HUMAN BRAIN, organ yang menyelaras dan mengawal semua fungsi penting badan dan mengawal kelakuan. Semua pemikiran, perasaan, sensasi, keinginan dan pergerakan dikaitkan dengan kerja otak, dan jika tidak berfungsi, orang itu masuk ke keadaan vegetatif: keupayaan untuk tindakan, sensasi atau reaksi terhadap pengaruh luaran hilang. Artikel ini memberi tumpuan kepada otak manusia, lebih kompleks dan sangat teratur daripada otak haiwan. Walau bagaimanapun, terdapat persamaan yang ketara dalam struktur otak manusia dan mamalia lain, kerana, sesungguhnya, kebanyakan spesies vertebrata.
Sistem saraf pusat (SSP) terdiri daripada otak dan saraf tunjang. Ia dikaitkan dengan pelbagai bahagian badan oleh saraf perifer - motor dan deria. Lihat juga SISTEM NERVOUS.
Otak adalah struktur simetri, seperti kebanyakan bahagian badan yang lain. Semasa kelahiran, beratnya kira-kira 0.3 kg, sedangkan pada orang dewasa ia adalah lebih kurang. 1.5 kg. Pada pemeriksaan luar otak, dua hemisfera besar yang menyembunyikan pembentukan yang lebih mendalam menarik perhatian. Permukaan hemisfera ditutup dengan alur dan convolutions yang meningkatkan permukaan korteks (lapisan luar otak). Di belakang cerebellum diletakkan, permukaan yang lebih tipis dipotong. Di bawah hemisfera besar adalah batang otak, yang masuk ke dalam saraf tunjang. Saraf meninggalkan batang dan saraf tulang belakang, di mana maklumat mengalir dari reseptor dalaman dan luaran ke otak, dan dalam isyarat arah bertentangan dihantar ke otot dan kelenjar. 12 pasang saraf kranial bergerak dari otak.
Di dalam otak, bahan kelabu dibezakan, yang terdiri terutamanya dari badan-badan sel saraf dan membentuk korteks, dan bahan putih - serat saraf yang membentuk saluran konduktif (saluran) yang menghubungkan bahagian-bahagian otak yang berbeza, dan juga membentuk saraf yang melampaui sistem saraf pusat dan pergi ke pelbagai organ.
Otak dan saraf tunjang dilindungi oleh kes tulang - tengkorak dan tulang belakang. Antara bahan otak dan dinding kurus adalah tiga cangkang: luar - dura mater, batin - lembut, dan di antara mereka - arachnoid tipis. Ruang antara membran dipenuhi dengan cecair cerebrospinal (cerebrospinal), yang serupa dengan komposisi plasma darah, dihasilkan dalam rongga intracerebral (ventrikel otak) dan beredar di otak dan saraf tunjang, membekalkannya dengan nutrien dan faktor lain yang diperlukan untuk aktiviti penting.
Penyediaan darah ke otak disediakan terutamanya oleh arteri karotid; di pangkal otak, mereka dibahagikan kepada cawangan besar yang pergi ke pelbagai bahagiannya. Walaupun berat otak hanya 2.5% berat badan, ia sentiasa, siang dan malam, menerima 20% daripada darah yang beredar di dalam badan dan, dengan itu, oksigen. Rizab tenaga otak itu sendiri sangat kecil, jadi ia sangat bergantung kepada bekalan oksigen. Terdapat mekanisme perlindungan yang dapat menyokong aliran darah serebrum jika terjadi pendarahan atau kecederaan. Satu ciri peredaran serebrum juga adalah kehadiran yang dipanggil. penghalang darah-otak. Ia terdiri daripada beberapa membran, membatasi kebolehtelapan dinding vaskular dan aliran banyak sebatian dari darah ke dalam substansi otak; Oleh itu, halangan ini melakukan fungsi perlindungan. Sebagai contoh, banyak bahan ubat tidak menembusnya.
SELAMAT SELAMAT
Sel-sel saraf dipanggil neuron; fungsi mereka adalah pemprosesan maklumat. Di dalam otak manusia 5 hingga 20 bilion neurons. Struktur otak juga termasuk sel glial, terdapat kira-kira 10 kali lebih banyak daripada neuron. Glia mengisi ruang antara neuron, membentuk kerangka sokongan tisu saraf, dan juga melakukan fungsi metabolik dan lain-lain.
Neuron, seperti semua sel lain, dikelilingi oleh membran semipermeable (plasma). Dua jenis proses berlepas dari badan sel - dendrit dan akson. Kebanyakan neuron mempunyai banyak dendrit yang bercabang, tetapi hanya satu akson. Dendrites biasanya sangat pendek, manakala panjang axon berbeza dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Tubuh neuron mengandungi nukleus dan organel lain, sama seperti dalam sel-sel tubuh lain (lihat juga CELL).
Impuls saraf.
Penyebaran maklumat di dalam otak, serta sistem saraf secara keseluruhan, dijalankan melalui impuls saraf. Mereka merebak ke arah dari badan sel ke bahagian terminal akson, yang boleh menjadi cawangan, membentuk satu set pengakhiran bersentuhan dengan neuron lain melalui celah yang sempit, sinaps; penghantaran impuls melalui sinaps ditengah oleh bahan kimia - neurotransmitter.
Dorongan saraf biasanya berasal dari dendrit - proses cawangan nipis dari neuron yang mengkhususkan dalam mendapatkan maklumat dari neuron lain dan menghantarnya ke tubuh neuron. Pada dendrit dan, dalam jumlah yang lebih kecil, terdapat ribuan sinapsis pada badan sel; ia melalui sinaps akson, membawa maklumat dari badan neuron, melepasi ke dendrites neuron lain.
Akhir akson, yang membentuk bahagian presinaptic sinaps, mengandungi vesikel kecil dengan neurotransmitter. Apabila impuls mencapai membran presynaptik, neurotransmitter dari vesicle dilepaskan ke celah sinaptik. Akhir axon hanya mengandungi satu jenis neurotransmitter, sering digabungkan dengan satu atau beberapa jenis neuromodulator (lihat di bawah Brain Neurochemistry).
