По ФЕЛИПЕ АПЛ КОСТА
Не ты управляешь своим телом, а твой мозг
Системы интеграции и контроля
В организме человека имеются две системы управления: нервная система (СН) и эндокринная система.[1] Первая представляет собой систему быстрого и мимолетного действия, которая действует посредством электрических импульсов, типа сигнала, который передается с очень высокой скоростью (например, 100 мс).-1). Это обеспечивает гибкость до такой степени, что время реакции системы в некоторых случаях практически равно нулю.
Вторая — это система медленного и длительного действия, которая действует посредством гормонов, химических веществ, которые передаются через кровоток.[2] Скорость передачи намного ниже, и эта разница помогает объяснить, почему время реакции здесь намного медленнее. Однако сигнал постоянный: пока гормон циркулирует в крови, клетки с соответствующими рецепторами будут продолжать реагировать.
Еще одно важное отличие касается размера цели и точности управления. Импульс, передаваемый цепочкой нейронов, способен достичь небольшой группы двигательных клеток или даже одной отдельной клетки. Кровоток не позволяет этого сделать. Строго говоря, гормоны, проходящие через кровь, влияют на все клетки, несущие соответствующие рецепторы.
Далее мы рассмотрим некоторые аспекты нашей нервной системы.[3]
Хордовые с черепами
Нервная система черепных животных - читайте: хордовые с черепом.[4] – образован (i) мозгом, набором структур, заключенных внутри черепа, с упором на мозг, массу клеток студенистой консистенции и шаровидного вида (особенно у птиц и млекопитающих); и (ii) спинной мозг — цилиндрическая трубка, которая прикрепляется к задней части головного мозга и проходит через внутреннюю часть позвоночного столба.[5]
По словам Хильдебранда и Гослоу (2008, стр. 319 и 321): «Мозг — это самый сложный орган в организме, а также самый замечательный орган для многих людей. […] Мозг не просто передает, отвергает или хранит информацию в 3 миллиардах импульсов, которые достигают его 1010 клетки каждую секунду бодрствования.[6] Он преобразует информацию, адаптирует ее и выбирает между альтернативными ответами способами, которые превосходят наше нынешнее понимание».
Откуда берется мозг?
В отличие от продолговатого мозга, который сравнительно мало изменился за всю историю эволюции позвоночных, мозг претерпел заметные изменения как по размеру, так и по форме (см. рис. 1).
Зрелый мозг развивается из трех эмбриональных отделов: переднего мозга (или переднего мозга), среднего мозга (midbrain) и заднего мозга (hindbrain). Каждая область дает начало органам или тканям с определенными функциями. Мозг — один из этих органов, мозжечок — другой.
С момента появления черепов мозг значительно увеличился в размерах. И в абсолютном, и в относительном выражении. Посмотрите, например, как соотношение (мозг:продолговатое вещество) варьируется в разных линиях. Среди самых старых (рыбы и земноводные) соотношение составляет примерно 1:1 – то есть головной и спинной мозг имеют более или менее одинаковую массу. Однако среди млекопитающих это соотношение очень неравномерно и у человека достигает 50:1. Масса нашей коры головного мозга, например, составляет около 882 г (или 8×1010 клеток), а в костном мозге не превышает 18 г (2,1 × 109 клетки).[7]
Размер мозга
Другой тип релевантного сравнения включает размер мозга (или головного мозга) по сравнению с размером мозга. размер тела. Между одним и другим существует очень значительная положительная корреляция.[8] Вот комментарий Боннера (1983, стр. 67-8): «Между временем появления группы в истории Земли и размерами мозга этой группы существует прямая обратная корреляция. На одном конце спектра у рыб маленький мозг, а на другом — у млекопитающих — более крупный. Это говорит о тенденции к увеличению способности к обучению, к увеличению гибкости реагирования. Обратите внимание, однако, что это расширение мозга, вероятно, в значительной степени соответствует расширению новых ниш, а не просто уничтожению животных с меньшим мозгом. […] [Ф]иши все еще существуют, и они многочисленны и успешны как группа, несмотря на относительную незначительность их мозга».
Но есть важные отклонения от этой корреляции. Среди млекопитающих, например, приматы выделяются особенно большим мозгом. Больше, чем можно было бы ожидать, если бы мы принимали во внимание только размер тела. Среди приматов еще больше выделяется человек.
