Общие сведения о строении мозга

Для того чтобы поведение человека было успешным, необходимо, чтобы его внутренние состояния и внешние условия, в которых человек находится (внутренняя и внешняя среда организма), были согласованы друг с другом и обеспечивали успешную адаптацию организма к условиям окружающей среды. На анатомо-физиологическом уровне сложные интегративные и регулирующие функции организма обеспечивает нервная система. Она анатомически расположена и устроена таким образом, чтобы иметь непосредственный доступ к внутренним органам тела, органам чувств и движений, и выход на окружающую организм среду.

Открытие, согласно которому мозг является органом психики (души), было сделано давно. Еще в IV в. до н. э. эту идею сформулировал Алкмеон Кротонский, а впоследствии (V в. до н. э.) поддержал и развил Гиппократ.

Нервная система состоит из двух разделов: центрального и периферического. Центральный раздел нервной системы — это головной, промежуточный и спинной мозг. Остальное, входящее в состав нервной системы, относится к ее периферической части. Центральная нервная система, в свою очередь, состоит из переднего, среднего, заднего и спинного мозга (рис. 10.1) (см. также «нервная система парасимпатическая» и другие статьи на тему о нервной системе в словаре терминов). В этих отделах центральной нервной системы выделяются важнейшие структуры, имеющие отношение к психическим процессам, состояниям и свойствам человека. В их состав входят кора головного

мозга, таламус, мост, мозжечок и продолговатый мозг (см. «мозг задний», «мозг передний», «мозг продолговатый», «мозг средний», «мозг спинной», «мозжечок», «таламус» в словаре терминов).

Практически все отделы центральной и периферической частей нервной системы участвуют в переработке информации, поступающей через рецепторы, расположенные внутри и на периферии тела, в органах чувств (см. «рецептор» и другие статьи на эту тему в словаре терминов).

С высшими психическими функциями, мышлением, сознанием и волей человека связана работа коры головного мозга и подкорковых структур, входящих в состав переднего мозга.

Со всеми органами и тканями организма центральная нервная система соединена сложной, разветвленной системой нервов, выходящих из головного и спинного мозга. Они несут в себе информацию, поступающую в мозг из внешней для организма среды, проводят нервные импульсы в обратном направлении к отдельным частям и органам тела как внутренним, так и внешним. Нервные волокна, поступающие в мозге периферии, называются афферентными, а те, которые проводят импульсы от центра к периферии — эфферентными.

Центральная нервная система представляет собой большое скопление нервных клеток — нейронов. По оценкам ученых общее количество нейронов в человеческом мозге достигает тысячи миллиардов (триллиона), и каждый нейрон соединен с десятками тысяч других нейронов (см. «нейрон» и другие связанные с этим понятием статьи в словаре терминов).

Все это трудно вообразимое количество нейронов вместе с огромным числом других биологических клеток умещается в органе, масса которого составляет всего лишь 1,2—1,5 кг. Поэтому не удивительно, что человеческий мозг по строению считается самым сложным не только из всех органов тела, но и из известных науке материальных тел. В свою очередь, в самом головном мозге наиболее сложно устроенной и совершенной его частью является кора головного мозга.

Кора головного мозга по количеству входящих в нее нейронов составляет 80% их общего числа в центральной нервной системе. При этом кора головного мозга представляет собой его участок толщиной всего 2—3 мм. В расправленном виде, если условно разгладить, убрать все так называемые извилины и борозды мозга и представить кору головного мозга в виде плоскости, ее площадь составляет приблизительно 2500 см².

Диаметр одного нейрона ничтожно мал — от 5 до 100 микрон. Для сравнения можно сказать, что толщина волоса на голове человека составляет пример 100 микрон. Длина аксона обычно намного больше размера тела самого нейрона и достигает одного метра. Самые длинные аксоны тянутся от спинного мозга к ногам человека. Соотношение величины нейрона и длины аксона — это примерно то же самое, как если бы к баскетбольному мячу присоединили шнур длиной 25 км.

Типичное устройство отдельно взятого нейрона представлено на рис. 10.2.

Как видно из этого рисунка, нейрон состоит из тела нейрона (на рис. 10.2 тела различных нервных клеток указаны названиями «сенсорный нейрон», «нейрон локальной сети» и «двигательный нейрон»), дендритов и аксонов (см. «клетки нервной тело (нейрона тело)» в словаре терминов).