Neurotransmitter yang dibebaskan dari membran aksen presinaptik mengikat kepada reseptor pada dendrites neuron postsynaptik. Otak menggunakan pelbagai neurotransmitter, yang masing-masing dikaitkan dengan reseptor tertentu.
Reseptor pada dendrites disambungkan ke saluran dalam membran postsynaptic separa telap yang mengawal pergerakan ion melalui membran. Pada rehat, neuron mempunyai potensi elektrik sebanyak 70 millivolts (potensi berehat), manakala bahagian dalaman membran negatif dikenakan terhadap bahagian luar. Walaupun terdapat mediator yang berbeza, mereka semua mempunyai kesan merangsang atau menghambat neuron postsynaptik. Kesan merangsang direalisasikan melalui peningkatan aliran ion tertentu, terutamanya natrium dan kalium, melalui membran. Akibatnya, caj negatif permukaan dalaman menurun - depolarization berlaku. Kesan brek berlaku terutamanya melalui perubahan dalam aliran kalium dan klorida, sebagai akibatnya, tuduhan negatif permukaan dalam menjadi lebih besar daripada rehat, dan hiperpolarisasi terjadi.
Fungsi neuron adalah untuk mengintegrasikan semua pengaruh yang dilihat melalui sinaps pada badan dan dendritnya. Memandangkan pengaruh ini boleh menggembirakan atau menghalang dan tidak bersamaan dengan tepat, neuron mesti mengira jumlah kesan aktiviti sinaptik sebagai fungsi masa. Sekiranya kesan excitatory berlaku di atas perencatan dan membran yang menggelapkan di atas nilai ambang, bahagian tertentu membran neuron diaktifkan - di kawasan asas axonnya (axonal tubercle). Di sini, sebagai hasil pembukaan saluran untuk natrium dan kalium ion, potensi tindakan (impuls saraf) timbul.
Potensi ini terus berlanjutan sepanjang axon sehingga kelajuannya dari 0.1 m / s hingga 100 m / s (tebal akson, semakin tinggi kelajuan pengaliran). Apabila potensi tindakan mencapai hujung akson, satu lagi jenis saluran ion diaktifkan, bergantung kepada perbezaan potensi, saluran kalsium. Menurut mereka, kalsium memasuki akson, yang membawa kepada penggerak vesikel dengan neurotransmitter, yang mendekati membran presynaptik, bergabung dengannya dan melepaskan neurotransmitter ke sinaps.
Myelin dan sel glial.
Banyak akson dilindungi dengan selubung myelin, yang terbentuk oleh membran berulang kali sel glial. Myelin terdiri terutamanya daripada lipid, yang memberikan penampilan ciri kepada masalah otak dan saraf tunjang. Terima kasih kepada sarung myelin, kelajuan menjalankan potensi tindakan di sepanjang peningkatan akson, kerana ion boleh bergerak melalui membran akson hanya di tempat yang tidak dilindungi oleh myelin - apa yang dipanggil interceptions Ranvier. Antara interpeptions, dorongan dijalankan sepanjang sarung myelin seperti melalui kabel elektrik. Sejak pembukaan saluran dan laluan ion melalui masa yang diperlukan, penghapusan pembukaan saluran yang berterusan dan sekatan skop mereka ke kawasan membran kecil yang tidak dilindungi oleh myelin mempercepatkan pengalihan impuls sepanjang akson sebanyak 10 kali.
Hanya sebahagian daripada sel glial yang terlibat dalam pembentukan sarung myelin saraf (sel Schwann) atau saluran saraf (oligodendrocytes). Lebih banyak sel glial (astrocytes, microgliocytes) melaksanakan fungsi lain: mereka membentuk tulang sokongan tisu saraf, menyediakan keperluan metaboliknya dan pulih daripada kecederaan dan jangkitan.
BAGAIMANA KERJA BRAIN
Pertimbangkan contoh mudah. Apa yang berlaku apabila kita mengambil pensil di atas meja? Cahaya yang dipantulkan dari pensil yang memfokus pada mata dengan lensa dan diarahkan ke retina, di mana imej pensil muncul; ia dirasakan oleh sel-sel yang bersamaan, dari mana isyarat masuk ke inti utama pancaran transmisi otak, terletak di thalamus (tubercle visual), terutamanya di bahagian yang dipanggil body geniculate lateral. Terdapat banyak neuron diaktifkan yang bertindak balas terhadap pengedaran cahaya dan kegelapan. Sumbu-saraf neuron dari badan engkol engkol pergi ke korteks visual utama, yang terletak di lobus oksipital dari hemisfera besar. Impuls yang datang dari thalamus ke bahagian korteks ini diubah menjadi urutan rumit pelepasan neuron kortikal, yang sebahagiannya bertindak balas kepada sempadan antara pensil dan meja, yang lain ke sudut di dalam gambar pensil, dan lain-lain. Dari korteks visual utama, maklumat mengenai axons memasuki korteks visual bersekutu, di mana pengiktirafan corak berlaku, dalam kes ini pensel. Pengiktirafan dalam bahagian korteks ini berdasarkan pengetahuan yang terkumpul sebelum ini mengenai garis luar objek.
Perancangan pergerakan (iaitu, mengambil pensil) mungkin terjadi di korteks serebral hemisfera besar. Di kawasan korteks yang sama, neuron motor terletak yang memberikan arahan kepada otot tangan dan jari. Pendekatan tangan ke pensil dikawal oleh sistem visual dan interoreceptor yang merasakan kedudukan otot dan sendi, maklumat yang memasuki sistem saraf pusat. Apabila kami mengambil pensel di tangan, reseptor di hujung jari, yang merasakan tekanan, memberitahu kami jika jari memegang pensel dengan baik dan apakah usaha untuk memegangnya. Sekiranya kita mahu menulis nama kita dalam pensel, kita perlu mengaktifkan maklumat lain yang disimpan di dalam otak yang menyediakan pergerakan yang lebih kompleks ini, dan kawalan visual akan membantu meningkatkan ketepatannya.
Dalam contoh di atas, dapat dilihat bahawa melakukan tindakan yang cukup sederhana melibatkan luas otak yang meluas dari korteks ke daerah subkortis. Dengan tingkah laku yang lebih kompleks yang berkaitan dengan pertuturan atau pemikiran, litar saraf lain diaktifkan, yang meliputi kawasan lebih luas otak.
