Анатомія, фізіологія, еволюція нервової системи - Маруненко І.М. - 5. Ріст і розвиток головного мозку

У новонародженої дитини центральна нервова система дуже слабко розвинена, а найменш розвиненою з усіх її відділів є кора великих півкуль головного мозку.

Маса головного мозку новонародженого 340 - 400 г, що становить 1/8 - 1/9 маси його тіла, у дорослої людини - 1/40 маси тіла. До 4-х місяців розвитку плода поверхня мозку порівняно гладенька. Головні борозни хоч і помітні вже, але неглибокі, а борозни другого і третього порядків ще не сформувались. Закрутки ще не чітко виражені. Нервових клітин у великих півкулях новонародженої дитини майже стільки, скільки й у дорослої людини, але вони ще дуже прості за своєю будовою, мають веретеноподібну форму з невеликою кількістю відростків, а дендрити їх ще тільки починають формуватись.

До 5-ти місяців внутрішньоутробного розвитку утворюється бічна (латеральна), потім центральна, тім'яно-потилична борозни. До моменту народження кора великого мозку має такий тип будови, як у дорослого, але форма і величина борозен і закруток змінюється після народження. Кора тонша, ніж у дорослого. Мієлінізація нервових волокон, розташування шарів кори, диференціювання нервових клітин завершується до 3-х років. Далі збільшується кількість асоціативних волокон і утворюються нервові зв'язки. Маса головного мозку в ці роки збільшується незначно.

У трирічної дитини вже чітко виражене диференціювання кори головного мозку, яке мало чим відрізняється від такого у дорослої людини.

Ускладнення будови нервових клітин відбувається повільно і триває до 40 років і більше. Тільки група клітин, що регулюють координацію смоктальних м'язів, добре розвинена у новонародженої дитини. Диференціювання клітин кори великих півкуль відбувається в основному до 7 - 8-ми років.

У молодшому шкільному віці і в період статевого дозрівання у дітей триває дальший розвиток центральної нервової системи. Відмічається посилений ріст лобових часток великих півкуль, у зв'язку з чим збільшується точність і координація рухів.

Маса і об'єм мозку в період від 20 до 60 років залишаються постійними і індивідуальними для кожної людини. Після 60 років і маса, і об'єм мозку може зменшуватися.

Міці Гонсалес і Андреана Хейлі із Техаського університету в Остіні прийшли до висновку, що робота головного мозку залежить від ваги тіла людини. Під час проведеного дослідження вчені з'ясували, що у людей, які мають надмірну вагу або страждають ожирінням, головний мозок дещо інакше реагує на когнітивні завдання, в порівнянні із мозком однолітків, які мають нормальну вагу. У дослідженні брали участь добровольці віком від 40 до 60 років. Вони були поділені на три групи: ожиріння, надлишкова вага, нормальна вага. Перед усіма учасниками було поставлене завдання - розв'язання складних розумових завдань. У результаті виявилося, що всі учасники дослідження із трьох груп однаково виконали завдання, але за допомогою магнітно-резонансної томографії дослідники виявили, що в огрядних людей значно знижена функціональна реакція в нижній тім'яній ділянці, що може знижувати їхні когнітивні здібності.

6. Соматична і автономна (вегетативна) нервова система

Периферична нервова система людини умовно поділяється на соматичну та автономну (вегетативну).

Соматична нервова система (від грец. soma - тіло) іннервує довільну мускулатуру скелета та деяких внутрішніх органів - язика, глотки, гортані, очного яблука, середнього вуха.

Автономна (вегетативна) нервова система (від грец. autos - сам) - іннервує всі внутрішні органи, ендокринні залози та мимовільні м'язи шкіри, серце та судини, тобто органи, що здійснюють вегетативні функції в організмі (травлення, дихання, виділення, кровообіг тощо) та становлять внутрішнє середовище організму. Отже, автономна нервова система - це комплекс центральних і периферичний структур, які підтримують рівень гомеостазу, необхідних для адекватної реакції організму на впливи довкілля. Вегетативні волокна доходять і до скелетних м'язів, але вони не викликають скорочення м'язів, а активізують у них обмін речовин. Такий вплив називається трофічним. Автономна нервова система справляє трофічний вплив на центральну нервову систему. Центри автономної нервової системи розташовані у стовбурі головного і спинного мозку. Периферична частина складається з нервових вузлів і нервових волокон. Відростки клітин вегетативних центрів виходять із спинного мозку в складі передніх корінців спинномозкових нервів, а з головного мозку - у складі черепних нервів. Ці відростки вкриті мієліновою оболонкою, тіла їх розташовані в центральній нервовій системі. Після виходу з мозку відросток закінчується в нервовому вузлі. Відростки клітин, що знаходяться в периферичних нервових вузлах, ідуть до внутрішніх органів. Шлях від центра до органа, що іннервується у автономній нервовій системі, складається з двох нейронів. Це типова ознака автономної (вегетативної) нервової системи, тому що волокна соматичної нервової системи від центральної нервової системи доходять не перериваючись до органа, який вони іннервують. Волокна автономної (вегетативної) нервової системи мають низьку збудливість і невелику швидкість поширення нервових імпульсів 1 - 30 м/с.