Вот характеристика Левина (1999, стр. 448-50): «[Можно] сказать, что размер мозга австралопитеков составлял почти 400 см.3, и который лишь незначительно увеличился за всю историю этого жанра. Более заметное расширение наблюдается с происхождением рода Homo, в частности Человек умелый/Рудольфенсис, который жил между 2,5 и 1,8 миллионами лет назад и имел размер мозга от 650 до 800 см.3. Вариация размеров для Гомо эргастер/прямоходящий, датируемый от 1,8 миллиона до 300.000 850 лет назад, составляет от 1.000 до чуть более XNUMX см.3. Эквивалентные меры для Хомо сапиенс архаичные деревья имеют высоту от 1.100 до более 1.400 см.3, то есть больше, чем у современного человека. Используя коэффициент энцефализации (EQ), меру размера мозга по отношению к размеру тела, мы можем увидеть эту прогрессию более объективно. Виды австралопитеков имеют EQ около 2,5 по сравнению с 2 у обыкновенного шимпанзе и 3,1 у первого вида. Гомо эргастер/прямоходящийи 5,8 для современных людей».
Подобные взаимосвязи (я имею в виду корреляцию головного и спинного мозга или корреляцию головного и спинного мозга) преобразуются в индексы, которые можно использовать для сравнения степени интеллекта разных групп животных. Как правило, чем больше относительный размер мозга, тем выше уровень интеллекта. Утверждение, основанное на некоторых биологических предположениях. Как определил Джерисон (1985, стр. 106): «Биологический интеллект у взрослых представителей вида является поведенческим следствием имеющейся способности нейронов обрабатывать информацию в дополнение к той, которая необходима для контроля общих функций организма».
Теперь, зная, что мозг является центром управления другими органами тела, неудивительно, что у более крупных животных мозг одинаково больше. В конце концов, если в теле животного содержится больше клеток, для их контроля потребуется больше нейронов.
Нервная система человека
Нашу нервную систему можно разделить на (i) центральную нервную систему (ЦНС); (ii) периферическая нервная система (ПНС); и (iii) автономный отдел, включающий симпатический и парасимпатический отделы. Это различие является как морфологическим, так и функциональным, хотя эти три части взаимозависимы.
Центральная нервная система — это область приема и обработки стимулов и выдачи ответов. Его составные элементы расположены внутри осевого скелета: головной мозг — внутри черепа, спинной мозг — внутри позвоночного столба. Далее мы будем говорить только о мозге.
Развитие мозга
Мозг формируется из эмбриональной структуры, называемой нервной трубкой, которая сама происходит из предыдущей структуры, называемой нервной пластинкой.
Нервная трубка формируется примерно на четвертой неделе беременности, когда эмбриону исполняется 26-29 дней. Появление этой структуры знаменует начало фазы развития, называемой нейруляцией. Еще несколько дней и можно будет наблюдать наличие расширений в переднем отделе трубы. Это первичные области мозга (передний мозг, средний мозг и задний мозг), уже упомянутые выше.
Три региона разделятся на пять: (i) Передний мозг – это самое переднее расширение. Во время развития боковые части расширяются до такой степени, что закрывают и скрывают центральную часть. Дает начало телэнцефалону и промежуточному мозгу; (ii) Средний мозг – не подразделяется. У зрелого эмбриона он продолжает распознаваться как более или менее узкий канал; и (iii) Задний мозг – это самое заднее расширение. Он проходит продольное подразделение, дающее начало метэнцефалону и продолговатому мозгу.
Эти пять областей затем дадут начало структурам, составляющим мозг (например, большой мозг, мозжечок и продолговатый мозг). Давайте посмотрим.
Зрелый мозг
Первый. Теленцефалон и промежуточный мозг дают начало мозгу. Первый дает начало двум полушариям головного мозга. Разделенные глубокой щелью полушария соединены медиальной структурой, называемой мозолистым телом. Есть и более мелкие связи, но за связь между двумя полушариями в основном отвечает мозолистое тело.[9]
Внешняя поверхность мозга, как многие из нас были свидетелями, демонстрирует любопытный узор из извилин или извилин, которые разделены щелями (или трещинами) различной глубины. Чрезмерный латеральный рост конечного мозга почти полностью закрывает промежуточный мозг, который остается уникальной структурой, занимая срединное положение.
