запомнить только что прочитанное предложение, чтобы следующее имело смысл.
• Долговременная память обрабатывается в гиппокампе височной доли и активируется, когда вы хотите что-то запомнить на более длительное время. Эта память имеет неограниченное количество содержимого и продолжительности.Он содержит личные воспоминания, а также факты и цифры.
• Память навыков обрабатывается в мозжечке, который передает информацию в базальные ганглии. Он сохраняет автоматически выученные воспоминания, такие как завязывание обуви, игра на музыкальном инструменте или езда на велосипеде.

Желудочки и спинномозговая жидкость

В головном мозге есть полые полости, заполненные жидкостью, называемые желудочками (рис. 7). Внутри желудочков находится ленточная структура, называемая сосудистым сплетением, которая дает прозрачную бесцветную спинномозговую жидкость (CSF).ЦСЖ течет внутри и вокруг головного и спинного мозга, чтобы защитить его от травм. Эта циркулирующая жидкость постоянно всасывается и пополняется.

Рис. 7. ЦСЖ вырабатывается внутри желудочков глубоко в головном мозге. Жидкость спинномозговой жидкости циркулирует внутри головного и спинного мозга, а затем выходит за пределы субарахноидального пространства. Типичные места обструкции: 1) отверстие Монро, 2) акведук Сильвия и 3) обекс.

Есть два желудочка в глубине полушарий головного мозга, которые называются боковыми желудочками.Оба они соединяются с третьим желудочком через отдельное отверстие, называемое отверстием Монро. Третий желудочек соединяется с четвертым желудочком через длинную узкую трубку, называемую акведуком Сильвия. Из четвертого желудочка спинномозговая жидкость течет в субарахноидальное пространство, где омывает и смягчает мозг. ЦСЖ перерабатывается (или абсорбируется) специальными структурами в верхнем сагиттальном синусе, называемыми паутинными ворсинками.

Поддерживается баланс между количеством абсорбированного и производимого CSF.Нарушение или закупорка системы может вызвать накопление спинномозговой жидкости, что может вызвать увеличение желудочков (гидроцефалия) или скопление жидкости в спинном мозге (сирингомиелия).

Череп

Костный череп предназначен для защиты мозга от травм. Череп состоит из 8 костей, которые срастаются по линиям швов. К этим костям относятся лобная, теменная (2), височная (2), клиновидная, затылочная и решетчатая (рис. 8). Лицо состоит из 14 парных костей, включая верхнюю, скуловую, носовую, небную, слезную, нижние носовые раковины, нижнюю челюсть и сошник.

Рисунок 8. Мозг защищен внутри черепа. Череп образован из восьми костей.

Внутри черепа есть три отдельные области: передняя ямка, средняя ямка и задняя ямка (рис. 9). Врачи иногда используют эти термины для определения локализации опухоли, например, менингиома средней ямки.

Рисунок 9. Вид черепных нервов у основания черепа с удаленным мозгом. Черепные нервы исходят из ствола мозга, выходят из черепа через отверстия, называемые отверстиями, и проходят к иннервируемым частям тела.Ствол мозга выходит из черепа через большое затылочное отверстие. Основание черепа разделено на 3 области: переднюю, среднюю и заднюю ямки.

Подобно кабелям, выходящим из задней части компьютера, все артерии, вены и нервы выходят из основания черепа через отверстия, называемые отверстиями. Большое отверстие в середине (foramen magnum) — это место, где выходит спинной мозг.

Черепные нервы

Мозг сообщается с телом через спинной мозг и двенадцать пар черепных нервов (рис.9). Десять из двенадцати пар черепных нервов, которые контролируют слух, движение глаз, лицевые ощущения, вкус, глотание и движение мышц лица, шеи, плеч и языка, берут начало в стволе мозга. Черепные нервы обоняния и зрения берут начало в головном мозге.

Римская цифра, название и основная функция двенадцати черепных нервов:

.

Номер	Имя	Функция
I	обонятельный	запах
II	оптика	прицел
III	глазодвигатель	движется глаз, зрачок
IV	трохлеарный	перемещает глаз
В	тройничного нерва	ощущение лица
VI	похищает	перемещает глаз
VII	лицевая	движется лицом, слюна
VIII	вестибулокохлеарный	слух, баланс
IX	языкоглоточный	вкус, глотать
X	вагус	пульс, пищеварение
XI	принадлежность	перемещает головку
XII	подъязычный	перемещает язычок

Менинги

Головной и спинной мозг покрыт и защищен тремя слоями ткани, называемыми мозговыми оболочками.С самого внешнего слоя внутрь они представляют собой твердую мозговую оболочку, паутинную оболочку и мягкую мозговую оболочку.

Твердая мозговая оболочка: представляет собой прочную толстую мембрану, которая плотно прилегает к внутренней части черепа; его два слоя, периостальная и мозговая оболочка твердой мозговой оболочки, сливаются и разделяются только для образования венозных синусов. Твердая мозговая оболочка образует небольшие складки или отсеки. Есть две особые дюралюминиевые складки — фалькс и тенториум. Соколов разделяет правое и левое полушария мозга, а тенториум отделяет головной мозг от мозжечка.

Арахноидальная ткань: представляет собой тонкую перепончатую мембрану, покрывающую весь мозг. Паутинная оболочка состоит из эластичной ткани. Пространство между твердой мозговой оболочкой и паутинной оболочкой называется субдуральным пространством.

Pia mater: охватывает поверхность мозга, следуя его складкам и бороздкам. Мягкая мозговая оболочка имеет множество кровеносных сосудов, проникающих глубоко в мозг. Пространство между паутинной оболочкой и мягкой мозговой оболочкой называется субарахноидальным пространством. Именно здесь спинномозговая жидкость омывает мозг и смягчает его.

Кровоснабжение

Кровь поступает в мозг по двум парным артериям: внутренним сонным артериям и позвоночным артериям (рис. 10). Внутренние сонные артерии снабжают большую часть головного мозга.

Рис. 10. Общая сонная артерия проходит вверх по шее и делится на внутреннюю и внешнюю сонные артерии. Переднее кровообращение головного мозга питается внутренними сонными артериями (ВСА), а заднее кровообращение — позвоночными артериями (ВА).Две системы соединяются в Уиллисийском круге (зеленый кружок).

Позвоночные артерии снабжают мозжечок, ствол мозга и нижнюю часть головного мозга. Пройдя через череп, правая и левая позвоночные артерии соединяются вместе, образуя базилярную артерию. Базилярная артерия и внутренние сонные артерии «сообщаются» друг с другом в основании мозга, которое называется Виллизиевым кругом (рис. 11). Связь между внутренней сонной и вертебрально-базилярной системами является важным элементом безопасности мозга.Если один из крупных сосудов блокируется, возможно, что побочный кровоток пересечет Виллисовский круг и предотвратит повреждение мозга.

