Анатомия, физиология, эволюция нервной системы

1. 6. Соматическая и автономная (вегетативная) нервная система

У новорожденного ребенка центральная нервная система очень слабо развита, а наименее развитой из всех ее отделов является кора больших полушарий головного мозга.

Масса головного мозга новорожденного 340 - 400 г, что составляет 1/8 - 1/9 массы его тела, у взрослого человека - 1/40 массы тела. До 4-х месяцев развития плода поверхность мозга по сравнению гладкая. Главные борозды хотя и заметны уже, но неглубокие, а борозды второго и третьего порядков еще не сформировались. Закрутки еще не четко выражены. Нервных клеток в больших полушариях новорожденного ребенка почти столько, сколько и у взрослого человека, но они еще очень простые по своему строению, имеют веретенообразную форму с небольшим количеством отростков, а дендриты их еще только начинают формироваться.

До 5-ти месяцев внутриутробного развития образуется боковая (латеральная), затем центральная, теменно-затылочная борозды. К моменту рождения кора большого мозга имеет такой тип строения, как у взрослого, но форма и величина борозд и закруток меняется после рождения. Кора тоньше, чем у взрослого. Миелинизация нервных волокон, расположение слоев коры, дифференцировки нервных клеток завершается до 3-х лет. Далее увеличивается количество ассоциативных волокон и образуются нервные связи. Масса головного мозга в эти годы увеличивается незначительно.

В трехлетнего ребенка уже четко выраженное дифференцирование коры головного мозга, которое мало чем отличается от такового у взрослого человека.

Осложнения строения нервных клеток происходит медленно и длится до 40 лет и более. Только группа клеток, регулирующих координацию сосательных мышц, хорошо развита у новорожденного ребенка. Дифференцировки клеток коры больших полушарий происходит в основном до 7 - 8 лет.

В младшем школьном возрасте и в период полового созревания у детей продолжается дальнейшее развитие центральной нервной системы. Отмечается усиленный рост лобных долей больших полушарий, в связи с чем увеличивается точность и координация движений.

Масса и объем мозга в период от 20 до 60 лет остаются постоянными и индивидуальными для каждого человека. После 60 лет и масса и объем мозга может уменьшаться.

Мощи Гонсалес и Андреана Хейли с Техасского университета в Остине пришли к выводу, что работа головного мозга зависит от веса тела человека. В ходе проведенного исследования ученые выяснили, что у людей, которые имеют избыточный вес или страдают ожирением, головной мозг несколько иначе реагирует на когнитивные задачи, по сравнению с мозгом сверстников, имеющих нормальный вес. В исследовании принимали участие добровольцы в возрасте от 40 до 60 лет. Они были разделены на три группы: ожирение, избыточный вес, нормальный вес. Перед всеми участниками была поставлена ​​задача - решение сложных умственных задач. В результате оказалось, что все участники исследования из трех групп одинаково выполнили задание, но с помощью магнитно-резонансной томографии исследователи обнаружили, что у тучных людей значительно снижена функциональная реакция в нижней теменной области, что может снижать их когнитивные способности.

6. Соматическая и автономная (вегетативная) нервная система

Периферическая нервная система человека условно делится на соматическую и автономную (вегетативную).

Соматическая нервная система (от греч. Soma - тело) иннервирует произвольную мускулатуру скелета и некоторых внутренних органов - языка, глотки, гортани, глазного яблока, среднего уха.

Автономная (вегетативная) нервная система (от греч. Autos - сам) - иннервирует все внутренние органы, эндокринные железы и непроизвольные мышцы кожи, сердце и сосуды, то есть органы, осуществляющие вегетативные функции в организме (пищеварение, дыхание, выделение, кровообращение и т.п.) и составляют внутреннюю среду организма. Итак, автономная нервная система - это комплекс центральных и периферическое структур, поддерживающих уровень гомеостаза, необходимых для адекватной реакции организма на воздействия окружающей среды. Вегетативные волокна доходят и до скелетных мышц, но они не вызывают сокращение мышц, а активизируют в них обмен веществ. Такое воздействие называется трофическим. Автономная нервная система производит трофическое влияние на центральную нервную систему. Центры автономной нервной системы расположены в стволе головного и спинного мозга. Периферическая часть состоит из нервных узлов и нервных волокон. Отростки клеток вегетативных центров выходят из спинного мозга в составе передних корешков спинномозговых нервов, а из головного мозга - в составе черепных нервов. Эти отростки покрытые миелиновой оболочкой, тела их расположены в центральной нервной системе. После выхода из мозга отросток заканчивается в нервном узле. Отростки клеток, находящихся в периферических нервных узлах, идут к внутренним органам. Путь от центра к органа, иннервируется в автономной нервной системе, состоит из двух нейронов. Это типичный признак автономной (вегетативной) нервной системы, так как волокна соматической нервной системы от центральной нервной системы доходят не прерываясь к органу, который они иннервируют. Волокна автономной (вегетативной) нервной системы имеют низкую возбудимость и небольшую скорость распространения нервных импульсов 1 - 30 м / с.