Стенки промежуточного мозга дают начало таламусу и т.п. (т. е. метаталамусу, гипоталамусу, эпиталамусу и субталамусу).
Второй. Средний мозг меняется сравнительно мало и остается под тем же названием.
Третий. Метэнцефалон дает начало мозжечку и мосту, а продолговатый мозг дает начало продолговатому мозгу. Поверхность мозжечка покрыта бороздками (фиссурами) различной глубины. Эти трещины делят орган на доли; они, однако, не обнаруживают той топографической специализации, которая наблюдается в полушариях головного мозга.[10]
Таким образом, зрелый мозг содержит три набора структур: (i) мозг (полушария головного мозга, таламус и т.п.); (ii) ствол мозга (средний мозг, мост и продолговатый мозг), который соединяет полушария через так называемые ножки мозга; и (iii) мозжечок.
Помимо центральной нервной системы, организм человека оснащен периферической нервной системой (ПНС) и вегетативной нервной системой (ВНС).
Периферическая нервная система.
Периферическая нервная система включает нервные окончания, ганглии и нервы. Нервные окончания связаны с чувствительными и двигательными волокнами, встречаются как в двигательных пластинках, так и в виде свободных нервных окончаний. Скопления клеточных тел за пределами центральной нервной системы обычно имеют форму небольших расширений, называемых ганглиями. Нервы образованы нервными волокнами, связанными с соединительной тканью. Они выглядят как беловатые тяжи, функция которых – проводить (принимать и приносить) импульсы к центральной нервной системе. Их разделяют на две большие группы: черепно-мозговые нервы (12 пар, связанных с мозгом) и n. спинной мозг (31 пара, соединенная со спинным мозгом).[11]
Автономная нервная система
В функциональном отношении нервную систему можно разделить на соматическую и висцеральную. Первый отвечает за посредничество между ЦНС и поступающими извне раздражителями (через органы чувств). Второй отвечает за посредничество между центральной нервной системой и другими органами тела. Например, контроль частоты дыхания и сердцебиения является задачей висцеральной системы.
Как соматический, так и висцеральный компонент имеют два компонента: афферентный, или внешний компонент (переносит импульсы от внутренних органов к определенным областям центральной нервной системы) и эфферентный, или возвратный компонент (переносит импульсы от определенных областей центральной нервной системы к внутренним органам, как правило, заканчивающиеся железой или мышцей). Эфферентный (или двигательный) компонент висцеральной нервной системы обычно называют вегетативной нервной системой. Она, в свою очередь, делится на симпатическую нервную систему и парасимпатическую нервную систему, которые различают как по морфологическим, так и по физиологическим критериям. Для целей данной статьи достаточно указать, что симпатические и парасимпатические в целом оказывают антагонистическое воздействие на иннервируемые ими органы (когда симпатическая стимулирует, парасимпатическая тормозит).
Кода
В заключение давайте рассмотрим очень знакомый пример того, как нервная система управляет нашим телом. Рассмотрим, что происходит при так называемых (непроизвольных) спинальных рефлексах.[12]
Действие или реакция считаются произвольными, если мы в значительной степени сознательно контролируем их. Оказывается, многие наши реакции, особенно в опасных ситуациях, непроизвольны. При непроизвольной реакции мы изначально не осознаем, что обрабатывается, а значит, не выбираем сознательно ту или иную реакцию. Именно это происходит, например, при так называемых рефлексах отдергивания. Остановитесь и подумайте: что произойдет, если вы случайно уколете палец об иголку или ударитесь ногой об угол кровати? Полагаю, ваш ответ мало чем отличается от моего: мы реагируем немедленно, не задумываясь.
Вкратце, происходит примерно следующее: сигнал, поступающий извне, передается в мозг через входной путь от нервной системы, проходящий через спинной мозг. Непосредственная реакция (удаление пальца от иглы или стопы от препятствия) определяется нервными цепями, действующими на уровне самого спинного мозга, откуда по выходному пути передается ответный сигнал к соответствующей группе мышц.