Автономна (вегетативна) нервова система поділяється на симпатичну (від лат. sympathes - співчутливий, співдружний) і парасимпатичну (від лат. префікса para - суміжність, sympathes - співчутливий, співдружний) (рис. 59, 60).

Рис. 59. Автономна нервова система (за Дорлінг Кіндерслі, 2003)

А - симпатична частина:

1 - війковий м'яз ока розслаблюється; кришталик фокусується на віддалені об'єкти; зіниця розширюється; 2 - слинні залози продукують густий секрет; 3 - трахея розширюється; 4 - бронхи розширюються; 5 - судини легень розширюються; 6 - частота і сила серцевих скорочень зростають; 7 - надниркові залози продукують гормони стресу; 8 - печінка вивільнює глюкозу; 9 - нирки зменшують виділення сечі; 10 - шлунок зменшує секрецію травних ферментів; 11 - рухи кишок сповільнюються; 12 - сфінктер сечового міхура скорочується; 13 - шкіра: кровоносні судини звужуються, волосся підіймається, потові пори відкриваються; 14 - кровоносні судини розширюються; 15 - ланцюг симпатичних вузлів.

Б - парасимпатична частина:

16 - сльозові залози виділяють сльози; 17 - війковий м'яз ока скорочується; кришталик фокусується на близькі об'єкти; зіниця звужується; 18 - залози носа утворюють слиз; 19 - слинні залози виділяють у великій кількості рідкий секрет; 20 - м'язи трахеї і бронхів скорочуються; 21 - частота і сила серцевих скорочень зменшуються; 22 - печінка накопичує глюкозу; 23 - шлунок продукує травні ферменти; 24 - підшлункова залоза виділяє інсулін і ферменти; 25 - рухи кишок пришвидшуються; 26 - сфінктер сечового міхура розслаблюється; 27 - статеві органи стимулюються, спричиняючи посилення виділень у жінок, ерекцію статевого члена і клітора.

Рис. 60. Будова шляхів АНС (за Дорлінг Кіндерслі, 2003)

Центри симпатичної частини автономної нервової системи розташовані в грудних і поперекових сегментах спинного мозку (від 1 грудного до I - IV поперекового). У бокових рогах сірої речовини спинного мозку лежать тіла нейронів, аксони яких виходять із спинного мозку у складі передніх корінців і у вигляді окремої гілки спрямовуються до симпатичного стовбура. Кожний симпатичний стовбур становить ланцюг нервових вузлів, з'єднаних один з одним. Симпатичні нерви іннервують всі органи і тканини організму (прискорюють і підсилюють скорочення серця, розширюють зіниці, підвищують кров'яний тиск, підсилюють обмін речовин тощо).

Тіла центральних парасимпатичних нейронів містяться в довгастому і середньому відділах головного мозку та спинному мозку. Із довгастого мозку виходять парасимпатичні волокна 7 - 9, 10, 12 черепних нервів. Головна маса парасимпатичних волокон, які йдуть із довгастого мозку, покидає його в складі блукаючого нерва. Його волокна іннервують органи шиї, грудей, живота. В спинному мозку парасимпатичні нервові центри розташовуються від 2 до 4 крижових сегментів.

Ганглії парасимпатичної частини автономної нервової системи розташовані в стінках внутрішніх органів. Внутрішньо-органні ганглії розташовані в м'язових стінках серця, бронхів, стравоходу, шлунка, кишок, жовчного міхура, сечового міхура, а також в залозах зовнішньої і внутрішньої секреції.

Більшість внутрішніх органів має подвійну іннервацію: до кожного з них підходять 2 нерви - симпатичний і парасимпатичний. Симпатична частина автономної нервової системи сприяє інтенсивній діяльності організму, особливо в екстремальних умовах, коли потрібне напруження сил. Парасимпатична частина автономної нервової системи сприяє відновленню втрачених організмом ресурсів, забезпечує нормальну життєдіяльність людського організму у стані спокою та під час сну (уповільнює скорочення серця та зменшує їх силу, звужує зіниці, знижує кров'яний тиск).

Рефлекторні реакції підтримання артеріального тиску на відносно постійному рівні, теплорегуляція, прискорення і посилення серцевих скорочень при м'язовій роботі пов'язані з діяльністю автономної нервової системи.