Автономная (вегетативная) нервная система делится на симпатическую (от лат. Sympathes - сочувственный, дружественных) и парасимпатическую (от лат. Приставки para - смежность, sympathes - сочувственный, дружественных) (рис. 59, 60).

Рис. 59. Автономная нервная система (по Дорлинг Киндерсли, 2003)

А - симпатичная часть:

1 - ресничный мышцу глаза расслабляется; хрусталик фокусируется на удаленные объекты; зрачок расширяется; 2 - слюнные железы продуцируют густой секрет; 3 - трахея расширяется; 4 - бронхи расширяются; 5 - сосуды легких расширяются; 6 - частота и сила сердечных сокращений растут; 7 - надпочечники продуцируют гормоны стресса; 8 - печень высвобождает глюкозу; 9 - почки уменьшают выделение мочи 10 - желудок уменьшает секрецию пищеварительных ферментов 11 - движения кишечника замедляются; 12 - сфинктер мочевого пузыря сокращается; 13 - кожа: кровеносные сосуды сужаются, волосы поднимается, потовые поры открываются; 14 - кровеносные сосуды расширяются; 15 - цепь симпатических узлов.

Б - парасимпатическая часть:

16 - слезные железы выделяют слезы; 17 - ресничный мышцу глаза сокращается; хрусталик фокусируется на близкие объекты; зрачок сужается; 18 - железы носа образуют слизь; 19 - слюнные железы выделяют в большом количестве жидкий секрет; 20 - мышцы трахеи и бронхов сокращаются; 21 - частота и сила сердечных сокращений уменьшается; 22 - печень накапливает глюкозу; 23 - желудок производит пищеварительные ферменты; 24 - поджелудочная железа выделяет инсулин и ферменты; 25 - движения кишок ускоряются; 26 - сфинктер мочевого пузыря расслабляется; 27 - половые органы стимулируются, вызывая усиление выделений у женщин, эрекцию полового члена и клитора.

Рис. 60. Строение путей АНС (по Дорлинг Киндерсли, 2003)

Центры симпатической части вегетативной нервной системы расположены в грудных и поясничных сегментах спинного мозга (от 1 грудного до I - IV поясничного). В боковых рогах серого вещества спинного мозга лежат тела нейронов, аксоны которых выходят из спинного мозга в составе передних корешков и в виде отдельной ветви направляются к симпатического ствола. Каждый симпатичный ствол составляет цепь нервных узлов, соединенных друг с другом. Симпатические нервы иннервируют все органы и ткани организма (ускоряют и усиливают сокращения сердца, расширяют зрачки, повышают кровяное давление, усиливают обмен веществ и т.п.).

Тела центральных парасимпатических нейронов содержатся в продолговатом и среднем отделах головного мозга и спинном мозге. С продолговатого мозга выходят парасимпатические волокна 7 - 9, 10, 12 черепных нервов. Главная масса парасимпатических волокон, которые идут с продолговатого мозга, покидает его в составе блуждающего нерва. Его волокна иннервируют органы шеи, груди, живота. В спинном мозге парасимпатические нервные центры располагаются от 2 до 4 крестцовых сегментов.

Ганглии парасимпатической части вегетативной нервной системы расположены в стенках внутренних органов. Внутренне-органные ганглии расположены в мышечных стенках сердца, бронхов, пищевода, желудка, кишечника, желчного пузыря, мочевого пузыря, а также в железах внешней и внутренней секреции.

Большинство внутренних органов имеет двойную иннервацию: к каждому из них подходят 2 нервы - симпатический и парасимпатический. Симпатичная часть автономной нервной системы способствует интенсивной деятельности организма, особенно в экстремальных условиях, когда требуется напряжение сил. Парасимпатическая часть автономной нервной системы способствует восстановлению утраченных организмом ресурсов, обеспечивает нормальную жизнедеятельность человеческого организма в состоянии покоя и во время сна (замедляет сокращение сердца и уменьшает их силу, сужает зрачки, снижает кровяное давление).

Рефлекторные реакции поддержания артериального давления на относительно постоянном уровне, теплорегуляция, ускорения и усиления сердечных сокращений при мышечной работе связаны с деятельностью автономной нервной системы.

