Основная статья: Тело человека
Развитие мозга
Основная статья: Беременность и роды
500 000 000 - лет назад у первых существ на Земле появился ствол мозга - он представляет собой то же, что и мозг современных рептилий.Известный писатель-фантаст Сергей Лукьяненко выступит на TAdviser SummIT 28 ноября. Регистрация 5.9 т
Мозг начинает развиваться через четыре недели после зачатия, когда один из трех слоев клеток в эмбрионе скатывается в нервную трубку. Через неделю трубка вверху загибается и формирует структуру переднего, среднего и заднего мозга.
С этого момента рост мозга и его индивидуальные особенности определяются в основном генами. Но даже в этот период можно получить максимум от развития мозга, если создать благоприятную окружающую среду.
На первых неделях развития мозга это означает, что беременная не подвержена стрессам, хорошо питается и воздерживается от сигарет, алкоголя и других токсинов.
Мозг на 12 неделе развития плода
Сенсорная буря после отрыва от пуповины матери
В тот момент, когда мозг отрывается от пуповины и начинает самостоятельную жизнь, в нем происходит сенсорная буря.
Огромное количество фотонов света падает на нервные клетки сетчатки глаз, и сигналы отправляются в первичную зрительную кору в затылочной доле. Материнский голос производит звуковые волны, которые, достигая внутреннего уха, превращаются в электрохимические сигналы, несущиеся в слуховую кору в височной доле.
Для того чтобы усвоить сенсорную информацию, нейроны начинают плодить синапсы. Дендриты вступают в контакт с терминалями аксонов других нервных клеток, в синаптической щели происходит взаимодействие аксонов с другими дендритами. Так реализуется пластичность мозга.
Пластичность позволяет человеку учиться даже в зрелом возрасте, поэтому было бы логично предположить, что по прошествии лет, по мере увеличения объема знаний, количество синаптических связей достигнет максимальной величины. Но это не так!
Нейрогенез и синаптический прунинг
Мозг обладает способностью к нейрогенезу, то есть к образованию новых нейронов, только во время внутриутробного развития, до первых месяцев жизни.
Однако в первые три года жизни образует максимальное количество синапсов. Согласно некоторым исследованиям, у малыша трех лет от роду в мозге действует около миллиона миллиардов контактов: каждый нейрон вступает в контакт с другим не менее 15 тысяч раз.
У взрослого сохраняется примерно половина этих соединений. Очень любопытный выбор эволюции: вместо того чтобы накапливать связи, она предпочла создать их избыток, чтобы потом спокойно пожертвовать лишними.
Этот процесс называется синаптический прунинг.
Мозг учится быстрее, когда ему угрожает опасность
В конце мая 2022 года исследование, проведенное учеными Университета Саймона Фрейзера, предполагает, что мозг может быстрее обучаться при угрозе опасности. Их исследование опубликовано в журнале eNeuro.
Человеческий организм постоянно учится адаптироваться к новым ситуациям, как описывают ученые в своем исследовании. В процессе моторного обучения мозг корректирует действия, которые приводят к ошибкам в движении, чтобы выработать паттерны движения, позволяющие телу двигаться более безопасно.
Мозг учится быстрее, когда ему угрожает опасность
Для проверки этой идеи исследователи попросили группу участников выполнить задание по точной ходьбе, надев призматические линзы, изменяющие зрение. Линзы увеличивали сложность задачи, искусственно смещая восприятие участниками местоположения цели, на которую нужно было наступить, что приводило к ошибкам. Для некоторых участников задание было еще более сложным, так как рядом с мишенью находилась опасность, из-за которой они могли поскользнуться и потерять равновесие, а когда группа вернулась на следующей неделе, участники эксперимента смогли лучше запомнить и выполнить задание.
При угрозе возможной травмы двигательное обучение участников улучшилось. Они смогли лучше исправить ошибки в движении, что позволило им в будущем выполнять задания более безопасно. Исследователи предполагают, что полученные ими результаты могут быть использованы для разработки более эффективных методов лечения для реабилитации людей с неврологическими нарушениями.
|
| Физиотерапевты могут рассмотреть возможность включения задач или ситуаций, которые вызывают угрожающие физические последствия для пациентов. К примеру, такие как потеря равновесия, если пациент двигается таким образом, который не соответствует цели тренировки. Это может быть достигнуто с помощью ремней безопасности или с использованием виртуальной реальности для имитации потери равновесия, - сказал заместитель директора Института нейронауки и нейротехнологий университета Саймона Фрейзера Дэн Мэриголд (Dan Marigold).
|
|
Результаты исследования также свидетельствуют о том, что могут быть и другие ситуации, которые можно использовать для улучшения моторного обучения. По словам ученых, на май 2022 года неясно, может ли вместо угрожающих равновесию физических последствий сработать какая-либо другая форма физического воздействия или эмоционально возбуждающее событие. Исследователи планируют проверить данную гипотезу до конца 2022 года.[1]
Человеческий мозг в цифрах
Справа налево: скальп, надкостница, кость, твердая мозговая оболочка, мягкая оболочка мозга, мозг
86 миллиардов - столько нервных клеток (нейронов) содержится в головном мозге. Столько же звезд в нашей Галактике.