Всі відділи автономної нервової системи підпорядковані вищим вегетативним центрам, розташованим у проміжному мозкові. До центрів автономної нервової системи надходять імпульси від ретикулярної формації стовбура мозку, мозочка, підзгір'я, підкіркових ядер і кори великих півкуль.

Функціонально уже на першому році життя дитини формується вегетативна нервова система. Проте розвиток її і удосконалення триває довгий час і відбувається одночасно з розвитком центральної нервової системи.

У дітей дошкільного і молодшого шкільного віку характерним є не цілковита зрівноваженість симпатичного і парасимпатичного відділів її щодо впливу їх на іннервовані органи. До 7 років переважає вплив парасимпатичної нервової системи. Тому часто спостерігається порушення ритму дихання і серцевої діяльності, звуження зіниці, підвищена пітливість, особливо у фізично ослаблених дітей і хворих.

Проте є діти, у яких переважає вплив симпатичної нервової системи, тому спостерігається підвищена збудливість нервів, що регулюють діяльність серця і кровоносних судин. Помітна у них блідість і сухість шкіри та слизових оболонок, мерзлякуватість та інше.

На ранніх стадіях ембріонального розвитку для нервової клітини характерна наявність великого ядра, оточеного незначною кількістю цитоплазми. На 3-му місяці внутрішньоутробного розвитку починає рости аксон, пізніше виростають дендрити. Ріст мієлінової оболонки веде до підвищення швидкості проведення збудження по нервовому волокну - і зростає збудливість нейрона. Мієлінізація, насамперед, відмічається в периферичних нервах, потім поширюється на волокна спинного мозку, стовбурну частину головного мозку і пізніше на волокна великого мозку. Рухові нервові волокна вкриті мієлінової оболонкою ще до моменту народження. До 3-х років в основному завершується мієлінізація нервових волокон, хоча ріст мієлінової оболонки і осьового циліндра триває.

o Ученими доведено, що новонароджена дитина посміхається і хмуриться під час сну у фазі швидких рухів очей у результаті активності лімбічної системи мозку, яка пов'язана з людськими емоціями.

o Якщо говорити про фізіологічні причини агресії, то тут головну роль також відіграє лімбічна система. Агресія (лат. aggressio - напад) - це фізична або словесна поведінка людини, спрямована на пошкодження або зруйнування. У випадку, якщо агресія виявляється в найбільш екстремальній і соціально неприпустимій формі, вона переростає у насильство. Агресивна поведінка, агресія (фр. aggressif - нападаючий, войовничий, від лат. aggredior - нападаю) - у тварин - дії тварини, адресовані іншій тварині, з метою її залякування, придушення або нанесення їй фізичних травм. Зазвичай агресивна поведінка розглядається як складова частина внутрішньовидового агоністичного поводження, але іноді говорять і про агресивність хижака стосовно жертви тощо. Так, пташеня медоуказчика в перші годинни після вилуплення з яйця вбиває пташенят птаха-хазяїна, у гнізді якого він вивівся. Внутрішньовидова агресія сприяє формуванню ієрархії при високій щільності популяції і територіальності при низькій її щільності. Часто агресивна поведінка виявляється вже на ранніх стадіях онтогенезу (наприклад, у личинок паразитичних перетинчастокрилих, що вступають у смертоносні бійки один з одним). Агресивна поведінка пташеняти у багатьох видів хижих птахів (сов, поморників, чапель тощо) приводить до знищення молодшого з них (каїнізм), а іноді - і до поїдання його побратимами (канібалізм). На грунті агресивної поведінки можливо також дітовбивство (інфантицид) у чайкових птахів, хижих ссавців (леви), гризунів (ховрашки) тощо. При захисті групової території спостерігається колективна агресивна поведінка хазяїнів стосовно чужинців. У багатьох випадках агресивна поведінка стимулюється статевими гормонами.

o Мозкове захворювання лімбічної системи було характерним для людей, в яких проявлявся синдром дисконтролю, що характеризується безпричинною жорстокістю, патологічною схильністю до насильства.

o Як у людей, так і у тварин, особи чоловічої статі завжди виявляють більшу агресивність, ніж жіночої; можливо, це частково результат раннього впливу статевих гормонів на мозок. Особи жіночої статі, яким були введені чоловічі статеві гормони, поводились більш агресивно, але все одно не так, як особи протилежної статі, яким нічого не вводили.

o Невелика частина мозку, гіпокамп, не зберігає безпосередньо спогади, але без її нормальної роботи людина не може запам'ятати ніяких нових речей. Фахівці з біоінженерії приступили до амбіційного проекту - створення електронного гіпокампа для заміни ушкодженого.