BAHAGIAN UTAMA BRAIN
Otak boleh dibahagikan kepada tiga bahagian utama: forebrain, brainstem dan cerebellum. Dalam forebrain, hemisfera otak, thalamus, hypothalamus, dan kelenjar pituitari (salah satu daripada kelenjar neuroendokrin yang paling penting) dirahsiakan. Batang otak terdiri daripada medulla oblongata, pons (pons) dan batang tengah.
Hemisfera besar
- bahagian terbesar otak, komponennya pada orang dewasa sekitar 70% beratnya. Biasanya, hemisfera adalah simetri. Mereka saling terhubung dengan bundle axons (corpus callosum) yang besar, memberikan pertukaran maklumat.
Setiap hemisfera terdiri daripada empat lobus: frontal, parietal, temporal dan occipital. Korteks lobus frontal mengandungi pusat-pusat yang mengawal aktiviti locomotor, serta, mungkin, pusat perancangan dan pandangan jauh. Dalam korteks lobus parietal, terletak di belakang frontal, terdapat zon sensasi tubuh, termasuk rasa sentuhan dan perasaan bersama dan otot. Selat ke lobus parietal bersebelahan dengan temporal, di mana korteks pendengaran utama terletak, serta pusat ucapan dan fungsi lain yang lebih tinggi. Bahagian belakang otak menduduki lobus oksipital yang terletak di atas cerebellum; kulitnya mengandungi zon sensasi visual.
Bidang korteks yang tidak berkaitan secara langsung dengan peraturan pergerakan atau analisis maklumat deria dirujuk sebagai korteks bersekutu. Di zon khusus ini, hubungan asosiasi dibentuk di antara kawasan dan bahagian otak yang berbeza dan maklumat yang diperoleh dari mereka disepadukan. Korteks bersekutu menyediakan fungsi kompleks seperti pembelajaran, ingatan, pertuturan dan pemikiran.
Struktur subkortikal.
Di bawah korteks terdapat beberapa struktur otak penting, atau nukleus, yang merupakan kelompok neuron. Ini termasuk thalamus, ganglia basal dan hipotalamus. Thalamus adalah nukleus pemancaran deria utama; dia menerima maklumat dari deria dan, seterusnya, ke bahagian-bahagian yang sesuai dengan korteks deria. Terdapat juga zon yang tidak spesifik yang dikaitkan dengan hampir keseluruhan korteks dan, mungkin, memberikan proses pengaktifannya dan mengekalkan kebangkitan dan perhatian. Ganglia basal adalah satu set nukleus (shell yang disebut, bola pucat, dan nukleus caudate) yang terlibat dalam peraturan pergerakan yang diselaraskan (mulakan dan menghentikannya).
Hypothalamus adalah kawasan kecil di dasar otak yang terletak di bawah talamus. Kaya dengan darah, hypothalamus adalah pusat penting yang mengawal fungsi homeostatik tubuh. Ia menghasilkan bahan yang mengawal sintesis dan pelepasan hormon pituitari (lihat juga HYPOPHYSIS). Dalam hipotalamus terdapat banyak nukleus yang melaksanakan fungsi tertentu, seperti peraturan metabolisme air, pengedaran lemak yang disimpan, suhu badan, tingkah laku seksual, tidur dan terjaga.
Batang otak
terletak di pangkal tengkorak. Ia menghubungkan saraf tunjang dengan forebrain dan terdiri daripada medulla oblongata, pons, tengah dan diencephalon.
Melalui otak tengah dan perantaraan, serta melalui seluruh batang, lulus laluan motor menuju ke saraf tunjang, serta beberapa laluan sensitif dari saraf tunjang ke bahagian atas otak. Di bawah midbrain adalah jambatan yang disambungkan oleh gentian saraf dengan cerebellum. Bahagian paling bawah batang - medulla - terus masuk ke dalam saraf tunjang. Di medulla oblongata, pusat terletak yang mengawal aktiviti jantung dan pernafasan, bergantung kepada keadaan luaran, dan juga mengawal tekanan darah, perut dan perut usus.
Pada peringkat batang, jalur yang menghubungkan setiap hemisfera serebrum dengan cerebellum bersilang. Oleh itu, setiap hemisfera mengawal bahagian bertentangan badan dan disambungkan ke hemisfera bertentangan dengan cerebellum.
Cerebellum
terletak di bawah lobus ikatan pinggiran hemisfera serebrum. Melalui laluan jambatan, ia disambungkan ke bahagian atas otak. Cerebellum mengawal pergerakan automatik halus, menyelaraskan aktiviti pelbagai kumpulan otot ketika melakukan tindakan tingkah laku stereotip; dia juga sentiasa mengawal kedudukan kepala, torso dan anggota badan, i.e. terlibat dalam mengekalkan keseimbangan. Menurut data terkini, cerebellum memainkan peranan penting dalam pembentukan kemahiran motor, membantu menghafal urutan pergerakan.
Sistem lain.
Sistem limbik adalah rangkaian luas kawasan otak yang saling berkaitan yang mengawal keadaan emosi, serta menyediakan pembelajaran dan memori. Nukleus yang membentuk sistem limbik termasuk amygdala dan hippocampus (termasuk dalam lobus temporal), serta hipotalamus dan nukleus yang dipanggil. teliti septum (terletak di kawasan subkortikal otak).
Pembentukan reticular adalah rangkaian neuron yang merentang seluruh batang ke thalamus dan selanjutnya dihubungkan dengan kawasan luas korteks. Ia mengambil bahagian dalam peraturan tidur dan terjaga, mengekalkan keadaan aktif korteks dan menyumbang kepada tumpuan perhatian pada objek tertentu.
KEGIATAN ELEKTRIK BRAIN
Dengan bantuan elektrod yang diletakkan di permukaan kepala atau diperkenalkan ke dalam otak, mungkin untuk memperbaiki aktiviti elektrik otak akibat pelepasan sel-selnya. Rakaman aktiviti elektrik otak dengan elektrod di permukaan kepala dipanggil electroencephalogram (EEG). Ia tidak membenarkan untuk mencatatkan pelepasan neuron individu. Hanya sebagai hasil daripada aktiviti serentak beribu-ribu atau berjuta-juta neuron, ayunan yang nyata (gelombang) muncul pada lengkung yang direkodkan.