10 000 - нервных связей исходит от одного нейрона в мозге к другим.
100 трлн волокон создают сеть, благодаря которой мы обрабатываем информацию, запоминаем ее и мыслим.
1400 - грамм, примерно столько весит мозг в среднем. Это не зависит от интеллекта.
Мозг различных животных и человеческий для сравнения
12 пар - столько черепных нервов выходит из ствола мозга, они отвечают за обоняние, слух, движения глаз, языка и другие функции.
Анатомический препарат головного мозга.
Спинномозговая жидкость (ликвор)
Мозг на самом деле не лежит в черепной коробке, а плавает в прозрачной бесцветной жидкости, состоящей в основном из воды.
Спинномозговая жидкость (ликвор) служит мозгу подушкой, на которой он возлежит, не рискуя быть раздавленным собственным весом.
Она защищает мозг по мере возможностей от удара; выполняет уборку и промывку, будучи одним из важнейших звеньев глимфатической системы.
На анимации вы видите пространства (желудочки мозга), где циркулирует ликвор, т. е. спинномозговая жидкость
Другими словами, спинномозговая жидкость выводит из мозга разный мусор, промывая его преимущественно во время сна, через каналы, сжимаемые и разжимаемые глиальными клетками.
Иными словами ликвор поддерживает трофические и обменные процессы между кровью и мозгом, выделение продуктов его обмена.
Ликвор также обеспечивает поддержание постоянного внутричерепного давления и водно-электролитного постоянства.
Костный мозг
Основная статья: Костный мозг
Кора головного мозга
Толщина коры головного мозга колеблется от 2 до 4,5 мм, но этот тонкий и влажный покров серого вещества состоит из шести слоев нейронной ткани.
Каждый из этих слоев обладает собственной структурой, то есть состоит из разных типов нейронов, связанных с другими участками коры, подкорковым слоем и другими отделами мозга.
Нервные импульсы
Нейроны
Основная статья: Нейроны
Правда ли, что мозг человека работает как компьютер?
Это не совсем так, ведь мозг гораздо мощнее. Компьютер работает последовательно, а мозг человека параллельно. Это связано с тем, что нейроны выполняют одновременно все функции компьютера — запоминание, воспроизведение, хранение.
Одна ячейка памяти компьютера может иметь только одно из двух значений, а мозг устроен гораздо сложнее в этом плане. У нейронов есть так называемые шипики — отростки, которые и отвечают за соединения и получение связей. Это прямой аналог нуля и единицы в ячейке данных памяти компьютера. Один нейрон может иметь более 20 соединений. Это говорит о том, что наш мозг настолько совершенен, что компьютеры не смогут приблизиться к нему по уровню производительности, скорее всего, никогда.
Объем памяти мозга равен примерно 1000 терабайтам. В этом плане компьютеры могут превзойти нас очень легко, но это не показатель нашей несовершенности.
Нервные волокна
Сеть нервных волокон не сравнится ни с одной сетью проводов в мире
Изображение нервных волокон человеческого мозга, полученное сканером MGH-UCLA 3T Connectomе Scanner, 2020 г
Скорость движения нервных импульсов
Нервные импульсы от мозга и к мозгу двигаются со скоростью 270 км/ч.
Когда-нибудь задумывались, как вы так быстро можете реагировать на всякие вещи и почему палец сразу болит, как только ты его прищемил? Это всё из-за невероятно высокой скорости движения нервных импульсов от всех частей тела к мозгу и обратно. Они обеспечивают реакцию.
Память
2024
Неожиданное открытие: Мозг человека создает несколько «резервных копий» воспоминаний
В середине августа 2024 года швейцарские специалисты из Биоцентра Базельского университета обнародовали результаты исследования, говорящие о том, что человеческий мозг формирует несколько копий одних и тех же воспоминаний. Ученые сравнивают данную модель с компьютерными системами резервирования информации.
С помощь средств визуализации участники проекта изучили гиппокамп: это часть лимбической системы головного мозга и гиппокамповой формации, которая играет важную роль в обучении, памяти и эмоциях. Исследователи обнаружили, что воспоминания об определенных событиях хранятся в мозге в виде множества параллельных копий, распределенных как минимум по трем различным кластерам нейронов. Эти кластеры формируются на разных стадиях эмбрионального развития. Копии различаются по своим характеристикам, в частности, по продолжительности хранения данных и возможности модификации.