Рис. 11. Вид сверху на Уиллисовский круг. К внутренней сонной и позвоночно-базилярной системам присоединяются передняя соединяющая (Acom) и задняя соединяющая (Pcom) артерии.

Венозное кровообращение головного мозга сильно отличается от кровообращения в остальном теле. Обычно артерии и вены сливаются друг с другом, поскольку они снабжают и дренируют определенные области тела.Можно подумать, что это пара позвоночных вен и внутренние сонные вены. Однако в мозгу это не так. Коллекторы основных вен интегрированы в твердую мозговую оболочку и образуют венозные синусы — не путать с воздушными синусами на лице и в области носа. Венозные синусы собирают кровь из головного мозга и передают ее во внутренние яремные вены. Верхние и нижние сагиттальные пазухи дренируют головной мозг, кавернозные пазухи дренируют переднее основание черепа. Все пазухи в конечном итоге стекают в сигмовидные пазухи, которые выходят из черепа и образуют яремные вены.Эти две яремные вены, по сути, единственный дренаж мозга.

Клетки головного мозга

Мозг состоит из двух типов клеток: нервных клеток (нейронов) и глиальных клеток.

Нервные клетки

Нейроны бывают разных размеров и форм, но все они состоят из тела клетки, дендритов и аксона. Нейрон передает информацию посредством электрических и химических сигналов. Попробуйте представить себе электропроводку в вашем доме. Электрическая цепь состоит из множества проводов, соединенных таким образом, что при включении выключателя зажигается лампочка.Возбужденный нейрон будет передавать свою энергию находящимся поблизости нейронам.

Нейроны передают свою энергию или «разговаривают» друг с другом через крошечный промежуток, называемый синапсом (рис. 12). У нейрона есть много плеч, называемых дендритами, которые действуют как антенны, улавливающие сообщения от других нервных клеток. Эти сообщения передаются в тело ячейки, которое определяет, следует ли передать сообщение. Важные сообщения передаются в конец аксона, где мешочки, содержащие нейротрансмиттеры, открываются в синапс.Молекулы нейротрансмиттера пересекают синапс и входят в специальные рецепторы принимающей нервной клетки, что стимулирует эту клетку передавать сообщение.

Рисунок 12. Нервные клетки состоят из тела клетки, дендритов и аксона. Нейроны общаются друг с другом, обмениваясь нейротрансмиттерами через крошечный промежуток, называемый синапсом.

Клетки глии

Глия (греческое слово, означающее клей) — это клетки мозга, которые обеспечивают нейроны питанием, защитой и структурной поддержкой.Глии в 10-50 раз больше, чем нервных клеток, и они являются наиболее распространенным типом клеток, участвующих в опухолях головного мозга.

• Астроглия или астроциты заботятся о нас — они регулируют гематоэнцефалический барьер, позволяя питательным веществам и молекулам взаимодействовать с нейронами. Они контролируют гомеостаз, защиту и восстановление нейронов, образование рубцов, а также влияют на электрические импульсы.
• Клетки олигодендроглии создают жировое вещество, называемое миелином, которое изолирует аксоны, позволяя электрическим сообщениям перемещаться быстрее.
• Эпендимные клетки выстилают желудочки и секретируют спинномозговую жидкость (CSF).
• Микроглия — это иммунные клетки мозга, защищающие его от захватчиков и убирающие мусор. Они также обрезают синапсы.

Источники и ссылки

Если у вас есть дополнительные вопросы, свяжитесь с Mayfield Brain & Spine по телефону 800-325-7787 или 513-221-1100.

Ссылки

brainfacts.org

мозг.mcgill.ca

обновлено> 4.2018 Обзор
> Тоня Хайнс, CMI, клиника Мэйфилд, Цинциннати, Огайо

Сертифицированная медицинская информация Mayfield материалов написаны и разработаны клиникой Mayfield Clinic. Мы соблюдаем стандарт HONcode в отношении достоверной информации о здоровье. Эта информация не предназначена для замены медицинских рекомендаций вашего поставщика медицинских услуг.

Обзор нейрохирурга Анатомия мозга

Мозг выполняет множество важных функций.Это придает смысл тому, что происходит в окружающем нас мире. Через пять органов чувств: зрение, обоняние, слух, осязание и вкус, мозг получает сообщения, часто многие одновременно.

Мозг контролирует мысли, память и речь, движения рук и ног, а также функции многих органов в теле. Он также определяет, как люди реагируют на стрессовые ситуации (например, написание экзамена, потеря работы, рождение ребенка, болезнь и т. Д.), Регулируя частоту сердечных сокращений и дыхания.Мозг — это организованная структура, разделенная на множество компонентов, которые выполняют определенные и важные функции.

Вес мозга меняется от рождения до взрослого возраста. При рождении средний мозг весит около одного фунта, а в детстве вырастает до двух фунтов. Средний вес мозга взрослой женщины составляет около 2,7 фунта, тогда как мозг взрослого мужчины весит около трех фунтов.

Нервная система

Нервная система обычно делится на центральную нервную систему и периферическую нервную систему.Центральная нервная система состоит из головного мозга, его черепных нервов и спинного мозга. Периферическая нервная система состоит из спинномозговых нервов, которые ответвляются от спинного мозга и автономной нервной системы (разделенной на симпатическую и парасимпатическую нервную систему).

Клеточная структура мозга

Мозг состоит из двух типов клеток: нейронов и глиальных клеток, также известных как нейроглия или глия. Нейрон отвечает за отправку и получение нервных импульсов или сигналов.Глиальные клетки — это ненейрональные клетки, которые обеспечивают поддержку и питание, поддерживают гомеостаз, образуют миелин и способствуют передаче сигналов в нервной системе. В человеческом мозге количество глиальных клеток превышает количество нейронов примерно в 50 раз. Глиальные клетки — самые распространенные клетки, обнаруживаемые в первичных опухолях головного мозга.

Когда у человека диагностируется опухоль головного мозга, может быть сделана биопсия, при которой ткань опухоли удаляется патологом для целей идентификации. Патологи идентифицируют тип клеток, которые присутствуют в этой мозговой ткани, и назначают опухоли мозга на основе этой ассоциации.Тип опухоли головного мозга и вовлеченные клетки влияют на прогноз и лечение пациента.

Менинги

Мозг расположен внутри костной оболочки, называемой черепной коробкой. Череп защищает мозг от травм. Вместе череп и кости, которые защищают лицо, называются черепом. Между черепом и мозгом находятся мозговые оболочки, которые состоят из трех слоев ткани, которые покрывают и защищают головной и спинной мозг. С самого внешнего слоя внутрь они представляют собой твердую мозговую оболочку, паутинную оболочку и мягкую мозговую оболочку.

