Основы нейропсихологии. Теория и практика

Головной мозг человека и его отделы

Головной мозг человека (лат. encephalon) является органом центральной нервной системы, состоит из множества взаимосвязанных нервных клеток и их отростков и занимает почти всю полость мозгового отдела черепа, кости которого защищают головной мозг от внешних механических повреждений. B процессе роста и развития головной мозг принимает форму черепа.

Мозг содержит миллионы локальных процессоров, принимающих важные решения. Это узкоспециализированная система с критически важными сетями, рассредоточенными на 1300 г биологической ткани.

Вещество мозга защищено тремя оболочками (рис. 27):

1) твердая – представляет собой тонкую пленку, одной стороной примыкающую к костной ткани черепа, а другой – непосредственно к коре;

2) паутинная – располагается между первой и третьей оболочками и осуществляет обмен ликвора (спинномозговой жидкости). Ликвор – природный амортизатор, защищающий мозг от повреждений при движении;

3) мягкая – состоит из рыхлой ткани и плотно обволакивает поверхность полушарий, заходя во все щели и борозды. Ее функция – кровоснабжение органа.

Рис. 27. Оболочки головного мозга (Mysid, original by SEER Development Team)

Общие данные о морфологии головного мозга

Головной мозг делится на три части. Самый нижний отдел называется ромбовидный. Там, где начинается ромбовидная часть, заканчивается спинной мозг – он переходит в продолговатый и задний (Варолиев мост и мозжечок). Далее следует средний мозг, объединяющий нижние части с основным нервным центром – передним отделом. Последний включает конечный (большие полушария) и промежуточный мозг. Ключевые функции больших полушарий головного мозга заключаются в организации высшей и низшей нервной деятельности. Верхним отделом является конечный мозг. Он имеет наибольший объем (80 %) по сравнению с остальными. Головной мозг состоит из двух больших полушарий, мозолистого тела, соединяющего их, а также обонятельного центра. Большие полушария головного мозга, левое и правое, отвечают за формирование всех мыслительных процессов. Здесь находится самая высокая концентрация нейронов и наблюдаются наиболее сложные связи между ними. В глубине продольной борозды, которая делит полушария, располагается плотная концентрация белого вещества – мозолистое тело. Оно состоит из сложных сплетений нервных волокон, соединяющих различные части нервной системы.

Внутри белого вещества есть скопления нейронов, которые зовутся базальными ганглиями. Близкое расположение к «транспортной развязке» мозга позволяет этим образованиям регулировать мышечный тонус и осуществлять мгновенные рефлекторно-двигательные реакции. Кроме того, базальные ганглии отвечают за образование и работу сложных автоматических действий, частично повторяя функции мозжечка.

Размер головного мозга

Головной мозг человека, самый совершенный по способу функционирования, не является самым большим по размеру в сравнении с мозгом других биовидов. Его средние размеры составляют 20×20×15 см. У новорожденного он весит примерно 350 г. Согласно нормативным показателям, масса мозга молодой женщины составляет от 1200 до 1300 г, молодого мужчины – от 1300 до 1400 г.

Индивидуальные различия в размерах мозга не отражаются на умственных способностях. Минимальная масса мозга, которая не отражалась на социальном поведении человека, – 900 г. Существуют антропологические данные, согласно которым у 46-летнего мужчины мозг весил 680 г, что не сказывалось на его социальном и психологическом статусах. Согласно этим же данным, максимальная масса мозга не превышает 2850 г. Вероятнее всего, граница максимальной массы здорового головного мозга человека – около 2200–2300 г. Интересен также широко известный факт, согласно которому вес мозга русского писателя Ивана Сергеевича Тургенева составлял 2012 г, а писателя Анатоля Франса – 1017 г (рис. 28). Между тем творчество этих писателей ставится в литературоведении на один уровень.

Рис. 28. Пример независимости уровня когнитивных способностей от размера мозга (И. Тургенев и А. Франс)

Поль Брока, взвешивая мозг женщины и мужчины, значительно различавшиеся по размеру, получил данные, согласно которым мозг мужчины весил 1300 г, а женщины – 1200 г. Это соответствует и современным представлениям об отсутствии взаимосвязи крупного мозга и высокого интеллекта (Катрин Видаль, 2012).

Установлено, что уровень интеллекта у человека частично обусловлен наследственностью, а частично определяется образом жизни и опытом: учится человек, число связей у него возрастает, соответственно, он умнеет; не учится – картина обратная.

Важны также пропорции между размерами головы и тела (рис. 29). У человека она оптимальна для того, чтобы мозг был «разумным», то есть соотносится с телом как 1: 8.

Рис. 29. Пропорции тела человека

У женщин пропорции тела несколько отличаются от мужских: женские ноги короче мужских относительно роста. Это явилось причиной того, что обувь с каблуками, «исправляющими» пропорциональную неточность, прочно внедрилась в гардероб слабой половины человечества.

