Мозг человека — это 1,1—1,4 кг розовой массы нервных клеток (в основном нейронов, которые в действительности имеют серый цвет, и белых глиальных клеток — розовый же цвет мозгу придают кровеносные сосуды). Он напоминает большой мягкий грецкий орех, который втиснут в череп. Череп, хотя он и кажется одной большой твердой костью, на самом деле состоит из 23 отдельных костей, которые плотно соединены друг с другом, образуя зигзагообразные швы. У новорожденных кости черепа прилегают еще не так плотно, поэтому голова может расти. С возрастом кости срастаются, и восемь из них, расположенные в верхней части головы, образуют твердую черепную коробку, которая защищает находящийся внутри головной мозг.
Рисунок 1. Мозг человека
У своего основания головной мозг переходит в толстый пучок нервных волокон, который проходит внутри всего позвоночника и называется спинным мозгом. Расположенные в теле нервные клетки, несущие ощущения боли, тепла, холода и т. д., связаны со спинным мозгом, который, в свою очередь, передает поступающую от них информацию в головной мозг. Головной и спинной мозг вместе называются центральной нервной системой.
Головной мозг покрыт тремя оболочками. Непосредственно к черепу примыкает твердая оболочка, состоящая из соединительной ткани; затем идет паутинная оболочка, подобная плотной шапочке, надетой на мозг, и, наконец, сосудистая оболочка, точно повторяющая каждую бороздку на поверхности мозга. Пространство между паутинной и сосудистой оболочками заполнено прозрачной жидкостью, называемой спинномозговой жидкостью. Вся эта конструкция служит как надежный амортизатор (Курланд, и др., 2003).
Посмотрим внимательнее, как устроен мозг.
Рисунок 2. Строение мозга человека
Обозначения: 1. Борозда мозолистого тела. 2. Угловая борозда. 3. Угловая извилина. 4. Мозолистое тело. 5. Центральная борозда. 6. Парацентральная долька. 7. Предклинье. 8. Теменно-затылочная борозда. 9. Клин. 10. Шпорная борозда. 11. Шишковидное тело. 12. Пластинка четверохолмия. 13. Мозжечок. 14. Четвертый желудочек. 15. Межталамическое сращение. 16. Продолговатый мозг. 17. Варолиев мост. 18. Ножка мозга. 19. Гипофиз. 20. Третий желудочек. 21. Передняя (белая) спайка. 22. Прозрачная перегородка.
Кора больших полушарий — это внешний слой мозга, покрывающий все другие его части подобно морщинистому шлему. Посередине ее проходит глубокая продольная борозда, разделяющая ее на две части. Эти две половины называют правым и левым полушариями головного мозга. Каждое полушарие далее разделено на «доли», которые представлены (если двигаться спереди назад) лобной, теменной, затылочной и височной. Хотя мозг работает как единое целое и разделение на доли было придумано анатомами для удобства описания различных частей мозга, все же в мозгу существует некоторое разделение труда, в общем совпадающее с разделением на доли.
Лобная доля, по-видимому, регулирует приобретение навыков социального поведения и такие черты, как любопытство и планирование.
Теменная доля интерпретирует информацию, получаемую от различных органов чувств (кроме обонятельной, которая от рецепторов в полостях носа поступает в обонятельные луковицы и таламус в лимбической системе).
Затылочная доля, хотя и расположена на тыльной стороне мозга, принимает информацию, поступающую с сетчатки глаз, и занимается обработкой зрительной информации. Это одна из наиболее сложных функций мозга. Она включает расшифровку информации о размере, форме, цвете, расстоянии, поверхности, движении, и затем на основе этой информации происходит формирование единого, цельного образа.
Височная доля связана с обработкой информации от органа слуха и с памятью. Поскольку нервные волокна, входя в мозг, перекрещиваются, полушария контролируют противоположные стороны тела. То есть левое полушарие контролирует правую руку, ногу и даже правую часть нашего поля зрения, а правое — соответственно левые части. Эта особенность объединяет нас с другими млекопитающими. Полушария обычно так хорошо работают вместе, что разделение их функций незаметно. Они делятся и обмениваются информацией с помощью толстого ствола нервных волокон, расположенного глубоко внутри мозга и называемого мозолистым телом.
Хотя полушария внешне и похожи друг на друга, они выполняют различные функции. Этот факт был обнаружен нейробиологами при наблюдении за больными, у которых мозолистое тело было рассечено в целях купирования тяжелых эпилептических припадков или вследствие иных серьезных поражений мозга. При рассечении мозолистого тела одно полушарие буквально не знало, что делает другое (Курланд, и др., 2003).