Dura Mater: В головном мозге твердая мозговая оболочка состоит из двух слоев беловатой неэластичной пленки или мембраны. Внешний слой называется надкостницей. Внутренний слой, твердая мозговая оболочка, выстилает внутреннюю часть всего черепа и создает небольшие складки или отсеки, в которых части мозга защищены и закреплены. Две особые складки твердой мозговой оболочки называются серповидной и тенториальной. Соколов разделяет правую и левую половину мозга, а тенториум разделяет верхнюю и нижнюю части мозга.

Арахноидальная оболочка: Второй слой мозговых оболочек — паутинная оболочка. Эта мембрана тонкая и нежная и покрывает весь мозг. Между твердой мозговой оболочкой и паутинной оболочкой есть пространство, которое называется субдуральным пространством. Паутинная оболочка состоит из нежной эластичной ткани и кровеносных сосудов разного размера.

Pia Mater: Слой мозговых оболочек, ближайший к поверхности мозга, называется мягкой мозговой оболочкой. Мягкая мозговая оболочка имеет множество кровеносных сосудов, которые проникают глубоко в поверхность мозга.Мягкая мозговая оболочка, покрывающая всю поверхность головного мозга, следует по складкам головного мозга. Основные артерии, снабжающие мозг, обеспечивают мягкую мозговую оболочку кровеносными сосудами. Пространство, разделяющее паутинную оболочку и мягкую мозговую оболочку, называется субарахноидальным пространством. Именно в этой области протекает спинномозговая жидкость.

Спинномозговая жидкость

Спинномозговая жидкость (ЦСЖ) находится в головном мозге и окружает головной и спинной мозг. Это прозрачное водянистое вещество, которое защищает головной и спинной мозг от травм.Эта жидкость циркулирует по каналам вокруг спинного и головного мозга, постоянно всасываясь и пополняясь. Жидкость вырабатывается в полых каналах головного мозга, называемых желудочками. Специализированная структура внутри каждого желудочка, называемая сосудистым сплетением, отвечает за большую часть производства спинномозговой жидкости. Мозг обычно поддерживает баланс между количеством абсорбированной спинномозговой жидкости и ее производством. Однако в этой системе могут возникнуть сбои.

Желудочковая система

Желудочковая система разделена на четыре полости, называемые желудочками, которые соединены серией отверстий, называемых отверстиями, и трубками.

Два желудочка, заключенные в полушариях головного мозга, называются боковыми желудочками (первым и вторым). Каждый из них сообщается с третьим желудочком через отдельное отверстие, называемое отверстием Манро. Третий желудочек находится в центре мозга, а его стенки состоят из таламуса и гипоталамуса.

Третий желудочек соединяется с четвертым желудочком через длинную трубку, называемую Акведуком Сильвия.

СМЖ, текущая через четвертый желудочек, обтекает головной и спинной мозг, проходя через еще ряд отверстий.

Компоненты и функции мозга

Ствол мозга

Ствол мозга — это нижняя часть мозга, расположенная перед мозжечком и соединенная со спинным мозгом. Он состоит из трех структур: среднего мозга, моста и продолговатого мозга. Он служит ретрансляционной станцией, передавая сообщения туда и обратно между различными частями тела и корой головного мозга. Здесь расположено множество простых или примитивных функций, необходимых для выживания.

Средний мозг является важным центром движения глаз, в то время как мост отвечает за координацию движений глаз и лица, восприятие лица, слух и равновесие.

Продолговатый мозг контролирует дыхание, артериальное давление, сердечный ритм и глотание. Сообщения из коры головного мозга в спинной мозг и нервы, ответвляющиеся от спинного мозга, отправляются через мосты и ствол мозга. Разрушение этих областей мозга вызовет «смерть мозга». Без этих ключевых функций люди не могут выжить.

Ретикулярная активирующая система находится в среднем мозге, мосту, мозговом веществе и части таламуса. Он контролирует уровень бодрствования, позволяет людям обращать внимание на окружающую их среду и участвует в режимах сна.

В стволе мозга берут начало 10 из 12 черепных нервов, которые контролируют слух, движение глаз, лицевые ощущения, вкус, глотание и движения мышц лица, шеи, плеч и языка. Черепные нервы обоняния и зрения берут начало в головном мозге.От моста берут начало четыре пары черепных нервов: нервы с пятого по восьмой.

Мозжечок

Мозжечок расположен в задней части мозга под затылочными долями. Он отделен от головного мозга тенторием (складкой твердой мозговой оболочки). Мозжечок точно регулирует двигательную активность или движение, например тонкие движения пальцев, когда они выполняют операцию или рисуют картину. Он помогает поддерживать осанку, чувство равновесия или равновесия, контролируя тонус мышц и положение конечностей.Мозжечок важен для способности выполнять быстрые и повторяющиеся действия, например, играть в видеоигры. В мозжечке правосторонние аномалии вызывают симптомы на одной и той же стороне тела.

Головной мозг

Головной мозг, составляющий основную часть мозга, делится на две основные части: правое и левое полушария головного мозга. Головной мозг — это термин, который часто используется для описания всего мозга. Трещина или бороздка, разделяющая два полушария, называется большой продольной трещиной.Две стороны мозга соединяются внизу мозолистым телом. Мозолистое тело соединяет две половины мозга и передает сообщения от одной половины мозга к другой. Поверхность головного мозга содержит миллиарды нейронов и глии, которые вместе образуют кору головного мозга.

Кора головного мозга имеет серовато-коричневый цвет и называется «серым веществом». Поверхность мозга выглядит морщинистой. Кора головного мозга имеет борозды (маленькие бороздки), трещины (большие бороздки) и выпуклости между бороздками, называемые извилинами.У ученых есть особые названия для выпуклостей и бороздок на поверхности мозга. Десятилетия научных исследований выявили специфические функции различных областей мозга. Под корой головного мозга или поверхностью мозга соединительные волокна между нейронами образуют область белого цвета, называемую «белым веществом».

Полушария головного мозга имеют несколько отчетливых трещин. Расположив эти ориентиры на поверхности мозга, его можно эффективно разделить на пары «долей».»Доли — это просто широкие области мозга. Большой мозг можно разделить на пары лобных, височных, теменных и затылочных долей. В каждом полушарии есть лобная, височная, теменная и затылочная доли. Каждую долю можно снова разделить. , в области, которые служат очень специфическим функциям. Доли мозга не функционируют в одиночку: они функционируют посредством очень сложных взаимоотношений друг с другом.