К вопросу о соотношении пропорций головы и тела уместно добавить краткие замечания относительно особенностей их становления в эмбриогенезе и годы жизни до пубертата (рис. 30).

Рис. 30. Процесс становления пропорций тела у ребенка

Двухмесячный эмбрион имеет размер головы, равный телу, новорожденный также является большеголовым (маленьких детей в быту иногда называют «головастиками»). Затем происходят изменения в сторону гармонизации пропорций головы и тела.

В отличие от человека, например, тело орангутанов и горилл, согласно шуточному замечанию М. Газзаниги, «к их стыду», больше, чем то, которое должно быть при размере их мозга. Это является одной из важных причин того, что такие приматы не могут мыслить как люди. К тому же и геометрия центральной нервной системы (ЦНС) у них «недотягивает» до человеческой, о чем пойдет речь в следующем разделе.

Геометрия центральной нервной системы

Головной мозг человека составляет верхний отдел ЦНС. Между ним и нижним отделом ЦНС не существует границы, которая была бы выражена анатомически. Окончанием спинного мозга и началом головного условно служит верхний шейный позвонок. Становится понятно, насколько важную роль для работы всей нервной системы играет состояние каждой из частей ЦНС. В частности, тот факт, что ее «нервная ось» (головной и спинной мозг) едина, обусловливает зависимость работы головного мозга от состояния спинного, особенно в детском возрасте. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что воспитательные меры по укреплению позвоночного столба в самый ранний период жизни, а также по выработке правильной осанки в последующее время являются необходимыми.

Только у человека ЦНС вертикальна. Именно такая ее геометрия позволила обозначить первобытных людей как Homo erectus (человек прямоходящий). С тех пор мозг и соответственно психика человека усложнились в такой мере, что превратили Homo erectus в Homo sapiens, который является безусловно верховным по отношению ко всем другим гомини́дам (лат. Hominidae) – семейство наиболее прогрессивных приматов, включающее людей и больших человекообразных обезьян.

Л. Фестингер, американский психолог, автор теории когнитивного диссонанса, считает, что прямохождение должно было стать катастрофическим недостатком биовида человек. Оно сильно снижало скорость передвижения как при беге, так и при лазании. «Четвероногое животное, – отмечает Л. Фестингер, – способно неплохо передвигаться и на трех лапах, если одна повреждена, а двуногое на одной – нет. Это делает человека менее защищенным от хищников. Кроме того, у двуногих особей женского пола родовой канал стал у́же, поскольку иначе хождение на двух ногах было бы невозможным. Однако высвобождение рук перевесило все минусы прямохождения. То обстоятельство, что появилась возможность по-разному использовать руки, во многом сделало человека человеком, то есть обеспечило его привилегию создавать рукотворный мир».

Д. Эверест, современный антрополог и лингвист, утверждает, что язык, которым пользуются люди, не предопределен генетически. Человек изобрел его и тем самым обусловил возникновение «зияющей пропасти» между собой и всеми другими биовидами.

Нервные клетки (нейроны)

Испанский ученый Сантьяго Рамон-и-Кахаль дал удивительно поэтичное описание мозга с точки зрения составляющих его нервных клеток. «Сад неврологии, – писал он, – представляет исследователю захватывающий, ни с чем не сравнимый спектакль. В нем все мои эстетические чувства находили полное удовлетворение. Как энтомолог, преследующий ярко окрашенных бабочек, я охотился в красочном саду серого вещества с их тонкими, элегантными формами, таинственными бабочками души, биение крыльев которых, быть может, когда-то – кто знает? – прояснит тайну духовной жизни».

Основными единицами нервной системы являются нейроны – нервные клетки. Они чрезвычайно разнообразны по форме и функциональному назначению.

Головной мозг человека содержит в среднем около 100 миллиардов нейронов. Если нейроны головного мозга вытянуть в цепочку, вернее, сложить из них мост, то по нему можно пропутешествовать на Луну и обратно. Вместе с тем вся кора, то есть та область мозга, которая, как мы думаем, ответственна за человеческое мышление и культуру, содержит лишь 17 миллиардов нейронов. Остальное принадлежит низлежащим по отношению к ней структурам.

Размер каждой клетки мозга (нейрона) чрезвычайно мал, но диапазон их различий по этому признаку достаточно велик – от 5 до 150 микрон. В течение жизни человек теряет определенное число клеток, но в сравнении с общим их числом потери ничтожны (приблизительно 4 миллиарда нейронов).

По выражению известного американского нейробиолога Майкла Газзаниги, миллионы нейронных сетей – «это туча вооруженных отрядов, а не одинокий солдат, ожидающий приказания командира… это не какой-то лихой ковбой, который действует вне физических и химических законов, работающих в нашей Вселенной». Современные средства нейровизуализации, в частности диффузионно-тензорная томография, фактически позволяет составить карту нервных волокон. Устройство мозга можно увидеть, зарегистрировать и измерить. Как сообщает М. Газзанига, благодаря исследованиям, выполненным с помощью такой аппаратуры, выяснилось, что дугообразный пучок – нервный пучок белого вещества, который у человека связан с речью, так как соединяет зоны Брока и Вернике, – устроен совершенно по-разному у шимпанзе, макак, людей и слонов. Кроме того, удалось увидеть, что у человеческого эмбриона 31–51-го дня развития появляются уникальные клетки-предшественники. Ничего подобного этим клеткам пока не было найдено ни у одного другого вида. Обнаружены также дополнительные доказательства того, что топология соединений нейронов у человека со временем меняется.