Древовидные отростки, отходящие непосредственно от тела нервной клетки, называются дендритами. Один из отростков нейрона является удлиненным и соединяет тела одних нейронов с телами или дендритами других нейронов. Он носит название «аксон». По аксону нервные импульсы передаются от одной нервной клетки к другим, т. е. аксоны являются своеобразными проводниками нервных импульсов.

Па рис. 10.2 представлено несколько аксонов, отходящих от тел разных нервных клеток. Часть аксонов покрыта специальной миэлиновой оболочкой, которая устроена таким образом, что это способствует быстрому проведению электрических импульсов по аксону.

Места контактов нервных клеток друг с другом носят название синапсов (см. рис. 10.3). Через них нервные импульсы передаются с одной нервной клетки на другую.

Механизм нейронно-синаптической передачи импульса с одной нервной клетки на другую представляется следующим. Нервный импульс возникает в результате изменения концентрации положительно заряженных ионов натрия и калия внутри и снаружи нейрона. Для неактивного или не стимулированного нейрона характерны разные концентрации ионов внутри и снаружи, вне клеточной мембраны, причем концентрация отрицательно заряженных ионов снаружи несколько выше, чем внутри. Результатом подобного неравенства концентраций ионов является возникновение незначительной разницы потенциалов на мембране клетки. Как правило, электрический заряд внутри нервной клетки человека отличается от внешнего заряда примерно на —70 мВ (один милливольт (мВ) равен тысячной доле вольта). Этот потенциал неактивного нейрона называется потенциалом покоя или мембранным потенциалом.

Когда на нейрон воздействует раздражитель или нервный импульс, проводимый аксоном другого нейрона, и внутри нейрона возникает избыточный.

по сравнению со средой положительный заряд, то потенциал покоя изменяется за доли секунды. Результатом этого быстротечного процесса является электрический заряд, который с большой скоростью перемещается по аксону нервной клетки, после чего ее потенциал возвращается в исходное состояние. Быстрое изменение электрического заряда — первая стадия возбуждения нейрона и передачи информации с помощью аксона внутри нервной системы. Подобный механизм характерен для всех сенсорных систем.

Возникновение в нейроне потенциала действия и передача импульса возможны лишь тогда, когда достигнут определенный, минимальный уровень его стимулирования. Этот уровень называется нейронньш порогом.

Если внутри нервной клетки накапливается электрический заряд, превышающий нейронный порог в течение 1 мс (миллисекунда составляет тысячную долю секунды), то электрическое состояние нейрона быстро изменяется. Это изменение носит название «потенциал действия».

В свою очередь, потенциалы действия подчиняются закону «все или ничего», т. е. когда электрический заряд достигает нейронного порога, то сразу и в полной мере возникает потенциал действия и посылается импульс. Величина или интенсивность потенциала действия не зависит от интенсивности раздражителя, является постоянной. Влияние интенсивности самого раздражителя проявляется в количестве потенциалов действия и во временном интервале между ними, т. е. в частоте возникновения импульсов потенциалов действия: чем сильнее раздражитель, тем выше частота импульсов потенциалов действия.

Механизм синаптической передачи импульса, работающий на основе биохимических обменных процессов, таков, что он может облегчать или, напротив, затруднять прохождение нервных импульсов. Если синапсы работают хорошо, быстро и точно передают нервные импульсы с одних нейронов на другие, то человек, соответственно, может быстро реагировать на разнообразные воздействия и ситуации, хорошо обучаться. Механизм синаптической передачи нервных импульсов участвует в регулировании многих психических процессов и форм поведения, включая внимание, память, воображение, мышление и речь, действия, реакции и поступки человека.

Нейроны в большинстве своем являются специализированными, т. е. выполняют специфические функции в работе центральной нервной системы.

Три типа нейронов, представленные на рис. 10.2, решают следующие задачи: проведение нервных импульсов от рецепторов к центральной нервной системе («сенсорный нейрон»), проведение нервных импульсов от центральной нервной системы к органам движения («двигательный нейрон») и проведение нервных импульсов от одного участка центральной нервной системы к другому ее участку («нейрон локальной сети»).