Сообщения в мозгу доставляются разными способами. Сигналы передаются по маршрутам, называемым тропами.Любое разрушение ткани мозга опухолью может нарушить связь между различными частями мозга. Результатом будет потеря таких функций, как речь, способность читать или способность выполнять простые голосовые команды. Сообщения могут перемещаться от одной выпуклости в мозгу к другой (извилины к извилинам), от одной доли к другой, от одной части мозга к другой, от одной доли мозга к структурам, находящимся глубоко в мозгу, например таламус, или из глубоких структур мозга в другую область центральной нервной системы.

Исследования показали, что прикосновение к одной стороне мозга посылает электрические сигналы на другую сторону тела. Прикосновение к моторной области на правой стороне мозга заставит двигаться противоположную или левую сторону тела. Стимуляция левой первичной моторной коры заставит двигаться правую сторону тела. Сообщения о движении и ощущениях переходят к другой стороне мозга и заставляют противоположную конечность двигаться или чувствовать ощущение. Правая часть мозга контролирует левую часть тела и наоборот.Таким образом, если опухоль головного мозга возникает в правой части мозга, которая контролирует движение руки, левая рука может быть слабой или парализованной.

Черепные нервы

Есть 12 пар нервов, которые исходят из самого мозга. Эти нервы отвечают за очень специфические виды деятельности и имеют следующие названия и номера:

1. Обоняние: Запах
2. O ptic: Поля зрения и способность видеть
3. Глазодвигатель: Движения глаз; открывание века
4. Trochlear: Движение глаз
5. Тройник: Ощущение лица
6. Abducens: Движения глаз
7. Лицевая сторона: Закрытие век; Выражение лица; вкусовые ощущения
8. Слуховые / вестибулярные: Слуховые; чувство равновесия
9. Глоссофарингеальный: Ощущение вкуса; глотание
10. Блуждающий нерв: Глотание; вкусовые ощущения
11. Принадлежность : Контроль мышц шеи и плеч
12. Подъязычно: Движение языка

Гипоталамус

Гипоталамус — это небольшая структура, которая содержит нервные связи, которые отправляют сообщения в гипофиз.Гипоталамус обрабатывает информацию, поступающую от вегетативной нервной системы. Он играет роль в контроле над такими функциями, как еда, сексуальное поведение и сон; и регулирует температуру тела, эмоции, секрецию гормонов и движения. Гипофиз развивается из продолжения гипоталамуса вниз и из второго компонента, идущего вверх от неба.

Лопасти

Лобные доли

Лобные доли — самые большие из четырех долей, отвечающих за множество различных функций.К ним относятся двигательные навыки, такие как произвольные движения, речь, интеллектуальные и поведенческие функции. Области, которые вызывают движение в частях тела, находятся в первичной моторной коре или прецентральной извилине. Префронтальная кора играет важную роль в памяти, интеллекте, концентрации, темпераменте и личности.

Премоторная кора — это область, расположенная рядом с первичной моторной корой. Он направляет движения глаз и головы, а также чувство ориентации человека. Область Брока, важная для языкового образования, находится в лобной доле, обычно с левой стороны.

Затылочные доли

Эти доли расположены в задней части мозга и позволяют людям получать и обрабатывать визуальную информацию. Они влияют на то, как люди обрабатывают цвета и формы. Затылочная доля справа интерпретирует зрительные сигналы из левого зрительного пространства, а левая затылочная доля выполняет ту же функцию для правого зрительного пространства.

Теменные доли

Эти доли одновременно интерпретируют сигналы, полученные от других областей мозга, таких как зрение, слух, моторные, сенсорные функции и память.Память человека и полученная новая сенсорная информация придают значение объектам.

Височные доли

Эти доли расположены на каждой стороне мозга примерно на уровне ушей и могут быть разделены на две части. Одна часть находится внизу (вентрально) каждого полушария, а другая часть — сбоку (сбоку) каждого полушария. Область справа участвует в зрительной памяти и помогает людям узнавать предметы и лица людей. Область слева задействована в вербальной памяти и помогает людям запоминать и понимать язык.Задняя часть височной доли позволяет людям интерпретировать эмоции и реакции других людей.

Лимбическая система

Эта система задействована в эмоциях. В эту систему входят гипоталамус, часть таламуса, миндалевидное тело (активная часть агрессивного поведения) и гиппокамп (играет роль в способности запоминать новую информацию).

Шишковидная железа

Эта железа является выростом задней или задней части третьего желудочка.У некоторых млекопитающих он контролирует реакцию на темноту и свет. У людей он играет определенную роль в половом созревании, хотя точная функция шишковидной железы у людей неясна.

Гипофиз

Гипофиз — это небольшая железа, прикрепленная к основанию мозга (за носом) в области, называемой гипофизарной ямкой или турецким седлом. Гипофиз часто называют «главной железой», потому что он контролирует секрецию гормонов. Гипофиз отвечает за контроль и координацию следующего:

• Рост и развитие
• Функции различных органов тела (т.е. почки, грудь и матка)
• Функция других желез (т. Е. Щитовидной железы, гонад и надпочечников)

Задняя ямка

Это полость в задней части черепа, которая содержит мозжечок, ствол мозга и черепные нервы 5–12.

Таламус

Таламус служит ретрансляционной станцией для почти всей информации, которая приходит и уходит в кору. Он играет роль в болевых ощущениях, внимании и настороженности.Он состоит из четырех частей: гипоталамуса, эпиталамуса, брюшного таламуса и дорсального таламуса. Базальные ганглии — это скопления нервных клеток, окружающие таламус.

Языковые и речевые функции

Как правило, за язык и речь отвечает левое полушарие или часть мозга. Из-за этого его называют «доминирующим» полушарием. Правое полушарие играет большую роль в интерпретации визуальной информации и пространственной обработке.Примерно у одной трети левшей речевая функция может быть расположена в правом полушарии мозга. Людям-левшам может потребоваться специальное тестирование, чтобы определить, находится ли их речевой центр с левой или с правой стороны, до какой-либо операции в этой области.

Многие нейробиологи считают, что левое полушарие и, возможно, другие части мозга важны для языка. Афазия — это просто нарушение языка. Определенные части мозга отвечают за определенные функции языкового производства.Существует много типов афазий, каждый в зависимости от пораженной области мозга и той роли, которую эта область играет в языковом производстве.

В лобной доле левого полушария есть область, называемая областью Брока. Он находится рядом с областью, которая контролирует движение мимических мышц, языка, челюсти и горла. Если эта область разрушена, человеку будет трудно воспроизводить звуки речи из-за неспособности двигать языком или лицевыми мышцами для формирования слов. Человек с афазией Брока все еще может читать и понимать разговорный язык, но испытывает трудности с речью и письмом.