У человека кора занимает более 40% от объема мозга. У всех других живых существ это значение существенно скромнее. Большая часть объема коры у человека приходится на новую кору (неокортекс). У низших млекопитающих эта часть коры только намечена, у высших развита сильнее, но в таком объеме присутствует только у человека. Свое название «новая» эта часть коры получила потому, что она возникла на поздних этапах эволюции. Иногда новую кору называют новым мозгом, а остальные структуры — древним мозгом.
Древний мозг — это то, что роднит нас с остальными живыми существами, обитающими на нашей планете. Все рефлексы, все наше поведение, предопределенное от рождения, эмоции и инстинкты «зашиты» в этой части мозга.
Кора головного мозга — это наша память, все наши знания и способности, которые мы приобретаем при жизни. Новую кору головного мозга у новорожденного можно сравнить с чистым листом. Вся последующая жизнь будет оставлять свои записи на этом листе, образуя «книгу жизни человека», формируя его память.
Участки коры головного мозга, получившие определенную специализацию, принято называть зонами. Таких зон выделено множество. Например:
Зона Брока
В 1861 г. к французскому врачу Полю Брока пришел пациент, который потерял способность говорить и мог сказать только «тан-тан». Когда пациент скончался, Брока исследовал его мозг и обнаружил, что участок левой лобной доли размером с куриное яйцо был поврежден. Брока пришел к выводу, что эта часть мозга отвечает за речевые способности. Исследования головного мозга других пациентов с аналогичными симптомами подтвердили предположения Брока, и с тех пор эта зона называется в его честь. Неспособность произнести ничего, кроме повторяющихся слогов, назвали афазией Брока.
Зона Вернике
В 1871 г. немецкий врач-невролог Карл Вернике диагностировал у нескольких своих пациентов другой тип афазии. Они могли отвечать на определенные вопросы, но их ответы не имели смысла и содержали бессмысленный набор звуков вместо отдельных слов. Например, если бы вы спросили одного из пациентов Вернике, где он живет, он мог бы ответить: «Да, конечно. Грустно думдить па редко пестовать. Но если вы считаете барашто, то это мысль, тогда стрепте».
Проведя аутопсию, Вернике обнаружил, что такой тип афазии был вызван поражением другой зоны, расположенной рядом с зоной Брока. И болезнь, и зона мозга были названы в честь Вернике (Курланд, и др., 2003).
Кора головного мозга представляет собой тонкий слой нервной ткани, образующей множество складок. Общая поверхность коры составляет примерно 2200 кв. см. Толщина коры в разных областях больших полушарий колеблется от 1,3 до 4,5 мм, а общий объем составляет 600 куб. см. В состав коры входит порядка 10— 15 млрд нейронов и еще большее число глиальных клеток. Сравнительные исследования показали: огромное увеличение объема и массы мозга у человека, по сравнению с животными, происходило за счет развития коры больших полушарий. Кору больших полушарий условно разделяют на три типа. Первичная носит название палеокортекс. Эта кора четко не отделена от подкорковых образований. Вторичная — археокортекс (образования двухслойной древней коры, входящей в систему обонятельного мозга) и промежуточный слой (образования, носящие характер переходных между только что названными).
На основании анализа того, как в структурах мозга происходит обработка информации, условно выделяют три уровня (или зоны) организации коры.
Первичная (или проекционная) зона коры обеспечивает анализ и переработку информации, идущей от периферии — мышц, органов чувств, рецепторов внутренних органов и сосудов.
Более сложное структурное строение имеет вторичная (или ассоциативная) кора. По занимаемой площади ассоциативные отделы больше проекционных. Считается, что этот второй уровень связан с «интегрирующей» деятельностью коры, а также с анализом и синтезом возбуждений различной модальности.
Самой сложной организацией и локализацией обладают «третичные» зоны коры. Здесь происходит обработка всей поступающей информации (интегральная функция). Эти области коры целиком состоят из верхних («ассоциативных») слоев клеток и не имеют прямой связи с периферией (органами чувств и мышцами). Третичные зоны играют существенную роль в построении наиболее сложных программ поведения человека.
Кора головного мозга находится в постоянном взаимодействии с нижележащими (подкорковыми) образованиями. Следует сказать несколько слов о важности вторичных и третичных зон. Ребенок появляется на свет с полностью развитыми аппаратами подкорковых образований и наиболее простых, проекционных (первичных), зон коры. Клетки же вторичных и третичных зон развиты недостаточно, их количество и занимаемая ими площадь еще мала. С развитием речи, то есть в возрасте 2—3 лет, происходит наиболее активное увеличение площади вторичных и третичных зон, причем наиболее сложные лобные области созревают окончательно лишь к 21—23 годам. Итак, подытожим.
Трехуровневая организация коры головного мозга включает в себя:
— Первичные (или проекционные) зоны. Импульсы к ним поступают от периферических рецепторов. Эти первичные зоны «дробят» воспринимаемую информацию и делают ее доступной последующему преобразованию. Обратно из первичных зон к периферии направляются двигательные импульсы.