Dengan pendaftaran tetap pada EEG, perubahan kitaran diturunkan, mencerminkan tahap keseluruhan aktiviti individu. Dalam keadaan terjaga yang aktif, EEG menangkap gelombang beta bukan berirama rendah amplitud. Dalam suasana santai dengan mata tertutup, gelombang alfa dengan kekerapan 7-12 kitaran sesaat mendominasi. Kejadian tidur ditunjukkan oleh penampilan gelombang perlahan amplitud tinggi (gelombang delta). Semasa tempoh bermimpi, gelombang beta muncul semula pada EEG, dan berdasarkan EEG, gambaran palsu dapat dibuat bahawa orang itu terjaga (dengan itu istilah "tidur paradoks"). Mimpi sering disertai dengan pergerakan mata yang pesat (dengan kelopak mata tertutup). Oleh itu, bermimpi juga dipanggil tidur dengan pergerakan mata cepat (lihat juga TIDUR). EEG membolehkan anda mendiagnosis beberapa penyakit otak, khususnya epilepsi (lihat EPILEPSY).
Sekiranya anda mendaftarkan aktiviti elektrik otak semasa tindakan rangsangan tertentu (visual, auditory, atau tactile), anda boleh mengenal pasti apa yang dipanggil. menimbulkan potensi - pelepasan segerak kumpulan neuron tertentu, yang timbul sebagai tindak balas terhadap rangsangan luar tertentu. Kajian terhadap potensi yang menimbulkan masalah dapat memperjuangkan penyetempatan fungsi otak, khususnya, untuk menghubungkan fungsi ucapan dengan beberapa bahagian lobus temporal dan frontal. Kajian ini juga membantu menilai keadaan sistem deria pada pesakit dengan kepekaan yang merosot.
BRAIN NEUROCHEMISTRY
Neurotransmiter yang paling penting di dalam otak adalah acetylcholine, norepinephrine, serotonin, dopamin, glutamat, gamma-aminobutyric acid (GABA), endorphins dan enkephalins. Sebagai tambahan kepada bahan-bahan yang terkenal ini, sebilangan besar orang lain yang belum dipelajari mungkin berfungsi di dalam otak. Sesetengah neurotransmiter bertindak hanya di bahagian tertentu otak. Oleh itu, endorfin dan enkephalin hanya terdapat di laluan yang melakukan impuls sakit. Pengantara lain, seperti glutamat atau GABA, lebih banyak diedarkan.
Tindakan neurotransmitter.
Seperti yang telah diperhatikan, neurotransmitter, yang bertindak pada membran postsynaptic, mengubah kekonduksiannya untuk ion. Sering kali ini berlaku melalui pengaktifan dalam neuron postsynaptik sistem "mediator" kedua, sebagai contoh, adenosine monophosphate (cAMP) kitaran. Tindakan neurotransmitter boleh diubahsuai di bawah pengaruh kelas lain bahan neurokimia - neuromodulator peptida. Dilancarkan oleh membran presynaptik serentak dengan pengantara, mereka mempunyai keupayaan untuk meningkatkan atau mengubah kesan mediator pada membran postsynaptic.
Sistem endorphin-enkephalin yang baru ditemui adalah penting. Enkephalins dan endorfin adalah peptida kecil yang menghalang pengalihan impuls keseimbangan dengan mengikat kepada reseptor di dalam CNS, termasuk di zon korteks yang lebih tinggi. Keluarga neurotransmiter ini menekan persepsi subjektif terhadap kesakitan.
Ubat psikoaktif
- bahan yang boleh secara khusus mengikat reseptor tertentu di otak dan menyebabkan perubahan tingkah laku. Mengenal pasti beberapa mekanisme tindakan mereka. Sesetengah menjejaskan sintesis neurotransmiter, yang lain - pada pengumpulan dan pembebasan mereka dari vesikel sinaptik (contohnya, amphetamine menyebabkan pembebasan yang cepat norepinephrine). Mekanisme ketiga adalah untuk mengikat reseptor dan meniru tindakan neurotransmiter semula jadi, contohnya, kesan LSD (asid lysergic diethylamide) dijelaskan oleh keupayaannya untuk mengikat reseptor serotonin. Jenis ubat jenis keempat adalah sekatan penerima, i.e. antagonisme dengan neurotransmitter. Antipsikotik yang digunakan secara meluas sebagai phenothiazine (contohnya, chlorpromazine, atau aminazine) menyekat reseptor dopamin dan dengan itu mengurangkan kesan dopamin pada neuron postsynaptik. Akhir sekali, mekanisme aksi yang terakhir adalah perencatan penyahaktifan neurotransmitter (banyak racun perosak yang menghalang asetilkolin dari inaktivasi).
Telah lama diketahui bahawa morfin (produk poppy opium yang disucikan) tidak hanya memberi kesan analgesik (analgesik), tetapi juga keupayaan untuk menyebabkan euforia. Itulah sebabnya ia digunakan sebagai ubat. Tindakan morfin dikaitkan dengan keupayaannya untuk mengikat kepada reseptor pada sistem endorphin-enkephalin manusia (lihat juga DRUG). Ini adalah salah satu daripada banyak contoh fakta bahawa bahan kimia dari asal biologi yang berlainan (dalam kes ini, asal tumbuhan) mampu mempengaruhi fungsi otak haiwan dan manusia, berinteraksi dengan sistem neurotransmitter tertentu. Satu lagi contoh terkenal adalah curare, berasal dari tumbuhan tropika dan mampu menghalang reseptor asetilkolin. Orang India dari Amerika Selatan melancarkan kelopak mata curare, menggunakan kesan melumpuhkan yang berkaitan dengan sekatan penghantaran neuromuskular.
PELAJARAN BRAIN
Penyelidikan otak sukar kerana dua sebab utama. Pertama, otak, dilindungi dengan selamat oleh tengkorak, tidak boleh diakses secara langsung. Kedua, neuron-neuron otak tidak tumbuh semula, jadi apa-apa campur tangan boleh membawa kepada kerosakan tidak dapat dipulihkan.