В левой височной доле есть область, называемая зоной Вернике. Повреждение этой области вызывает афазию Вернике. Человек может издавать звуки речи, но они бессмысленны (рецептивная афазия), потому что не имеют никакого смысла.

AANS не одобряет какие-либо виды лечения, процедуры, продукты или врачей, упомянутые в этих информационных бюллетенях о пациентах. Эта информация предоставляется в качестве образовательной услуги и не предназначена для использования в качестве медицинских рекомендаций. Любой, кому нужен конкретный нейрохирургический совет или помощь, должен проконсультироваться со своим нейрохирургом или найти его в своем районе с помощью онлайн-инструмента AANS «Найдите сертифицированного нейрохирурга».

Структура и функции мозга | Травма головного мозга

Структура мозга состоит из трех основных частей: переднего, среднего и заднего мозга, каждая из которых состоит из нескольких частей.

Передний мозг

Головной мозг: Также известный как кора головного мозга, головной мозг является самой большой частью человеческого мозга, и он связан с высшими функциями мозга, такими как мысли и действия. Нервные клетки составляют серую поверхность, которая немного толще нашего большого пальца.Белые нервные волокна под поверхностью передают сигналы между нервными клетками в других частях мозга и тела. Его морщинистая поверхность увеличивает площадь поверхности и представляет собой шестислойную структуру, обнаруженную у млекопитающих, которая называется неокортексом. Он разделен на четыре части, называемые «лепестками». Они есть; лобная доля, теменная доля, затылочная доля и височная доля.

Функции долей:

Лобная доля — Лобная доля находится прямо под нашим лбом и связана со способностью нашего мозга рассуждать, организовывать, планировать, говорить, двигаться, делать выражения лица, выполнять серийные задачи, решать проблемы, сдерживать контроль, спонтанность, инициировать и саморегулироваться. поведения, обращать внимание, помнить и контролировать эмоции.

Теменная доля — Теменная доля расположена в верхней задней части нашего мозга и контролирует наше сложное поведение, включая такие чувства, как зрение, осязание, осознание тела и пространственную ориентацию. Он играет важную роль в интеграции сенсорной информации из различных частей нашего тела, знания чисел и их отношений, а также в манипулировании объектами. Части связаны с нашей визуально-пространственной обработкой, пониманием языка, способностью конструировать, позиционированием и движением тела, пренебрежением / невниманием, дифференциацией левых и правых и самосознанием / пониманием.

Затылочная доля — затылочная доля расположена в задней части нашего мозга и связана с нашей визуальной обработкой, такой как визуальное распознавание, визуальное внимание, пространственный анализ (движение в трехмерном мире) и визуальное восприятие языка тела; такие как позы, выражения и жесты.

Височная доля — височная доля расположена около наших ушей и связана с обработкой нашего восприятия и распознавания слуховых стимулов (включая нашу способность сосредоточиться на одном звуке из многих, например, слушать один голос среди многих на вечеринке), понимать разговорный язык, вербальная память, зрительная память и производство языка (включая беглость речи и поиск слов), общие знания и автобиографические воспоминания.

Глубокая борозда разделяет головной мозг на две половины, известные как левое и правое полушария. И хотя два полушария выглядят почти симметрично, кажется, что каждая сторона функционирует по-разному. Правое полушарие считается нашей творческой стороной, а левое полушарие — нашей логической стороной. Связка аксонов, называемая мозолистым телом, соединяет два полушария.

Средний мозг

Средний мозг расположен ниже коры головного мозга и над задним мозгом, располагаясь рядом с центром мозга.Он состоит из тектума, покрышки, церебрального водопровода, ножек головного мозга и нескольких ядер и пучков. Основная роль среднего мозга — действовать как своего рода ретрансляционная станция для наших зрительных и слуховых систем. Части среднего мозга, называемые красным ядром и черной субстанцией, участвуют в контроле движений тела и содержат большое количество нейронов, продуцирующих дофамин. Дегенерация нейронов черной субстанции связана с болезнью Паркинсона. Средний мозг — это самая маленькая область мозга, расположенная в самом центре полости черепа.

Лимбическая система — лимбическую систему часто называют нашим «эмоциональным мозгом» или «детским мозгом». Он обнаружен в головном мозге и содержит таламус, гипоталамус, миндалину и гиппокамп.

Таламус — основная роль таламуса заключается в передаче сенсорной информации из других частей мозга в кору головного мозга

Гипоталамус — основная роль гипоталамуса заключается в регулировании различных функций гипофиза и эндокринной активности, а также соматических функций e.g. температура тела, сон, аппетит.

Миндалевидное тело — основная роль миндалевидного тела заключается в том, чтобы быть важным процессором чувств. Связанный с гиппокампом, он играет роль в эмоционально нагруженных воспоминаниях и содержит огромное количество участков опиатных рецепторов, которые участвуют в гневе, страхе и сексуальных чувствах.

Гиппокамп — основная роль гиппокампа заключается в формировании памяти, организации и хранении информации. Это особенно важно для формирования новых воспоминаний и соединения эмоций и чувств, таких как запах и звук, с воспоминаниями.

Гипофиз — основная роль гипофиза является важным связующим звеном между нервной системой и эндокринной системой. Он высвобождает множество гормонов, влияющих на рост, обмен веществ, половое развитие и репродуктивную систему. Он связан с гипоталамусом и размером с горошину. Он расположен в центре черепа, сразу за переносицей.

Задний мозг

Мозжечок — Мозжечок, или «маленький мозг», похож на головной мозг своими двумя полушариями и сильно складчатой ​​поверхностью.Он связан с регуляцией и координацией движений, позы, равновесия и сердечного, дыхательного и вазомоторного центров.

Ствол мозга — Ствол мозга расположен под лимбической системой. Он отвечает за жизненно важные функции, такие как дыхание, сердцебиение и артериальное давление. Ствол головного мозга состоит из среднего мозга, моста и продолговатого мозга.

Мост — основная роль моста — служить мостом между различными частями нервной системы, включая мозжечок и головной мозг.Многие важные нервы, которые берут свое начало в мосту, например тройничный нерв, отвечающий за ощущение лица, а также за управление мышцами, отвечающими за кусание, жевание и глотание. Он также содержит отводящий нерв, который позволяет нам смотреть из стороны в сторону, и вестибулярно-улитковый нерв, позволяющий слышать. Как часть ствола мозга, часть нижнего моста стимулирует и контролирует интенсивность дыхания, а часть верхнего моста уменьшает глубину и частоту вдохов.Мост также связан с контролем циклов сна, дыханием и рефлексами. Он расположен выше продолговатого мозга, ниже среднего мозга и прямо перед мозжечком.