В подобных случаях мы только начинаем осознавать, что произошло (несчастный случай, ранение и т. д.), включая нашу собственную реакцию (мышечные движения, в результате которых рука или нога отодвигаются от источника боли) – через несколько секунд после окончания эпизода. Поскольку реакция не была определена на уровне сознания, ее называют непроизвольной реакцией.
Многое из того, что происходит в нашем организме, происходит непроизвольно. В конце концов, поэтому не обманывайте себя: тот, кто управляет вашим телом (я имею в виду: внутреннюю физиологию и часть внешнего поведения), — это не вы (я имею в виду: это не ваше самосознательное «я»), а скорее ваше мозг (я имею в виду: вашу нервную систему).
* Фелипе АПЛ Коста биолог и писатель. Автор среди других книг Что такое дарвинизм.
ссылки
Боннер, Дж.Т. 1983 [1980]. Эволюция культуры у животных. Р.Дж., Захар.
Чинголани Х.Э. и Усей, AB, ред. 2004 [2000]. Физиология человека Уссея, П. Алегре, Артмед.
Данжело, Дж. Г. и Фаттини, Калифорния. 2007. Анатомия человека, 3-е изд. СП, Афиней.
Гайтон, AC и Холл, JE. 2006. Учебник медицинской физиологии, 11-е изд. ИП, Эльзевир.
Хаттон, Айова и другие 5. 2023. Количество и распределение клеток человека по размерам. Труды Национальной академии наук 120: e2303077120.
Геркулано-Хаузель, С. и Лент, Р. 2005. Изотропный фракционатор: простой и быстрый метод количественного определения общего количества клеток и нейронов в головном мозге. Журнал неврологии 25: 2518-21.
Хикман, К.П., младший и другие 2. 2004 г. [2001]. Интегрированные принципы зоологии, 11-е изд. Р.Дж., Дж. Куган.
Хильдебранд М. и Гослоу Г. 2006 [2004]. Анализ структуры позвоночных, 2-е изд. СП, Афиней.
Джерисон, Х.Дж. 1985. Проблемы эволюции мозга. В: Р. Докинз и М. Ридли, ред. Оксфордские исследования по эволюционной биологии, в. 2. Оксфорд, ОУП.
Пост, Р, орг. 2008. Нейронаука: о разуме и поведении. Р.Дж., Г. Куган.
Левин, Р. 1999 [1998]. Эволюция человека. СП, Афиней.
Шмидт-Нильсен, К. 2002 [1997]. Физиология животных, 5-е изд. СП, Сантос.
Шульц С. и Данбар Р. 2010. Энцефализация не является универсальным макроэволюционным явлением у млекопитающих, но связана с социальностью. Труды Национальной академии наук 107: 21582-6.
Стэндринг, С., изд. 2010 [2008]. Анатомия Грея, 40-е изд. Р.Дж., Эльзевир.
Тортора, Дж. Дж. и другие 2. 2005 г. [2004]. Микробиология, 8-е изд. П. Алегре, Артмед.
Воэт, Д. и Воет, Дж.Г. 2006 [2004]. Биохимия, 3-е изд. П. Алегре, Артмед.
Примечания
[1] Подробное обсуждение см. в Schmidt-Nielsen (2002). Эта статья соответствует третьей и последней части трилогии, озаглавленной «Нервы, мозг и поведение» (см. части I и II). здесь e здесь).
[2] Помимо так называемых эндокринных гормонов (молекулы которых действуют на отдаленные клетки), выделяют два других типа: паракринные гормоны (действуют только вблизи клетки, которая их высвобождает) и h. аутокринные (действуют на клетку, их секретирующую). С чисто химической точки зрения гормоны животных обычно представляют собой молекулы пептидов (например, глюкагона и инсулина) или стероидов (например, тестостерона и эстрогена) – подробности и примеры см. в Schmidt-Nielsen (2002) и Voet & Voet (2006).
[3] Для детального изучения строения и функционирования нервной системы бразильские читатели имеют в своем распоряжении несколько учебных пособий. Например: (i) анатомия человека – Standring (2010) или, для более простого введения, Dangelo & Fattini (2007); (ii) сравнительная анатомия – Hickman et al. (2004) и Хильдебранд и Гослоу (2006); и (iii) нейрофизиология – Cingolani & Houssay (2004), Guyton & Hall (2006) и Lent (2008).