Мозг создает «резервные копии» воспоминаний
Один из кластеров использует для хранения воспоминаний нейроны «раннего рождения», которые развиваются раньше других по мере роста плода. В такой структуре хранятся слабые копии воспоминаний, которые со временем укрепляются. В свою очередь, нейроны «позднего рождения» (появляются на поздних стадиях эмбрионального развития) изначально хранят сильные воспоминания, но впоследствии они утрачиваются. Третий кластер является промежуточным: нейроны, появляющиеся между ранней и поздней группами, обеспечивают наиболее высокую стабильность хранения информации.
Понимание механизма хранения воспоминаний в перспективе может найти применение в различных областях медицины. В частности, результаты работы могут помочь смягчить болезненные воспоминания у людей, перенесших травму или какое-либо событие, оказавшее негативное влияние на психическое состояние.[2]
Как мозг сохраняет воспоминания на всю жизнь. Научное объяснение
В конце июня 2024 года американские исследователи из Университета Нью-Йорка сообщили об обнаружении механизма, который играет ключевую роль в формировании долговременной памяти. Установлено, что данный процесс связан с молекулой KIBRA, которая выполняет функции своеобразного «клея» для других молекул, что позволяет мозгу сохранять воспоминания на всю жизнь.
Отмечается, что предыдущие попытки понять, как работает долговременная память, были сосредоточены на изучении отдельных молекул. Известно, что нейроны хранят информацию в памяти в виде структуры сильных и слабых синапсов. Однако молекулы в синапсах нестабильны: они постоянно перемещаются по нейронам, изнашиваются и заменяются в течение часов или дней. В новой работе ученые раскрыли принцип совместной работы молекул при формировании долговременной памяти.
Американские исследователи из Университета Нью-Йорка сообщили об обнаружении механизма, который играет ключевую роль в формировании долговременной памяти
Важнейшей молекулой для укрепления синапсов у млекопитающих считается протеинкиназа M-зета (PKMzeta): но этот фермент разрушается через несколько дней. Исследователи выяснили, что KIBRA является «недостающим звеном» в долговременной памяти: молекула служит «постоянной синаптической меткой» или «клеем», который прикрепляется к сильным синапсам и к PKMzeta, избегая при этом слабых синапсов.
Во время формирования памяти активируются синапсы, участвующие в данном процессе. KIBRA избирательно размещается в этих синапсах, а PKMzeta затем прикрепляется к синаптической метке KIBRA, делая синапсы более устойчивыми к изменениям. Это позволяет синапсам соединяться с вновь созданной KIBRA, привлекая еще больше новых молекул PKMzeta.
Разрыв связи KIBRA-PKMzeta стирает старые воспоминания. Предыдущие исследования показали, что случайное увеличение уровня PKMzeta в мозгу усиливает слабые или угасшие воспоминания. Это было загадкой, поскольку теоретически должен был бы наблюдаться обратный эффект. Однако наличие KIBRA объясняет данный процесс: молекула связывается только с сильными синапсами, что укрепляет воспоминания.[3]
Мозг может хранить в 10 раз больше данных, чем предполагалось
В начале июня 2024 года появилось новое исследование Чикагского университета, которое подтверждает, что мозг может хранить почти в 10 раз больше информации, чем считалось ранее.
Как и в случае с компьютерами, объем памяти мозга измеряется в «битах», а количество битов, которые он может хранить, зависит от связей между нейронами, известных как синапсы. Ранее учёные считали, что диапазон значений размера и силы синапсов не так уж велик, что, в свою очередь, ограничивает объём памяти мозга. Однако в последние годы эта теория стала подвергаться сомнению.
Мозг может хранить почти в 10 раз больше информации, чем считалось ранее
В новом исследовании исследователи разработали высокоточный метод оценки силы синаптических связей между нейронами на примере мозга крысы. Эти связи обеспечивают основу для обучения и памяти, поскольку клетки мозга сообщаются в этих точках, что позволяет им хранить данные и обмениваться информацией.
Нейроны головного мозга человека связаны посредством более чем 100 трлн синапсов. По мере того, как мы учимся, передаваемый через определенные синапсы объем информации постепенно растет. Такое «укрепление» синапсов позволяет нам сохранять новую информацию.