Медулла — Основная роль мозгового вещества — регулирование наших непроизвольных функций поддержания жизни, таких как дыхание, глотание и частота сердечных сокращений. Являясь частью ствола головного мозга, он также помогает передавать нейронные сообщения в головной и спинной мозг и из них. Он расположен на стыке спинного и головного мозга.

---

Пожалуйста, поддержите Северную ассоциацию травм мозга. Ваш дар будет использован, чтобы помочь людям в кризисной ситуации получить помощь, в которой они нуждаются, когда и где они в ней нуждаются.

Мозг и нервная система (для родителей)

Что делает мозг?

Мозг контролирует то, что мы думаем и чувствуем, как мы учимся и запоминаем, а также то, как мы движемся и говорим. Но он также контролирует вещи, о которых мы менее осведомлены, например, биение наших сердец и переваривание нашей пищи.

Думайте о мозге как о центральном компьютере, который контролирует все функции тела. Остальная нервная система похожа на сеть, которая передает сообщения из мозга туда и обратно в разные части тела. Он делает это через спинной мозг , который проходит от головного мозга вниз через спину. Он содержит нитевидные нервы, которые разветвляются ко всем органам и частям тела.

Когда сообщение приходит в мозг из любой точки тела, мозг сообщает телу, как ему реагировать.Например, если вы дотронетесь до горячей плиты, нервы на коже передадут в мозг сигнал боли. Затем мозг отправляет сообщение, приказывая мышцам руки оторваться. К счастью, эта неврологическая эстафета происходит мгновенно.

Какие части нервной системы?

Нервная система состоит из центральной нервной системы и периферической нервной системы:

• Головной и спинной мозг — это центральная нервная система .
• Нервы, которые проходят через все тело, составляют периферическую нервную систему .

Человеческий мозг невероятно компактен, весит всего 3 фунта. Однако на нем много складок и бороздок. Это дает ему дополнительную площадь поверхности, необходимую для хранения важной информации о теле.

Спинной мозг представляет собой длинный пучок нервной ткани около 18 дюймов длиной и 1/2 дюйма толщиной. Он простирается от нижней части мозга вниз по позвоночнику. По пути нервы разветвляются по всему телу.

И головной, и спинной мозг защищены костью: мозг — костями черепа, а спинной мозг — набором кольцевидных костей, называемых позвонками. Они оба покрыты слоями мембран, называемых мозговыми оболочками, и специальной жидкостью, называемой спинномозговой жидкостью. Эта жидкость помогает защитить нервную ткань, сохранить ее здоровье и удалить продукты жизнедеятельности.

Какие части мозга?

Мозг состоит из трех основных частей: переднего, среднего и заднего мозга.

Передний мозг

Передний мозг — самая большая и сложная часть мозга. Он состоит из головного мозга — области со всеми складками и бороздками, которые обычно можно увидеть на изображениях мозга, — а также некоторых других структур под ним.

Головной мозг содержит информацию, которая, по сути, делает нас такими, какие мы есть: наш интеллект, память, личность, эмоции, речь и способность чувствовать и двигаться. За обработку этих различных типов информации отвечают определенные области головного мозга.Это доли, называемые долями, и их четыре: лобная, теменная, височная и затылочная доли.

Головной мозг состоит из правой и левой половин, называемых полушариями. Посередине они связаны полосой нервных волокон (мозолистое тело), ​​которая позволяет им общаться. Эти половинки могут выглядеть как зеркальные отражения друг друга, но многие ученые считают, что у них разные функции:

• Левая сторона считается логической, аналитической, объективной.
• Правая сторона считается более интуитивной, творческой и субъективной.

Итак, когда вы балансируете в чековой книжке, вы используете левую сторону. Когда вы слушаете музыку, вы используете правую сторону. Считается, что у некоторых людей более «правое полушарие» или «левое полушарие», в то время как у других более «цельное полушарие», то есть они используют обе половины своего мозга в одинаковой степени.

Внешний слой головного мозга называется , кора (также известное как «серое вещество»). Информация, собранная пятью органами чувств, поступает в кору головного мозга.Затем эта информация направляется в другие части нервной системы для дальнейшей обработки. Например, когда вы дотрагиваетесь до горячей плиты, не только выдается сообщение о том, чтобы пошевелить вашей рукой, но оно также попадает в другую часть мозга, чтобы помочь вам не забыть не делать этого снова.

Во внутренней части переднего мозга расположены таламус, гипоталамус и

гипофиз:

• Таламус передает сообщения от органов чувств, таких как глаза, уши, нос и пальцы, к коре головного мозга.
• Гипоталамус контролирует пульс, жажду, аппетит, режим сна и другие процессы в нашем организме, которые происходят автоматически.
• Гипоталамус также контролирует гипофиз , который вырабатывает гормоны, контролирующие рост, обмен веществ, водный и минеральный баланс, половую зрелость и реакцию на стресс.

Средний мозг

Средний мозг, расположенный под серединой переднего мозга, действует как главный координатор всех сообщений, входящих и исходящих от головного мозга к спинному мозгу.

Задний мозг

Задний мозг находится под задним концом головного мозга. Он состоит из мозжечка, моста и продолговатого мозга. Мозжечок — также называемый «маленьким мозгом», потому что он выглядит как уменьшенная версия головного мозга — отвечает за баланс, движение и координацию.

Мост и продолговатый мозг вместе со средним мозгом часто называют стволом мозга . Ствол мозга принимает, отправляет и координирует сообщения мозга.Он также контролирует многие автоматические функции организма, такие как дыхание, частоту сердечных сокращений, артериальное давление, глотание, пищеварение и моргание.

Как работает нервная система?

Основная работа нервной системы во многом зависит от крошечных клеток, называемых нейронами . В мозгу их миллиарды, и у них много специализированных работ. Например, сенсорные нейроны отправляют информацию из глаз, ушей, носа, языка и кожи в мозг. Моторные нейроны передают сообщения от мозга к остальному телу.

Однако все нейроны передают информацию друг другу посредством сложного электрохимического процесса, создавая связи, которые влияют на то, как мы думаем, учимся, движемся и ведем себя.

Интеллект, обучение и память. По мере того как мы растем и учимся, сообщения передаются от одного нейрона к другому снова и снова, создавая связи или проводящие пути в мозгу. Вот почему вождение требует такой концентрации, когда кто-то впервые этому учится, но позже становится второй натурой: путь был установлен.

У маленьких детей мозг легко адаптируется. Фактически, когда одна часть мозга маленького ребенка травмируется, другая часть часто может научиться брать на себя часть утраченных функций. Но по мере того, как мы стареем, мозг должен усерднее работать, чтобы создать новые нейронные пути, что затрудняет выполнение новых задач или изменение установленных моделей поведения. Вот почему многие ученые считают, что важно продолжать заставлять мозг узнавать новые вещи и устанавливать новые связи — это помогает поддерживать мозг в активном состоянии на протяжении всей жизни.