Все отделы автономной нервной системы подчинены высшим вегетативным центрам, расположенным в промежуточном мозге. В центры автономной нервной системы поступают импульсы от ретикулярной формации ствола мозга, мозжечка, пидзгирья, подкорковых ядер и коры больших полушарий.

Функционально уже на первом году жизни ребенка формируется вегетативная нервная система. Однако развитие ее и совершенствования продолжается долгое время и происходит одновременно с развитием центральной нервной системы.

У детей дошкольного и младшего школьного возраста характерным является не полная уравновешенность симпатического и парасимпатического отделов ее по влиянию их на иннервированные органы. До 7 лет преобладает влияние парасимпатической нервной системы. Поэтому часто наблюдается нарушение ритма дыхания и сердечной деятельности, сужение зрачка, повышенная потливость, особенно у физически ослабленных детей и больных.

Однако есть дети, у которых преобладает влияние симпатической нервной системы, поэтому наблюдается повышенная возбудимость нервов, регулирующих деятельность сердца и кровеносных сосудов. Заметная в них бледность и сухость кожи и слизистых оболочек, зябкость и прочее.

На ранних стадиях эмбрионального развития для нервной клетки характерно наличие большого ядра, окруженного небольшим количеством цитоплазмы. На 3-м месяце внутриутробного развития начинает расти аксон, позже вырастают дендриты. Рост миелиновой оболочки ведет к повышению скорости проведения возбуждения по нервному волокну - и растет возбудимость нейрона. Миелинизация, прежде всего, отмечается в периферических нервах, затем распространяется на волокна спинного мозга, стволовой части головного мозга и позже на волокна большого мозга. Двигательные нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой еще до момента рождения. До 3-х лет в основном завершается миелинизация нервных волокон, хотя рост миелиновой оболочки и осевого цилиндра продолжается.

o Учеными доказано, что новорожденный ребенок улыбается и хмурится во время сна в фазе быстрых движений глаз в результате активности лимбической системы мозга, которая связана с человеческими эмоциями.

o Если говорить о физиологические причины агрессии, то здесь главную роль также играет лимбическая система. Агрессия (лат. Aggressio - нападение) - это физическое или словесное поведение человека, направленное на повреждение или разрушение. В случае, если агрессия проявляется в наиболее экстремальной и социально недопустимой форме, она перерастает в насилие. Агрессивное поведение, агрессия (фр. Aggressif - нападающий, воинственный, от лат. Aggredior - нападаю) - у животных - действия животного, адресованные другому животному, с целью ее запугивания, подавления или нанесения ей физических травм. Обычно агрессивное поведение рассматривается как составная часть внутривидового агонистического поведения, но иногда говорят и об агрессивности хищника по отношению к жертве и др. Так, птенец медоуказчик в первые часы после вылупления из яйца убивает птенцов птицы-хозяина, в гнезде которого он вывелся. Внутривидовая агрессия способствует формированию иерархии при высокой плотности популяции и территориальности при низкой плотности. Часто агрессивное поведение проявляется уже на ранних стадиях онтогенеза (например, у личинок паразитических перепончатокрылых, вступающих в смертоносные драки друг с другом). Агрессивное поведение птенца у многих видов хищных птиц (сов, поморников, цапель и т.д.) приводит к уничтожению младшего из них (каинизм), а иногда - и к поеданию его собратьями (каннибализм). На почве агрессивного поведения возможно также детоубийство (инфантицида) в чайковых птиц, хищных млекопитающих (львы), грызунов (суслики) и др. При защите групповой территории наблюдается коллективное агрессивное поведение хозяев по отношению к чужакам. Во многих случаях агрессивное поведение стимулируется половыми гормонами.

o Мозговое заболевания лимбической системы было характерно для людей, у которых проявлялся синдром дисконтролю, характеризующееся беспричинной жестокостью, патологической склонностью к насилию.

o Как у людей, так и у животных, лица мужского пола всегда проявляют большую агрессивность, чем женского; возможно, это частично результат раннего влияния половых гормонов на мозг. Лица женского пола, которым были введены мужские половые гормоны, вели более агрессивно, но все равно не так, как лица противоположного пола, которым ничего не вводили.

o Небольшая часть мозга, гиппокамп, не хранит непосредственно воспоминания, но без ее нормальной работы человек не может запомнить никаких новых вещей. Специалисты по биоинженерии приступили к амбициозному проекту - созданию электронного гиппокампа для замены поврежденного.