Walaupun kesukaran ini, penyelidikan otak dan beberapa bentuk rawatannya (terutamanya, campur tangan neurosurgikal) telah diketahui sejak zaman purba. Penemuan arkeologi menunjukkan bahawa sudah lama, manusia retak tengkorak untuk mendapatkan akses ke otak. Penyelidikan otak khususnya intensif telah dijalankan semasa tempoh peperangan, apabila mungkin untuk melihat pelbagai kecederaan kepala.
Kerosakan otak akibat kecederaan di bahagian depan atau kecederaan yang dialami dalam masa aman adalah sejenis percubaan yang memusnahkan bahagian tertentu otak. Oleh kerana ini adalah satu-satunya bentuk "eksperimen" pada otak manusia, satu lagi kaedah penyelidikan penting adalah eksperimen pada haiwan makmal. Mengamati kesan tingkah laku atau fisiologi kerosakan kepada struktur otak tertentu, seseorang boleh menilai fungsinya.
Aktivitas elektrik otak dalam haiwan eksperimen direkodkan menggunakan elektrod yang diletakkan di permukaan kepala atau otak atau diperkenalkan ke dalam otak. Oleh itu, adalah mungkin untuk menentukan aktiviti kumpulan kecil neuron atau neuron individu, serta mengenal pasti perubahan dalam fluks ion di seluruh membran. Dengan bantuan alat stereotactic yang membolehkan anda memasuki elektrod pada titik tertentu di dalam otak, bahagian kedalaman yang tidak boleh diaksesnya diperiksa.
Satu lagi pendekatan adalah untuk menghapuskan kawasan kecil tisu otak yang hidup, selepas itu kewujudannya dikekalkan sebagai kepingan yang ditempatkan dalam medium nutrien, atau sel-sel dipisahkan dan dikaji dalam budaya sel. Dalam kes pertama, anda boleh meneroka interaksi neuron, di kedua - aktiviti sel individu.
Apabila mengkaji aktiviti elektrik neuron individu atau kumpulan mereka di kawasan otak yang berlainan, aktiviti awal biasanya direkodkan terlebih dahulu, maka kesan kesan tertentu pada fungsi sel ditentukan. Mengikut kaedah lain, impuls elektrik digunakan melalui elektrod implan untuk secara artifi mengaktifkan neuron terdekat. Jadi, anda boleh mengkaji kesan-kesan tertentu dari otak di kawasan lain. Kaedah rangsangan elektrik ini berguna dalam kajian sistem pengaktifan batang yang melalui tembikar tengah; ia juga terpaksa apabila cuba memahami bagaimana proses pembelajaran dan ingatan berlaku pada tahap sinaptik.
Seratus tahun yang lalu menjadi jelas bahawa fungsi-fungsi belahan kiri dan kanan berbeza. Pakar bedah Perancis P. Brock, menonton pesakit dengan kemalangan serebrovaskular (stroke), mendapati hanya pesakit yang merosakkan hemisfera kiri mengalami gangguan ucapan. Kajian lebih lanjut mengenai pengkhususan hemisfera diteruskan menggunakan kaedah lain, misalnya, rakaman EEG dan menimbulkan potensi.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, teknologi yang kompleks telah digunakan untuk mendapatkan imej (visualisasi) otak. Oleh itu, tomografi yang dikira (CT) telah merevolusi neurologi klinikal, yang membolehkan imej vivo terperinci (berlapis) struktur otak diperoleh. Kaedah pengimejan lain - tomografi pelepasan positron (PET) - memberikan gambaran aktiviti metabolik otak. Dalam kes ini, radioisotop pendek yang diperkenalkan kepada seseorang, yang terkumpul di bahagian otak yang berlainan, dan semakin tinggi aktiviti metabolik mereka. Dengan bantuan PET, ia juga menunjukkan bahawa fungsi ucapan majoriti orang yang diperiksa dikaitkan dengan hemisfera kiri. Sejak otak berfungsi dengan menggunakan sejumlah besar struktur selari, PET menyediakan maklumat mengenai fungsi otak yang tidak dapat diperoleh dengan elektrod tunggal.
Sebagai peraturan, penyelidikan otak dijalankan menggunakan gabungan kaedah. Sebagai contoh, ahli neurobiologi Amerika R. Sperri, dengan pekerja, digunakan sebagai prosedur rawatan untuk memotong korpus callosum (bundle axons yang menghubungkan kedua hemisfera) di beberapa pesakit dengan epilepsi. Selepas itu, dalam pesakit-pesakit yang mempunyai "otak", pengkhususan hemispherik disiasat. Difahamkan bahawa untuk ucapan dan fungsi logik dan analitik yang lain, hemisfera yang dominan (biasanya kiri) bertanggungjawab, sementara hemisfera bukan dominan menganalisis parameter spatial-temporal persekitaran luaran. Jadi, ia diaktifkan apabila kita mendengar muzik. Gambar mosaik aktiviti otak menunjukkan bahawa terdapat banyak bidang khusus dalam struktur korteks dan subkortis; aktiviti serentak kawasan-kawasan ini mengesahkan konsep otak sebagai peranti pengkomputeran dengan pemprosesan data selari.
Dengan adanya kaedah penyelidikan baru, idea tentang fungsi otak mungkin berubah. Penggunaan peranti yang membolehkan kita mendapatkan "peta" aktiviti metabolik pelbagai bahagian otak, serta penggunaan pendekatan genetik molekul, harus memperdalam pengetahuan kita mengenai proses yang terjadi di dalam otak. Lihat juga neuropsychology.
ANATOMI PERBANDINGAN
Dalam pelbagai jenis vertebrata, otak sangat serupa. Jika kita membuat perbandingan di peringkat neuron, kita dapati persamaan yang berbeza dari ciri-ciri seperti yang digunakan neurotransmitter, turun naik dalam kepekatan ion, jenis sel dan fungsi fisiologi. Perbezaan asas didedahkan hanya jika dibandingkan dengan invertebrata. Neuron invertebrat jauh lebih besar; selalunya ia disambungkan kepada satu sama lain bukan oleh kimia, tetapi oleh sinaps elektrik, yang jarang dijumpai di dalam otak manusia. Dalam sistem invertebrata saraf, beberapa neurotransmitter yang tidak ciri vertebrata dikesan.