На этом же рисунке вместе с нейронами представлены другие элементы структуры мозга, которые обычно находятся рядом с нейронами и принимают участие в работе центральной нервной системы. Это клетки глии, служащие обмену веществ в центральной нервной системе, и капилляры кровеносной системы, также выполняющие специальные обменные функции.

На периферии тела человека, во внутренних органах и тканях аксоны нервных клеток подходят к рецепторам — миниатюрным органическим устройствам, предназначенным для восприятия различных видов энергии — механической, электромагнитной, химической, гравитационной и других — и преобразования этих видов энергии в нервные импульсы. Внешние и внутренние структуры организма содержат массу разнообразных рецепторов. Особенно много специализированных рецепторов имеется в ведущих органах чувств человека: глазах, ушах, коже (преимущественно в ее наиболее чувствительных участках), а также в языке и во внутренних полостях носа.

Тело животного и человека состоит из относительно автономных частей (сегментов): головы, туловища, конечностей и их составляющих. Некоторые части тела в процессе передвижения и ориентировки в окружающем мире выступают как ведущие, причем находящиеся в них рецепторы являются, как правило, специализированными, т. е. способны воспринимать воздействие источников энергии, расположенных на некотором расстоянии от поверхности тела (дистантные рецепторы). Такие части тела в процессе эволюции приобрели господствующее положение и развились лучше других частей тела.

У человека и большинства животных голова представляет собой место тела, где находится больше всего органов чувств и, соответственно, больше всего рецепторов. Она выступает в качестве ведущей части тела и является наиболее сложной по устройству. Головной мозг представляет собой отдел нервной системы, который в процессе эволюции возник на основе развития дистантных органов чувств и соответствующих им рецепторов. Другие сегменты тела служат перемещениям тела в пространстве, обеспечивают его ориентацию в окружающей среде.

Особую роль в работе головного мозга играют правое и левое большие полушария мозга, а также их основные доли: лобная, теменная, затылочная и височная (рис. 10.4 (вид головного мозга сбоку), рис. 10.5 (вид головного мозга сзади и сверху)). В соответствии с данными, накопленными в физиологии центральной нервной системы и психологии, правое и левое полушария головного мозга выполняют различные функции в регуляции психических процессов. Считается, что левое полушарие преимущественно связано с речью и участвует в регуляции процессов, которые основаны на использовании речи. Это, например, словесно-логическое мышление. Правому полушарию отводится роль интегративного, интуитивного и эмоционального фактора в управлении поведением человека. Его работа обеспечивает быструю и комплексную реакцию организма на возникшую ситуацию, причем эта реакции появляется еще до того, как человек детально воспримет, проанализирует сложившуюся ситуацию и примет разумное, логически обоснованное решение о том, как в ней действовать.

Рассмотрим более подробно строение коры головного мозга (рис. 10.6 (вид сбоку), рис. 10.7 (разрез мозга в срединной плоскости)).

Она представляет собой верхний слой нейронов переднего отдела головного мозга, образованный в основном вертикально ориентированными нейронами и их отростками — дендритами, а также пучками аксонов, идущих от этих нервных клеток вниз, к нижележащим отделам мозга. Кроме того, в коре головного мозга находятся аксоны, поступающие в нее от нижележащих мозговых структур.

По особенностям распределения нейронов в слоях коры головного мозга, их величине и форме кору головного мозга принято делить на ряд областей:

затылочную, теменную, лобную, височную, а сами эти области — на более мелкие поля, отличающиеся друг от друга, но структуре и назначению.

В соответствии с наиболее распространенной классификацией, предложенной К. Бродманом, поверхность коры головного мозга делят на 11 областей и 52 ноля. Всего в наиболее развитых полях коры головного мозга имеется 6—7 слоев нервных клеток. Общее количество слоев, имеющихся в том или ином участке коры головного мозга, зависит от древности происхождения соответствующего участка коры. Многослойность расположения нейронов характеризует именно новую кору, которая кроме собственной сложной структуры имеет еще и достаточно развитые связи внутри себя, а также со всеми другими отделами мозга.