[4] Тип Chordata обычно делят (например, Hickman et al. 2004; Hildebrand & Goslow 2006) на три подтипа: Urochordata (греч., Оура, хвост + Л., хорда, строка + ата, характеризуется), содержат асцидии (оболочники); Цефалохордовые (греч., кефале, голова + Л., хорда, верёвка), вмещает амфиоксус; и позвоночные (L. позвоночник, с позвонками), объединяет большое разнообразие «рыб», а также земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих. Говорят, что асцидии и амфиоксы имеют черепные чешуи (читай: лишены черепа), тогда как другие хордовые называются черепными. Череп представляет собой костную или хрящевую коробку, в которой находится мозг. Принято делить череп на две части: нейрокраниум и висцерокраниум. В первом, заднем и верхнем, находится мозг; второй, передний и нижний, связан с двумя основными системами: дыхательной и пищеварительной. В частности, в случае с людьми вот комментарий Данжело и Фаттини (2007, стр. 399): «Висцерокраниум широко известен как лицо. При рождении нейрокраниум намного больше, чем висцерокраний, поскольку первый связан с ростом мозга, глаз, органов слуха и равновесия, и они уже хорошо развиты к моменту рождения. Однако развитие висцерокрана связано с появлением зубов и верхнечелюстных пазух. Итак, пока этого не произошло, высота лица небольшая. Даже у взрослых диспропорция между нейрокраниумом и висцерокранием сохраняется, но она меньше той, которая возникает при рождении и в детстве».
[5] Проходя через внутреннюю часть центрального позвоночного канала, от основания черепа примерно до 2-го поясничного ребра, спинной мозг окружен тремя слоями оболочек. Их называют спинномозговыми мозговыми оболочками. Это (снаружи внутрь): твердая мозговая оболочка, паутинная оболочка и мягкая мозговая оболочка (Dangelo & Fattini 2007). Инфекции мозговых оболочек, называемые менингитом, могут быть вызваны различными возбудителями (например, вирусами и бактериями). Несмотря на то, что менингит носит относительно эпизодический и локализованный характер, он может иметь очень серьезные последствия, особенно в случае менингита бактериального происхождения (например, менингококкового и пневмококкового менингита) – подробнее см. Tortora et al. (2005).
[6] Бразильские исследователи (Herculano-Houzel & Lent 2005) обнаружили, что количество клеток, составляющих человеческий мозг, ниже упомянутых ранее 100 миллиардов. Перепись различных типов клеток, обнаруженных в нашем организме, см. Hatton et al. (2023).
[7] По словам Данжело и Фаттини (2007, стр. 88): «Кора головного мозга — это слой серого вещества, который покрывает полушария головного мозга […]; соответствует 40% веса мозга». Хаттон и др. (2023) послужило источником приведенных цифр.
[8] В частности, среди млекопитающих существует еще более значимая корреляция между размером мозга и степенью социализации – см., например, Shultz & Dunbar (2010); в порт., Боннер (1983).
[9] Агенезия мозолистого тела (ОМС) — врожденное заболевание головного мозга, характеризующееся полным или частичным отсутствием мозолистого тела. Это относительно редкое заболевание, что помогает объяснить, почему не каждый педиатр может поставить правильный диагноз. В подобных случаях семье необходима консультация детского невролога.
[10] Топографическая специализация подразумевает тот факт, что разные части мозга отвечают за определенные функции. Карту коры головного мозга см., например, в Standring (2010); функциональные подробности: Guyton & Hall (2006).
[11] Из 12 черепно-мозговых нервов (I-XII), два, пожалуй, наиболее знакомы читателю: тройничный (V) и блуждающий (X). Тройничный нерв остается чувствительным к большей части слизистой оболочки лица и полости рта; блуждающий нерв иннервирует все органы грудной клетки и почти все внутренние органы брюшной полости – информацию о черепных нервах см. Dangelo & Fattini (2007); подробнее: Стандринг (2010).
[12] Подробности см., например, в Guyton & Hall (2006).
земля круглая существует благодаря нашим читателям и сторонникам.
Помогите нам сохранить эту идею.
СПОСОБСТВОВАТЬ