Antara vertebrata, perbezaan dalam struktur otak berkaitan dengan nisbah struktur individunya. Menilai persamaan dan perbezaan di dalam otak ikan, amfibia, reptilia, burung, mamalia (termasuk manusia), beberapa pola umum boleh diperolehi. Pertama, semua haiwan ini mempunyai struktur dan fungsi neuron yang sama. Kedua, struktur dan fungsi saraf tunjang dan batang otak sangat serupa. Ketiganya, evolusi mamalia disertai dengan kenaikan ketara dalam struktur kortikal yang mencapai perkembangan maksimum pada primata. Dalam amfibia, korteks hanya terdiri daripada sebahagian kecil daripada otak, sedangkan pada manusia ia adalah struktur yang dominan. Walau bagaimanapun, dipercayai bahawa prinsip fungsi otak semua vertebrata hampir sama. Perbezaannya ditentukan oleh bilangan sambungan dan interaksi interneuron, yang mana lebih tinggi, lebih kompleks otak. Lihat juga ANATOMY COMPARATIVE.
Otak manusia
Otak manusia (lat Encephalon) adalah organ dari sistem saraf pusat, yang terdiri daripada banyak sel saraf yang saling berkaitan dan prosesnya.
Otak manusia menduduki hampir seluruh rongga rantau tengkorak serebrum, tulang yang melindungi otak dari kerosakan mekanikal luaran. Dalam proses pertumbuhan dan perkembangan, otak mengambil bentuk tengkorak.
Kandungannya
Jisim otak [sunting]
Jisim otak orang biasa berkisar antara 1000 hingga lebih daripada 2000 gram, yang secara purata adalah kira-kira 2% berat badan. Otak lelaki mempunyai berat badan rata-rata 100-150 gram lebih banyak daripada otak wanita [1]. Secara meluas dipercayai bahawa kemampuan mental seseorang bergantung pada massa otak: makin besar massa otak, lebih berbakat orang itu. Walau bagaimanapun, adalah jelas bahawa ini tidak selalu berlaku [2]. Sebagai contoh, otak I. S. Turgenev ditimbang pada tahun 2012, dan otak Anatol France - 1017 g. Otak terberat - 2850 g - ditemui pada individu yang mengalami epilepsi dan idiocy. Otaknya kurang berfungsi secara fungsional. Jadi, tidak ada hubungan langsung antara jisim otak dan kebolehan mental individu. Walau bagaimanapun, dalam sampel yang besar, banyak kajian telah menunjukkan korelasi positif antara massa otak dan kebolehan mental, serta antara jisim kawasan otak tertentu dan pelbagai kebolehan kognitif [4] [5].
Tahap pembangunan otak boleh dinilai, khususnya, dengan nisbah jisim saraf tunjang ke otak. Oleh itu, dalam kucing ia adalah 1: 1, dalam anjing adalah 1: 3, dalam monyet bawah adalah 1:16, pada manusia adalah 1:50. Di kalangan orang Paleolitik Atas, otaknya kelihatan (10-12%) lebih besar daripada otak manusia moden [6] - 1: 55-1: 56.
Struktur otak [sunting]
Jumlah otak manusia adalah 91-95% dari kapasiti tengkorak. Di dalam otak terdapat lima bahagian: medulla, posterior, yang meliputi jembatan dan cerebellum, epifisis, tengah, perantaraan dan forebrain, diwakili oleh hemisfera besar. Seiring dengan pembahagian divisyen yang diberikan di atas, seluruh otak dibahagikan kepada tiga bahagian besar:
- Hemisfera serebrum;
- Cerebellum;
- Batang otak.
Korteks serebrum merangkumi dua hemisfera otak: kanan dan kiri.
Cangkang otak [sunting]
Otak, seperti saraf tunjang, ditutup dengan tiga membran: lembut, araknoid dan pepejal.
Membran lembut, atau vaskular, otak (lat Pia mater encephali) bersebelahan dengan substansi otak, masuk ke semua alur, merangkumi semua convolutions. Ia terdiri daripada tisu penghubung yang longgar, di mana banyak kapal yang bercabang ke otak. Proses nipis tisu penghubung, yang masuk dalam jisim otak, bergerak jauh dari choroid.
Membran arachnoid otak (lat Arachnoidea encephali) adalah nipis, lut, tidak mempunyai vesel. Ia sesuai dengan kepulan otak, tetapi tidak memasuki alur, akibatnya tangki subarachnoid yang diisi dengan cecair serebrospinal terbentuk antara membran vaskular dan araknoid, dan araknoid dikuasai. Tangki bujur cerebellar terbesar terletak di belakang ventrikel keempat, pembukaan pusat ventrikel keempat membuka ke dalamnya; tangki fossa lateral terletak pada alur sisi otak yang hebat; antara bilah - antara kaki otak; persimpangan tangki - di tempat chiasma visual (persimpangan).
Dura mater otak (lat Dura mater encephali) adalah periosteum untuk permukaan otak dalaman tulang tengkorak. Dalam membran ini, kepekatan tertinggi pesakit reseptor dalam tubuh manusia diperhatikan, sementara tidak ada reseptor kesakitan di otak itu sendiri.
Dura mater dibina daripada tisu penghubung yang padat, dibarisi dari dalamnya oleh sel-sel yang rata dan lembap, diikat dengan tulang-tulang tengkorak di kawasan pangkalannya. Antara cangkang pepejal dan arachnoid adalah ruang subdural yang dipenuhi dengan cecair serous.
Bahagian struktur otak [sunting]
Otak Oblong [sunting]
Medulla oblongata (medulla oblongata) berkembang dari vesicle otak kelima (tambahan). Oblongata medulla adalah kesinambungan saraf tunjang dengan segmentasi terjejas. Perkara abu-abu medulla oblongata terdiri daripada nukleus saraf kranial individu. Masalah putih adalah jalur dari saraf tunjang dan otak, yang ditarik ke dalam batang otak, dan dari sana ke dalam saraf tunjang.