o Гиппокамп занимается перекодировкой информации в краткосрочной памяти человека для его последующей записи в долговременной памяти. Проводя аналогию с компьютером, можно сказать, что гиппокамп - это микросхемы северного и южного мостов, а также - их шины данных, связывающие между собой центральный процессор, оперативную и постоянную память. Эта область мозга нередко повреждается при травмах, эпилепсии, различных заболеваниях, типа болезни Альцгеймера, наконец - начинает плохо работать в старости. Понятно, что при отказе гиппокампа на память рассчитывать не приходится.

o Между тем, нет никаких клинических методов лечения такого недуга. Теодор Бергер (Theodore Berger), директор Центра нейроинженерии (Center for Neural Engineering) университета Южной Калифорнии (University of Southern California) в Лос-Анджелесе (СЕЛА) считает, что спасение к подобным больных придется не от медицины, а от биоинженерии. Он намерен создать микрочип, который мог бы выполнять функции гиппокампа. Начиная с 2003 года, группа ученых под руководством Теодора Бергера работает над этим проектом. Ученые брали тонкие срезы мозга крыс, которые поддерживали в живом состоянии с помощью питательных растворов. Нейроны, идущие на вход гиппокампа, ученые стимулировали беспорядочными сигналами, выдавал компьютер, имитируя разнообразие информации, приходящей извне. Исследователи фиксировали соответствующие сигналы. Эта работа шла далеко не один год. Наконец компьютер смог вычислить все математические функции, гиппокамп пацкжа осуществлял с нейросигналов. По мнению авторов работы - это ключ ко всей памяти. Они создали микросхему, воспроизводила работу гиппокампа крысы с точностью 95%.

o Фактически, команда вплотную подошла к следующему этапу эксперимента - внедрению электронного гиппокампа живым крысам. Такие "крысы-киборги" будут изучать различные лабиринты, а ученые будут смотреть - как работает их память после замены естественной "шины данных" на электронный протез. Точнее, собственный гиппокамп в животных не будет удален, а лишь отключено с помощью медикаментов. Эта работа займет еще два-три года, а лет через восемь, по прогнозу ученых, электронный гиппокамп можно будет поставить уже обезьяне. Через 15 лет нейроелектронний протез памяти должен появиться и в варианте для человека. Хотя кодирования работы такой микросхемы будет намного сложнее, чем в случае с крысами. Фактически, появление такого протеза - это уже не вопрос "что будет, если ...", а только вопрос "когда?"

o Исследователи из сена и Индии идентифицировали ген, который, по их мнению, запускает процесс формирования главной части головного мозга - коры больших полушарий (2008). Млекопитающие, в том числе человек, унаследовали от своих далеких предков различные структуры коры головного мозга. У них есть древняя кора, палеокортекс, которая возникла еще у рыб. Позже, у земноводных, сформировалась так называемая старая кора, архекортекс. Однако основная часть коры мозга млекопитающих образована новой корой, неокортексом, зачатки которой появились только у рептилий. Неокортекс несет ответственность за высший уровень координации работы мозга и формирование сложных форм поведения и мышления.

o Ученые уже давно считали, что ткани коры начинают возник из стволовых клеток во время внутриутробному развития эмбриона под воздействием небольшого числа блоков наследственной информации. 18 января 2008 сотрудники Калифорнийского и Алабамского университетов вместе с коллегами из индийского Института фундаментальных исследований сообщили в журнале Science, что одним из таких блоков служит ген Lhx2. Этот ген включается на той стадии роста плода, когда эмбриональные стволовые клетки уже приступают к формированию нервной ткани, предшествующий возникновению головного мозга. Йевни команды заставляют эти клетки давать начало неокортекса и архекортексу. Стволовые клетки, в которых этот ген не действует, тоже вносят вклад в формирование мозга, но только другим способом. Они отправляют своему окружению химические сигналы, которые стимулируют формирование гиппокампа, одного из участков архекортекса.

o Ген Lhx2 изучается уже не первый год. Он относится к так называемым генов-селекторов, которые играют ключевую роль в процессе трансформации эмбриональных стволовых клеток. Гены-селекторы активируют или, наоборот, подавляют другие гены, которые уже прямо отвечают за формирование различных органов. Под влиянием селекторных генов ранние стволовые клетки с универсальными возможностями испытывают преобразования, которые направляют их на путь строительства тех или иных специализированных тканей.

o Электрические потенциалы мозга можно записать на приборе, называется электроэнцефалографом. Он рисует графическую кривую - электроэнцефалограмму. Любое раздражение, перемена настроения человека меняет рисунок этой кривой. На этом основывается криминалистическое исследование на так называемом детекторе лжи. Человек, говорит неправду, нервничает, и в это время у нее меняется форма кривой электроэнцефалограммы.