По времени появления тех или иных отделов коры головного мозга в филогенезе ее подразделяют на новую, старую и древнюю. Новая кора головного мозга в процессе филогенетического развития постепенно увеличивалась и заняла относительно больше места, чем старая и древняя кора. Древняя кора, в свою очередь, устроена наиболее просто. В ней имеется всего один слой нервных клеток, который еще не полностью отделен от соответствующих подкорковых структур. Старая кора также состоит из одного слоя, но он у человека уже полностью отделился от подкорки.

На долю новой коры головного мозга у человека приходится примерно 95,6% площади коры, в то время как древняя кора занимает 0,6%, а старая — 2,6%. Это соотношение является наибольшим у человека по сравнению с животными и объясняется сложностью его познавательных процессов и задач, которые приходится решать.

В кору головного мозга поступают импульсы, идущие от подкорковых структур и нервных образований ствола мозга. В ней же реализуются процессы, связанные с основными психическими функциями человека.

Афферентные импульсы поступают в кору головного мозга в основном через систему специфических ядер^[1][2] таламуса, причем его волокна заканчиваются в так называемых первичных проекционных зонах коры головного мозга (по Д. Пейпецу) (рис. 10.8). Эти зоны представляют собой конечные корковые части анализаторов^[1]. Например, корковая зона зрительного анализатора.

расположена в затылочных отделах больших полушарий. Слуховая зона занимает поля в верхних отделах височных долей. Кожная чувствительность представлена нолями теменной сенсорной зоны. Обонятельные ощущения локализованы в более древних отделах коры головного мозга, расположенных в основном на его нижней поверхности.

С выполнением движений в коре головного мозга преимущественно связана моторная зона, которая также локализуется в теменных отделах коры головного мозга. В этой же области топологически (в отдельных ее участках) представлены различные движущиеся части тела: руки, ноги, голова и их более мелкие мышечные структуры. Примерное соотношение представительства движущихся частей тела в теменном отделе коры головного мозга иллюстрируется схемой, разработанной У. Пенфилдом (рис. 10.9).

Заметим, что такие сложные психические функции, как речь, в коре головного мозга локализованы сразу в нескольких ее центрах, и местонахождение речи в коре головного мозга является наиболее сложным и широким. Один речевой центр, например, находится в лобных, другой — в теменных, третий — в височных долях коры головного мозга. Это свидетельствует об особой важности речи в регуляции психики и поведения человека на высших уровнях их функционирования (на следующих страницах этой главы учебника мы встретимся с множеством примеров, подтверждающих данную мысль).

У человека мозговое представительство речевой функции, кроме того, асимметрично, она в основном локализована в левом полушарии мозга.

(у людей, для которых ведущей являетея правая рука). С работой лобных долей коры головного мозга соотносится сознание, мышление, программирование поведения и его волевой контроль (префронтальная и премоторная зоны коры головного мозга).

Таким образом, общее знакомство со строением центральной нервной системы позволяет сделать следующие выводы.

• 1. Центральная нервная система человека, особенно ее главная часть — головной мозг, устроена чрезвычайно сложно и обеспечивает поддержку психических явлений на анатомо-физиологическом уровне.
• 2. Одновременно с этим центральная нервная система управляет процессами, происходящими в организме и его поведением в окружающей среде.
• 3. Таким образом, центральная нервная система обеспечивает связи организма с внешней средой через психологическую и физиологическую регуляцию его поведения.
• 4. Изучение строения и работы центральной нервной системы, в частности головного мозга, необходимо психологу для более глубокого понимания естественно-научных основ психики и ее воздействия на поведение (через физиологические процессы, происходящие в нервной системе).

• [1] Ядром называется относительно небольшое (по сравнению с корой головного мозга) скопление нервных клеток. Такие скопления в большом количестве встречаются в глубинных отделах головного мозга и, как правило, имеют специальные анатомические наименования.
• [2] Это понятие в свое время было введено в научный оборот И. П. Павловым. Этим термином Павлов обозначил анатомо-физиологический аппарат, включающий органы чувств и нервную систему и отвечающий за формирование и изменение ощущений человека.
• [3] Ядром называется относительно небольшое (по сравнению с корой головного мозга) скопление нервных клеток. Такие скопления в большом количестве встречаются в глубинных отделах головного мозга и, как правило, имеют специальные анатомические наименования.