Di permukaan anterior medulla oblongata, terdapat medan median anterior, di setiap sisi yang terletak tebal serat putih yang dipanggil piramid. Piramid sempit kerana hakikat bahawa sebahagian daripada serat mereka melintas ke seberang, membentuk persimpangan piramid, membentuk jalan pyramidal sisi. Sesetengah serat putih yang tidak berpotongan membentuk jalan lurus pyramidal.
Jambatan [sunting]
Jambatan (lat Pons) terletak di atas medulla oblongata. Ini adalah roll tebal dengan serat melintang. Di tengah-tengahnya adalah alur utama, di mana arteri utama otak terletak. Di kedua-dua belah salur terdapat peningkatan yang ketara yang dibentuk oleh laluan piramid. Jambatan ini terdiri daripada sejumlah besar serat melintang yang membentuk bahan putihnya - serat saraf. Antara serat terdapat banyak kelompok kelabu yang membentuk teras jambatan. Berlanjut ke cerebellum, serat saraf membentuk kaki tengahnya.
Cerebellum [sunting]
Cerebellum (lat Cerebellum) terletak pada permukaan posterior jambatan dan medulla oblongata di fossa cranial posterior. Ia terdiri daripada dua hemisfera dan cacing yang menghubungkan hemisfera dengan satu sama lain. Jisim cerebellum 120-150 g.
Cerebellum dipisahkan dari otak besar dengan celah mendatar, di mana dura mater membentuk tenda cerebellum yang terbentang di atas fossa posterior tengkorak. Setiap hemisfera cerebellar terdiri daripada bahan kelabu dan putih.
Perkara kelabu cerebellum terkandung di atas putih dalam bentuk korteks. Nukleus saraf terletak di dalam hemisfera cerebellar, jisim yang kebanyakannya diwakili oleh bahan putih. Kulit buah hemisfera membentuk alur selari, di mana terdapat convolutions bentuk yang sama. Furrows membahagi setiap hemisfera cerebellum ke beberapa bahagian. Salah satu zarah - sekerap, bersebelahan dengan kaki tengah cerebellum, menonjol lebih daripada yang lain. Ia adalah phylogenetically tertua. Flap dan nodul cacing itu sudah berada di vertebrata bawah dan dikaitkan dengan fungsi alat vestibular.
Korteks hemisfera cerebellar terdiri daripada dua lapisan sel saraf: molekul dan butiran luaran. Ketebalan kulit 1-2,5 mm.
Perkara kelabu dari cerebellum bercabang putih (di bahagian tengah cerebellum ia dapat dilihat sebagai semak thuja malar hijau), jadi ia dipanggil pokok cerebellum kehidupan.
Cerebellum disambungkan dalam tiga pasang kaki ke batang otak. Kaki diwakili oleh berkas serat. Kaki bawah (ekor) dari cerebellum pergi ke medulla oblongata dan juga dipanggil badan tali. Mereka termasuk laluan tulang belakang-cerebral posterior.
Bahagian tengah (jambatan) kaki cerebellum disambungkan ke jambatan, di mana serat melintang berpindah ke neuron pada korteks serebrum. Melalui kaki tengah melepasi laluan jambatan kortikal, yang mana korteks serebrum bertindak pada cerebellum.
Kaki atas cerebellum dalam bentuk serat putih masuk ke arah tengah otak, di mana mereka berada di sepanjang kaki orang tengah dan rapat dengannya. Kaki atas (tengkorak) dari cerebellum terdiri daripada serat nukleusnya dan berfungsi sebagai jalur utama yang menggerakkan impuls ke gundik optik, rantau hipogastrik, dan nukleus merah.
Kaki terletak di depan, dan tayar di belakang. Di antara tayar dan kaki mengalirkan bekalan air tengah orang tengah (sistem bekalan air Sylviev). Ia menghubungkan ventrikel keempat dengan yang ketiga.
Fungsi utama cerebellum adalah koordinasi refleks pergerakan dan pengedaran nada otot.
Midbrain [sunting]
Sampul batang tengah (lat Mesencephalon) terletak di atas penutupnya dan meliputi dari atas saluran air tengah orang tengah. Tudung mengandungi plat tayar (cheliflow). Dua hillocks atas dikaitkan dengan fungsi penganalisis visual, bertindak sebagai pusat untuk refleksi refleks untuk rangsangan visual, dan oleh itu dipanggil visual. Dua tubercle yang lebih rendah adalah pendengaran, yang dikaitkan dengan refleks anggaran untuk rangsangan bunyi. Batang bukit atas dihubungkan dengan badan engkol lateral yang diencephalon menggunakan pegangan atas, hillocks yang lebih rendah dihubungkan dengan pemegang yang lebih rendah dengan badan berputar medial.
Dari plat tayar, jalur cerebrospinal bermula, yang menghubungkan otak dengan saraf tunjang. Dorong impuls menerusinya sebagai tindak balas kepada rangsangan visual dan pendengaran.
Hemispheres [sunting]
Otak hemisfera otak. Ini termasuk lobus hemisfera, korteks serebrum (jubah), ganglia basal, otak penciuman dan ventrikel lateral. Belahan otak dipisahkan oleh celah membujur, di tempat istirahat yang berisi corpus callosum, yang menghubungkannya. Pada setiap hemisfera membezakan permukaan berikut:
- bahagian atas, cembung, menghadapi permukaan dalaman tungku kranial;
- permukaan yang lebih rendah terletak di permukaan dalaman pangkal tengkorak;
- permukaan medial, di mana hemisfera saling berkaitan.
Di setiap hemisfera terdapat bahagian-bahagian yang paling menonjol: di depan, tiang depan, di belakang kutub belakang, di sebelah, tiang temporal. Di samping itu, setiap hemisfera serebral dibahagikan kepada empat lobus besar: frontal, parietal, occipital, dan temporal. Dalam rehat fossa lateral otak adalah bahagian kecil - pulau itu. Hemisphere dibahagikan kepada lobus alur. Yang paling dalam adalah sisi, atau sisi, dan ia juga dipanggil sulfus sylvium. Alur sisi memisahkan lobus temporal dari frontal dan parietal. Dari bahagian atas hemisfera, alur pusat, atau alur Roland, turun. Ia memisahkan umbi depan otak dari parietal. Lobak oksipital dipisahkan dari parietal hanya dari permukaan medial hemisfera - sulphus parietal-oksipital.