— Вторичные зоны коры. Они «надстроены» над первичными, здесь преобладают верхние (ассоциативные) слои нейронов, обеспечивающие анализ и синтез поступающей информации, переработку (кодирование) и хранение материала чувственного опыта и подготовку сложных двигательных программ.
— Третичные зоны коры, которые «надстраиваются» над всем этим комплексом корковых аппаратов. Они начинают играть решающую роль только у человека. Эти зоны обладают особенно тонким и сложным строением и располагают мощным аппаратом ассоциативных нейронов верхних слоев коры.
Первые опыты с раздражением отдельных точек коры мозга электрическим током начались еще во второй половине ХIХ века. Опыты на собаках показали, что при раздражении отдельных участков коры возникает сокращение мышц конечностей, причем в той половине тела, которая противоположна раздражаемому полушарию.
Чарлз С. Шеррингтон использовал в качестве подопытных животных обезьян. И в этом случае наблюдалось то же: раздражение соответствующих пунктов двигательной зоны слабым электрическим током вызывало сокращение строго определенных мышц «противоположной» стороны тела.
Уайлдер Пенфилд показал, что, чем большее значение имеет та или иная функциональная система организма, тем более обширную территорию занимает ее проекция в первичных отделах коры головного мозга. Так возникли известные схемы, которые называют «человеком Пенфилда». Он имеет непропорционально большие губы, рот, руки, но маленькое туловище и ноги — в соответствии со степенью управляемости тех или иных групп мышц и их общим функциональным значением. Было замечено, что раздражение первичных зон коры распространяется лишь на области, непосредственно прилегающие к раздражаемому месту.
Рисунок 3. Сравнительная площадь проекции отдельных поверхностей тела в проекционных зонах мозговой коры (по Пенфилду): слева - корковая проекция чувствительности; справа - корковая проекция двигательной системы. Относительные размеры органов отражают ту площадь коры головного мозга, с которой могут быть вызваны соответствующие ощущения и движения.
К удивительным результатам привела стимуляция вторичной коры так называемым нейрографическим методом. Бумажку, смоченную раствором стрихнина, налагали на определенный участок коры головного мозга, тем самым раздражая его. Затем электроды последовательно прикладывали к соседним участкам, «прощупывая» таким образом, далеко ли распространяется вызванное раздражение. Эксперимент показал, что на электростимуляцию второго нейронного уровня отвечали различные зоны коры, расположенные иногда на значительном расстоянии от раздражаемого пункта. Получалось, что в процесс возбуждения вовлекались крупные системы нервных элементов, обеспечивая значительно более сложные, интегральные процессы в сравнении с теми, которые имеют место при возбуждении первичных зон.
С переходом от нижних уровней к высшим усложнялись и образы — как зрительные, так и слуховые. Раздражение же первичных отделов зрительной коры вызывало у пациентов на операционном столе элементарные ощущения. Больные видели мелькающие световые точки, окрашенные шары, языки пламени... Аналогичная картина наблюдалась при раздражении и первичных участков слуховой коры, с той лишь разницей, что в этих случаях у людей появлялись элементарные слуховые галлюцинации (шумы, звуки различного тона).
Раздражение вторичных отделов зрительной коры вызывало сложные, причудливо оформленные зрительные образы: испытуемые видели людей, зверей и т. п. Причем как в статике, так и в движении.
Воздействие на аналогичные области слуховой коры приводило к появлению сложных слуховых галлюцинаций — звучанию музыкальных мелодий, иногда фраз известных песен, при этом пациент осознавал, что внешний источник звука отсутствует.
Воздействие электрических импульсов на третичные отделы зрительной коры приводило к многоплановым галлюцинациям, сопровождаемым звуковыми компонентами. Больные видели развернутые сцены, целые картины, слышали звуки оркестра (Penfild, и др., 1968).
У животных, находящихся на более низком этапе эволюции, вторичная и третичная кора почти совсем не выделены. У приматов разделение на уровни носит уже более отчетливый характер. И только у человека дифференцированность коры достигает высочайших пределов, причем во всей массе коры доминируют именно вторичные и третичные поля. Этим, кстати, объясняется тот факт, что разрушение ограниченных зон головного мозга у животных, находящихся на разных ступенях эволюционной лестницы, вызывает неодинаковый эффект. Так, у мыши удаление отдельных долей вызывает лишь небольшие изменения в поведении, тогда как у собаки количество этих изменений возрастает, и они делаются более устойчивыми. У обезьяны дифференцированность и стойкость нарушений поведения, возникших в результате разрушения ограниченных участков мозга, становится несравнимо более отчетливой. У человека локальные разрушения мозга вызывают самые стойкие нарушения различных психических процессов.