o Гіпокамп займається перекодуванням інформації в короткостроковій пам'яті людини для її наступного запису в довгостроковій пам'яті. Проводячи аналогію з комп'ютером, можна сказати, що гіпокамп - це мікросхеми північного і південного мостів, а також - їх шини даних, що зв'язують між собою центральний процесор, оперативну і постійну пам'ять. Ця область мозку нерідко ушкоджується при травмах, епілепсії, різних захворюваннях, типу хвороби Альцгеймера, нарешті - починає погано працювати в старості. Зрозуміло, що при відмові гіпокампу на пам'ять розраховувати не доводиться.

o Тим часом, немає ніяких клінічних методів лікування такої недуги. Теодор Бергер (Theodore Berger), директор Центра нейроінженерії (Center for Neural Engineering) університету Південної Каліфорнії (University of Southern California) в Лос-Анджелесі (СІЛА) вважає, що порятунок до подібних хворих прийде не від медицини, а від біоінженерії. Він має намір створити мікрочип, який міг би виконувати функції гіпокампа. Починаючи з 2003 року, група вчених під керівництвом Теодора Бергера працює над цим проектом. Учені брали тонкі зрізи мозку пацюків, які підтримували в живому стані за допомогою живильних розчинів. Нейрони, що йдуть на вхід гіпокампа, учені стимулювали безладними сигналами, які видавав комп'ютер, імітуючи розмаїтість інформації, що приходить ззовні. Дослідники фіксували відповідні сигнали. Ця робота йшла далеко не один рік. Нарешті комп'ютер зміг обчислити всі математичні функції, що гіпокамп пацкжа здійснював з нейросигналами. На думку авторів роботи - це ключ до всієї пам'яті. Вони створили мікросхему, що відтворювала роботу гіпокампа пацюка з точністю 95%.

o Фактично, команда впритул підійшла до наступного етапу експерименту - впровадженню електронного гіпокампа живим пацюкам. Такі "пацюки-кіборги" будуть вивчати різні лабіринти, а вчені будуть дивитися - як працює їхня пам'ять після заміни природної "шини даних" на електронний протез. Точніше, власний гіпокамп в тварин не буде вилучений, а лише дезактивований за допомогою медикаментів. Ця робота займе ще два-три роки, а років через вісім, за прогнозом вчених, електронний гіпокамп можна буде поставити вже мавпі. Через 15 років нейроелектронний протез пам'яті повинний з'явитися й у варіанті для людини. Хоча кодування роботи такої мікросхеми буде набагато складніше, ніж у випадку з пацюками. Фактично, поява такого протеза - це вже не питання "що буде, якщо...", а тільки питання "коли?"

o Дослідники з СІНА та Індії ідентифікували ген, який, на їхню думку, запускає процес формування головної частини головного мозку - кори великих півкуль (2008). Ссавці, в тому числі людина, успадкували від своїх далеких предків різні структури кори головного мозку. У них є стародавня кора, палеокортекс, яка виникла ще у риб. Пізніше, у земноводних, сформувалася так звана стара кора, архекортекс. Проте основна частина кори мозку ссавців утворена новою корою, неокортексом, зачатки якої з'явилися тільки у рептилій. Неокортекс несе відповідальність за вищий рівень координації роботи мозку і формування складних форм поведінки і мислення.

o Вчені вже давно вважали, що тканини кори починають виникати зі стовбурових клітин під час внутрішньоутробного розвитку ембріона під впливом невеликого числа блоків спадкової інформації. 18 січня 2008 р. співробітники Каліфорнійського і Алабамського університетів разом з колегами з індійського Інституту фундаментальних досліджень повідомили в журналі Science, що одним з таких блоків служить ген Lhx2. Цей ген включається на тій стадії росту плода, коли ембріональні стовбурові клітини вже приступають до формування нервової тканини, що передує виникненню головного мозку. Йевні команди змушують ці клітини давати початок неокортексу і архекортексу. Стовбурові клітини, в яких цей ген не діє, теж вносять вклад у формування мозку, але тільки іншим способом. Вони відправляють своєму оточенню хімічні сигнали, які стимулюють формування гіпокампу, однієї з ділянок архекортекса.

o Ген Lhx2 вивчається вже не перший рік. Він належить до так званих генів-селекторів, які грають ключову роль в процесі трансформації ембріональних стовбурових клітин. Гени-селектори активують або, навпаки, пригнічують інші гени, які вже прямо відповідають за формування різних органів. Під впливом селекторних генів ранні стовбурові клітини з універсальними можливостями зазнають перетворення, які направляють їх на шлях будівництва тих чи інших спеціалізованих тканин.

o Електричні потенціали мозку можна записати на приладі, що називається електроенцефалографом. Він малює графічну криву - електроенцефалограму. Будь-яке подразнення, переміна настрою людини змінює малюнок цієї кривої. На цьому грунтується криміналістичне дослідження на так званому детекторі брехні. Людина, що каже неправду, нервує, і в цей час в неї змінюється форма кривої електроенцефалограми.