Hati hemisfera dari luar diliputi dengan bahan kelabu membentuk korteks serebrum, atau jubah. Dalam korteks terdapat 15 bilion sel, dan jika kita menganggap bahawa masing-masing mempunyai 7 hingga 10 ribu sambungan dengan sel jiran, maka kita dapat menyimpulkan bahawa fungsi kulit itu fleksibel, stabil dan dapat dipercayai. Permukaan korteks meningkat dengan ketara berikutan lengkungan dan convolutions. Korteks filogenetik adalah struktur otak terbesar, kawasannya adalah kira-kira 220 ribu mm 2.
Perbezaan seksual [sunting]
Kaedah pengarkaan tomografi dibenarkan untuk eksperimen membezakan perbezaan dalam struktur otak wanita dan lelaki [7] [8]. Telah ditubuhkan bahawa otak lelaki mempunyai lebih banyak hubungan antara zon di dalam hemisfera, dan wanita di antara hemisfera. Dianggap bahawa otak lelaki lebih dioptimumkan untuk kemahiran motor, dan wanita untuk pemikiran analitik dan intuitif. Para penyelidik mendapati bahawa keputusan ini perlu diterapkan kepada penduduk secara keseluruhan, dan bukan kepada individu. Perbezaan struktur otak ini paling ketara apabila membandingkan kumpulan umur 13,4 hingga 17 tahun. Walau bagaimanapun, dengan usia di otak pada wanita, bilangan hubungan antara zon di dalam hemisfera meningkat, yang meminimumkan perbezaan struktur yang terdahulu di antara jantina [8].
Pada masa yang sama, walaupun terdapat perbezaan dalam struktur anatomi dan morfologi otak wanita dan lelaki, tidak ada tanda-tanda tegas atau gabungan mereka yang membolehkan kita bercakap tentang "lelaki" atau "wanita" otak yang khusus [9]. Terdapat ciri-ciri otak yang lebih biasa di kalangan wanita, dan terdapat lebih kerap diperhatikan di kalangan lelaki, bagaimanapun, kedua-duanya dapat menonjolkan dirinya dalam lawan jenis, dan mana-mana ensembel tanda-tanda seperti ini hampir tidak dipatuhi.
Perkembangan otak [sunting]
Pranatal [10] pembangunan [sunting]
Perkembangan yang berlaku pada masa sebelum kelahiran, perkembangan intrauterin janin. Dalam tempoh pranatal, terdapat perkembangan fisiologi otak yang intensif, sistem deria dan pengesannya.
Natal [10] keadaan [sunting]
Pembezaan sistem korteks serebrum berlaku secara beransur-ansur, yang membawa kepada pematangan yang tidak seimbang dari struktur otak individu.
Apabila seorang kanak-kanak dilahirkan, pembentukan subkortikal dibentuk secara praktikal dan kawasan-kawasan unjuran otak adalah dekat dengan peringkat akhir pematangan, di mana sambungan saraf berasal dari reseptor organ-organ indera yang berbeza (sistem penganalisis) dan jalur motor berasal [11].
Kawasan ini bertindak sebagai konglomerasi ketiga-tiga blok otak. Tetapi di antara mereka tahap pematangan tertinggi dicapai oleh struktur blok peraturan aktiviti otak (blok pertama otak). Di blok yang kedua (blok penerimaan, pemprosesan dan penyimpanan maklumat) dan ketiga (blok pengaturcaraan, peraturan dan kawalan aktiviti) blok, hanya bidang-bidang korteks yang berkaitan dengan lobus utama yang menerima maklumat masuk (blok kedua) dan membentuk impuls motor yang keluar adalah yang paling matang (Blok ke-3) [12].
Kawasan lain dari korteks serebrum pada masa bersalin tidak mencapai tahap kematangan yang mencukupi. Ini terbukti dengan saiz sel kecil mereka, lebar kecil lapisan atas mereka, yang berfungsi sebagai fungsi bersekutu, saiz yang agak kecil dari kawasan yang mereka hadapi, dan kekayaan unsur-unsur mereka.
Tempoh dari 2 hingga 5 tahun [sunting]
Pada usia dua hingga lima tahun, pematangan bidang otak sekunder, bersekutu berlaku, sebahagian daripadanya (zon gnostik sekunder sistem penganalisis) terletak di blok kedua dan ketiga (wilayah utama). Struktur ini memberikan proses persepsi dan pelaksanaan urutan tindakan [11].
Tempoh dari 5 hingga 7 tahun [sunting]
Seterusnya adalah bidang otak (bersekutu) tertiari. Pertama, bidang persatuan posterior berkembang - rantau parieto-temporal-occipital, maka, bidang persatuan anterior - rantau prefrontal.
Bidang tertiari menduduki kedudukan tertinggi dalam hierarki interaksi antara pelbagai zon otak, dan di sini, bentuk pemprosesan maklumat yang paling kompleks dilakukan. Wilayah bersekutu posterior menyediakan sintesis semua maklumat berbilang modal yang masuk ke dalam refleksi holistik super-modal entiti realiti di sekitarnya dalam keseluruhan hubungan dan perhubungannya. Kawasan asosiasi depan bertanggungjawab untuk peraturan sewenang-wenangnya bentuk kompleks aktiviti mental, termasuk pemilihan maklumat penting yang diperlukan untuk aktiviti ini, pembentukan program kegiatan berdasarkan dan pengendalian kursus yang betul mereka.
Oleh itu, setiap tiga blok fungsian otak mencapai kematangan penuh pada masa yang berlainan dan hasil pematangan dalam urutan dari yang pertama ke blok ketiga. Ini adalah cara dari bawah ke bawah - dari pembentukan asas kepada pendaki, dari struktur subkortikal ke medan utama, dari medan utama ke yang bersekutu. Kerosakan semasa pembentukan mana-mana peringkat ini boleh menyebabkan penyimpangan pada pematangan seterusnya akibat ketiadaan kesan merangsang dari paras yang rosak [11].