Память — еще одна сложная функция мозга. То, что мы сделали, узнали и увидели, сначала обрабатывается в коре головного мозга. Затем, если мы чувствуем, что эта информация достаточно важна для постоянного запоминания, она передается внутрь в другие области мозга (например, в гиппокамп и миндалевидное тело) для длительного хранения и извлечения. Когда эти сообщения проходят через мозг, они также создают пути, которые служат основой памяти.

Движение. Различные части головного мозга перемещают разные части тела.Левая часть мозга контролирует движения правой стороны тела, а правая часть мозга контролирует движения левой стороны тела. Например, когда вы нажимаете на педаль газа правой ногой, левое полушарие вашего мозга посылает сообщение, позволяющее вам это сделать.

Основные функции тела. Часть периферической нервной системы, называемая вегетативной нервной системой, контролирует многие процессы в организме, о которых нам почти никогда не нужно думать, например, дыхание, пищеварение, потоотделение и дрожь.Вегетативная нервная система состоит из двух частей: симпатической нервной системы и парасимпатической нервной системы.

Симпатическая нервная система подготавливает организм к внезапному стрессу, как если бы вы стали свидетелем ограбления. Когда происходит что-то пугающее, симпатическая нервная система заставляет сердце биться быстрее, так что оно быстро отправляет кровь к различным частям тела, которые могут в ней нуждаться. Это также вызывает ошибку

надпочечники в верхней части почек, чтобы высвободить адреналин, гормон, который помогает дать мышцам дополнительную силу для быстрого бегства.Этот процесс известен как реакция организма «бей или беги».

Парасимпатическая нервная система делает прямо противоположное: она подготавливает тело к отдыху. Это также помогает пищеварительному тракту двигаться вперед, чтобы наш организм мог эффективно усваивать питательные вещества из пищи, которую мы едим.

Чувства

Прицел. Зрение, вероятно, говорит нам о мире больше, чем любое другое чувство. Свет, попадающий в глаз, формирует на сетчатке перевернутое изображение. Сетчатка преобразует свет в нервные сигналы для мозга.Затем мозг переворачивает изображение вправо и сообщает нам, что мы видим.

Слух. Каждый звук, который мы слышим, является результатом звуковых волн, попадающих в наши уши и вызывающих вибрацию барабанных перепонок. Затем эти колебания перемещаются по крошечным косточкам среднего уха и превращаются в нервные сигналы. Кора головного мозга обрабатывает эти сигналы, сообщая нам то, что мы слышим.

Вкус. Язык содержит небольшие группы сенсорных клеток, называемых вкусовыми рецепторами, которые реагируют на химические вещества в пищевых продуктах.Вкусовые рецепторы реагируют на сладкое, кислое, соленое, горькое и соленое. Вкусовые рецепторы отправляют сообщения областям коры головного мозга, отвечающим за обработку вкуса.

Запах. Обонятельные клетки слизистых оболочек, выстилающих каждую ноздрю, реагируют на химические вещества, которые мы вдыхаем, и посылают сообщения по определенным нервам в мозг.

Сенсорный. Кожа содержит миллионы сенсорных рецепторов, которые собирают информацию, касающуюся прикосновения, давления, температуры и боли, и отправляют ее в мозг для обработки и реакции.

Наука о мозге и когнитивная психология исследует наши психические процессы

Когнитивные психологи, которых иногда называют исследователями мозга, изучают, как работает человеческий мозг — как мы думаем, запоминаем и учимся. Они применяют психологическую науку, чтобы понять, как мы воспринимаем события и принимаем решения.

Понимание науки о мозге и когнитивной психологии

Человеческий мозг — удивительный и мощный инструмент.Это позволяет нам учиться, видеть, запоминать, слышать, воспринимать, понимать и создавать язык. Иногда человеческий мозг подводит нас.

Когнитивные психологи изучают, как люди приобретают, воспринимают, обрабатывают и хранят информацию. Эта работа может варьироваться от изучения того, как мы изучаем язык, до понимания взаимодействия между познанием и эмоциями.

Новые технологии, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), позволяют исследователям увидеть картину работы мозга, помогая им понять, как мозг реагирует на определенный стимул или как различия в структуре мозга могут повлиять на здоровье, личность или когнитивные функции человека. .

Прикладная наука о мозге и когнитивная психология

Наука о мозге и когнитивная психология — одна из самых разносторонних областей психологической специальности сегодня и одна из самых востребованных. Во всех профессиях есть непреодолимый интерес к тому, как работает мозг. Педагоги, разработчики учебных программ, инженеры, ученые, судьи, представители общественного здравоохранения и безопасности, архитекторы и графические дизайнеры — все хотят знать больше о том, как мозг обрабатывает информацию.Их исследования и связанные с ними приложения стали неотъемлемой частью того, как организации, школы и предприятия функционируют и преуспевают. В клинических условиях когнитивные психологи стремятся лечить проблемы, связанные с психическими процессами человека, включая болезнь Альцгеймера, проблемы с речью, потерю памяти и проблемы с сенсорными или восприятием.

Дата создания: 2014

Где в мозгу хранятся воспоминания? — Квинслендский институт мозга

Воспоминания хранятся не только в одной части мозга.Различные типы хранятся в разных взаимосвязанных областях мозга. Для явных воспоминаний — которые касаются событий, которые произошли с вами (эпизодические), а также общих фактов и информации (семантические) — есть три важных области мозга: гиппокамп, неокортекс и миндалевидное тело. Неявные воспоминания , такие как моторные воспоминания, полагаются на базальные ганглии и мозжечок. Кратковременная рабочая память больше всего зависит от префронтальной коры.

Части мозга, участвующие в памяти (Иллюстрация Левента Эфе)

Явная память

В явной памяти задействованы три области мозга: гиппокамп, неокортекс и миндалевидное тело.

Гиппокамп

В гиппокампе, расположенном в височной доле мозга, формируются эпизодические воспоминания, которые индексируются для последующего доступа. Эпизодические воспоминания — это автобиографические воспоминания об определенных событиях нашей жизни, например о кофе, который мы пили с другом на прошлой неделе.

Откуда мы это знаем? В 1953 году пациенту по имени Генри Молезон хирургическим путем удалили гиппокамп во время операции в США по лечению эпилепсии. Его эпилепсия была вылечена, и Молезон прожил еще 55 лет здорового возраста. Однако после операции у него были только эпизодические воспоминания, которые длились считанные минуты; он был совершенно неспособен постоянно хранить новую информацию. В результате память Молисона в основном ограничилась событиями, произошедшими за годы до операции, в далеком прошлом.Тем не менее, он все еще был в состоянии улучшить свои показатели при выполнении различных двигательных задач, хотя он не помнил, чтобы когда-либо сталкивался с ними или выполнял их. Это указывает на то, что, хотя гиппокамп имеет решающее значение для накопления воспоминаний, он не является местом постоянного хранения памяти и не нужен для двигательных воспоминаний.