Несмотря на сложность клеточного устройства мозга, законы его функционирования представляют чрезвычайный интерес и во многом изучены.

Принципиально важны исследования, демонстрирующие специфичность отдельных нервных сетей, их относительную функциональную самостоятельность, независимость друг от друга. Если бы наш мозг был полносвязным (все нейроны соединялись бы друг с другом) и имел форму сферы, его диаметр равнялся бы 20 км! Вот что значит по-настоящему большая голова. Кроме того, энергетические затраты были бы огромными, и мозг постоянного «кричал» бы, требуя пищи.

Важно и то, что мозг человека пропорционален размеру его тела. У тех же орангутанов и горилл мозговая энергия тратится в основном на реализацию физиологических процессов, а на духовную жизнь ее уже не хватает.

Отдельный интерес представляет способность нервных клеток регенерировать. Долгое время считалось, что нервные клетки не восстанавливаются, но эта истина перестала быть абсолютной. Установлено, что нейроны могут восстанавливаться. Это явление обозначено как нейрогенез. Этот факт относится к числу сенсационных, поскольку открывает новые возможности для лечения различных дегенераций нервной системы.

До открытия тайны созревания и функционирования нервных клеток считалось, что нервы – это пустые (полые) трубки. По ним движутся потоки газов или жидкостей. Исаак Ньютон впервые отошел от этих представлений, заявив, что передачу нервного импульса осуществляет вибрирующая эфирная Среда.

Биоэлектрическая природа нервной энергии

Тайную природу нервной энергии открыл итальянский исследователь Луиджи Гальвани (Luigi Galvani; рис. 31).

Рис. 31. Л. Гальвани

В научном мире хорошо известен казус, который помог ему в этом. При препарировании лягушки ученый случайно оторвал ей лапку (рис. 32), и та, зажатая металлическим пинцетом, попав под действие электрического тока, стала сокращаться (дергаться).

Рис. 32. Опыты Гальвани

Л. Гальвани заметил, что чем больше различаются химические свойства металлов в пинцете, тем сильнее сокращается лапка. Ученый расценил этот эффект как доказательство того, что электричество возникает в самом организме, поскольку металлы в то время считались «неэлектрическими материалами».

Согласно представлениям нейрофизиологии, скорость течения электрического тока по проводам нервов равна скорости винтового самолета – 60–100 м/с. Нервный импульс преодолевает расстояние от синапса до синапса за 1/50 долю секунды. Сознание не успевает зафиксировать это время. Скорость мысли, таким образом, выше скорости света. Это находит отражение во многих фольклорных источниках. Вспомним, например, принцессу, которая, испытывая доброго молодца, загадывает ему загадки, и одной из наиболее популярных была: «Что на свете быстрее всего?»

Нервные цепи

Широко известно, что нервные клетки объединяются в сети, которые называют также нервными цепями, составляющими белое вещество мозга – проводники. У каждого нейрона приблизительно 7 тысяч таких цепей. По проводникам от клетки к клетке передается информация. Местом обмена являются точки соединения дендрита (короткого отростка) одной клетки и аксона (длинного отростка) – другой клетки. Прежде чем соединиться, аксон ищет не любой, а «свой» дендрит, и момент совпадения становится отмеченным образованием синапса (контакта).

Чем больше синапсов (рис. 33), тем вместительнее в смысле мышления и памяти мозговой «компьютер».

Рис. 33. Синапсы нейронов

Несмотря на то что нервный импульс имеет электрическую природу, связь между нейронами обеспечивается химическими процессами. Для этого в мозге имеются биохимические субстанции – нейротрансмиттеры и нейромодуляторы. В тот момент, когда электрический сигнал доходит до синапса, высвобождаются соответствующие трансмиттеры. Они, как транспортное средство, доставляют сигнал к другому нейрону. Затем эти нейротрансмиттеры распадаются. Однако на этом процесс передачи нервных импульсов не заканчивается, так как нервные клетки, находящиеся за синапсом, активизируются и возникает постсинаптический потенциал. Он рождает импульс, движущийся к другому синапсу, и описанный выше процесс повторяется тысячи и тысячи раз. Это позволяет воспринимать и обрабатывать колоссальный объем и информации.

Отделы коры головного мозга

Головной мозг включает: кору больших полушарий, подкорковый отдел и ствол мозга. Различные части мозга не одинаковы по клеточному (цитоархитектоническому), анатомическому и морфологическому строению и соответственно по иерархии.