Исследование Генри Молисона было революционным, поскольку показало, что существует множество типов памяти. Теперь мы знаем, что имплицитное моторное обучение происходит не в гиппокампе, а в других областях мозга — базальных ганглиях и мозжечке.

Neocortex

Неокортекс — это самая большая часть коры головного мозга, лист нервной ткани, которая образует внешнюю поверхность мозга, отличающуюся у высших млекопитающих своим морщинистым видом. У людей неокортекс участвует в высших функциях, таких как сенсорное восприятие, генерация моторных команд, пространственное мышление и язык. Со временем информация из определенных воспоминаний, которые временно хранятся в гиппокампе, может быть передана в неокортекс в качестве общих знаний — например, знание того, что кофе дает заряд бодрости.Исследователи считают, что этот перенос из гиппокампа в неокортекс происходит во время сна.

Миндалевидное тело

Миндалевидное тело, миндалевидная структура в височной доле мозга, придает воспоминаниям эмоциональное значение. Это особенно важно, потому что сильные эмоциональные воспоминания (например, связанные со стыдом, радостью, любовью или горем) трудно забыть. Постоянство этих воспоминаний предполагает, что взаимодействия между миндалевидным телом, гиппокампом и неокортексом имеют решающее значение для определения «стабильности» памяти, то есть того, насколько эффективно она сохраняется с течением времени.

Есть еще один аспект, связанный с вовлечением миндалины в память. Миндалевидное тело не просто изменяет силу и эмоциональное содержание воспоминаний; он также играет ключевую роль в формировании новых воспоминаний, связанных со страхом. Пугающие воспоминания могут образоваться уже после нескольких повторений. Это делает «обучение со страхом» популярным способом исследования механизмов формирования, консолидации и припоминания памяти. Понимание того, как миндалевидное тело обрабатывает страх, важно из-за его отношения к посттравматическому стрессовому расстройству (ПТСР), от которого страдают многие из наших ветеранов, а также полицейские, парамедики и другие люди, подвергшиеся травмам.Беспокойство в учебных ситуациях также может затрагивать миндалину и может привести к избеганию особенно сложных или стрессовых задач.

Исследователи

QBI, включая профессора Панкаджа Саха и доктора Тимоти Бреди, считают, что понимание того, как воспоминания о страхе формируются в миндалине, может помочь в лечении таких состояний, как посттравматическое стрессовое расстройство.

Неявная память

В имплицитной памяти задействованы две области мозга: базальные ганглии и мозжечок.

Базальные ганглии

Базальные ганглии — это структуры, лежащие глубоко внутри мозга и участвующие в широком спектре процессов, таких как эмоции, обработка вознаграждений, формирование привычек, движение и обучение. Они особенно вовлечены в координацию последовательности двигательной активности, которая может потребоваться при игре на музыкальном инструменте, танцах или игре в баскетбол. Базальные ганглии — это области, наиболее пораженные болезнью Паркинсона. Это проявляется в нарушении движений пациентов с болезнью Паркинсона.

Мозжечок

Мозжечок, отдельная структура, расположенная в задней части мозга, наиболее важна для управления мелкой моторикой, которая позволяет нам использовать палочки для еды или нажимать эту клавишу пианино чуть мягче. Хорошо изученным примером моторного обучения мозжечка является вестибулоокулярный рефлекс, который позволяет нам удерживать взгляд на месте, когда мы поворачиваем голову.

Рабочая память

Префронтальная кора

Префронтальная кора (ПФК) — это часть неокортекса, которая находится в самом передней части мозга.Это самое последнее дополнение к мозгу млекопитающих, которое участвует во многих сложных когнитивных функциях. Исследования нейровизуализации человека с использованием аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ) показывают, что, когда люди выполняют задачи, требующие от них хранения информации в их кратковременной памяти, например, местоположение вспышки света, PFC становится активным. Также, кажется, существует функциональное разделение между левой и правой сторонами PFC: левая больше участвует в вербальной рабочей памяти, а правая более активна в пространственной рабочей памяти, например, в запоминании того, где произошла вспышка света.

Быстро эволюционирующие фрагменты ДНК помогли развить человеческий мозг

Майкл Маршалл

Человеческий мозг сформирован ДНК, которая быстро эволюционирует

comotion_design / Getty Images

Многие из наиболее быстро развивающихся участков генома человека участвуют в развитии мозга. Эти быстро меняющиеся сегменты ДНК могли сыграть ключевую роль в эволюции человеческого мозга и наших когнитивных способностях.

Крис Уолш из Бостонской детской больницы в Массачусетсе и его коллеги изучали участки человеческого генома, получившие название «ускоренные области человека» (HAR). Эти участки ДНК практически идентичны у многих других изученных млекопитающих, что позволяет предположить, что у них есть важные функции, но у людей они различаются, что означает, что наша эволюция изменила их.

Предыдущие исследования выявили 3171 возможные HAR, но Уолш считает маловероятным, что все они важны.«Наверное, сотни, но, вероятно, не тысячи», — говорит он. Его команда намеревалась определить HAR, которые сыграли важную роль в эволюции нашего мозга.

Исследователи поместили копии каждого HAR, а также их эквиваленты шимпанзе в развивающиеся клетки мозга мышей и людей. В каждой клеточной линии они отслеживали степень экспрессии каждого гена в геноме. Это позволило им определить, усиливает ли каждый HAR активность генов по сравнению с эквивалентной последовательностью шимпанзе.

Используя этот и другие методы, команда определила 210 HAR, которые значительно усиливают активность генов в нервных клетках человека. Эти HAR, вероятно, влияют на развитие человеческого мозга.

Затем исследователи сосредоточили внимание на гене под названием PPP1R17 , который экспрессируется в некоторых клетках развивающегося мозга и регулируется несколькими HAR, поэтому он ведет себя у людей иначе, чем у других млекопитающих. Они сравнили экспрессию PPP1R17 в развивающемся мозге мышей, хорьков, макак-резусов и человека.У макак и людей ген экспрессировался в коре головного мозга, но не у мышей и хорьков.

«Это пример того, насколько динамичны эти энхансеры в ходе эволюции», — говорит Уолш.

Непонятно, почему PPP1R17 у людей активируется по-разному, но это может быть связано с нашим необычно большим мозгом. Большому мозгу нужно много клеток, каждая из которых может содержать вредные мутации, которые необходимо исправить.