Исследователи изучили усиление и ослабление синаптических связей и показали, что они могут хранить в 10 раз больше информации, чем предполагалось ранее. Анализ синапсов крыс из области гиппокампа показал, что они могут хранить от 4,1 до 4,6 бит информации. Ученые считают, что новый метод анализа позволит с новой стороны изучить механизмы не только обучения, но также старения и заболеваний, которые поражают синаптические связи головного мозга.
|
| Эти механизмы лежат в основе способности нейронных цепей обрабатывать информацию, —считает Джай Ю, доцент кафедры нейрофизиологии Чикагского университета. – Теперь у нас появилась возможность оценить передаваемый синапсами объем информации, и это важный шаг в изучении мышления.[4]
|
|
2023: Впервые доказано - память прошлого и память будущего находятся в разных отделах мозга
23 октября 2023 года американские исследователи из Корнеллского университета впервые в мире доказали, что память прошлого и память будущего находятся в разных отделах мозга. Это открытие в перспективе может привести к появлению новых методов лечения нейродегенеративных недугов, в частности, болезни Альцгеймера.
Ученые сосредоточили внимание на гиппокампе — это часть лимбической системы головного мозга, участвующая в механизмах формирования эмоций, консолидации памяти и пр. При болезни Альцгеймера и других формах деменции именно гиппокамп становится одной из первых структур мозга, теряющих свои функции. В частности, наблюдаются потеря кратковременной памяти и дезориентация.
Американские исследователи впервые в мире доказали, что память прошлого и память будущего находятся в разных отделах мозга
В рамках исследования специалисты выявили разницу между ролью гиппокампа в двух функциях памяти: одна запоминает ассоциации между временем, местом и тем, что человек делал, а другая позволяет предсказывать или планировать будущие действия на основе предыдущего опыта. Результаты научной работы говорят о том, что эти две задачи, закодированные в гиппокампе, можно разделить. В частности, специалисты установили, что указанные аспекты памяти и познания поддерживаются двумя разными нейронными кодами.
Один тип кода контролирует способность создавать ассоциации, например, вспоминать, что яблоки продаются в ближайшем продуктовом магазине. Другой вид нейронного кода является прогнозирующим и предполагает способность гибко использовать память для планирования действий, например, для выбора альтернативного маршрута в магазин, если основная дорога перекрыта. Однако было не ясно, как именно гиппокамп поддерживает эти функции и существует ли между ними какая-либо связь.
В ходе экспериментов на крысах ученые задействовали систему с множеством электродов для отслеживания активности нейронов в то время, как грызуны выполняли определенные действия. Затем команда использовала оптогенетику, чтобы очень точно контролировать активность нейронов. Ученые применили специальный вирус и в результате получили возможность воздействовать на определенные нейроны, не изменяя при этом общие свойства мозга. Исследователи, в частности, показали, что таким способом можно сохранить ассоциативные аспекты памяти, но подавить предсказательную составляющую.[5]
Как работает память?
Физиологической основой памяти являются "следы" ранее бывших нервных процессов, сохраняющихся в мозге. Любой вызванный внешним раздражением нервный процесс (например, передача изображения какого-то рисунка в мозг), не проходит для нервной ткани бесследно, а оставляет в ней как бы «след» в виде определенных функциональных изменений. Таким образом, при восприятии определенной информации, между некоторыми группами нейронов образуется связь, которая и кодирует эту инфорамцию. И чем чаще данная информация поступает в мозг, тем чаще нервный импульс проходит по связи и тем больше связь "закрепляется".
Когда мы увидим, например, рисунок еще раз, то нервный импульс пройдет по знакомому пути и связь между определенными нейронами станет еще сильнее и так далее.
Согласно последним на 2020 год исследованиям, материальным носителем информации о разных событиях является не возбуждение разных нейронов, а различные комплексы нейронных сетей, которые и образуются в момент восприятия информации.
Ниже запись эксперимента на эту тему: здесь нейроны образуют между собой новые связи прямо в пробирке.
Объем памяти
Может ли в мозге человека закончиться место для памяти?
Может. Но еще ни один человек не дожил до этого момента.
В вашем мозге памяти примерно 2 квадриллиона байт - если представить, что ваш мозг - это видеокамера, которую включили на круглосуточную запись в хорошем качестве, то места там хватит на 300 лет. Лимит — в сроке жизни, а не в памяти.
Как хранится информация
Центрального хранилища информации в мозге не существует – данные распределены в сложной и запутанной синаптической сети, о которой на 2020 год мы еще очень мало знаем.
Каждый фрагмент воспоминания (слово, вид, чувство) закодирован в области, которая его же и создала (височная или затылочная доля, лимбическая система) и активизируется каждый раз, когда приходит на ум.
Метапамять
Помимо памяти, у нас есть ещё метапамять, где хранится все, что мы помним (или должны помнить), а что нет.
Сходство устройства мозга, точнее блока памяти, с компьютером на 2020 год становится всё более очевидным.
В мозге есть аналог списка списков. Эта метапамять отвечает за дежавю-эффект и «как же зовут этого актёра, который вот там снимался?». Исследователи установили, что такая картотека находится у нас в префронтальной коре.
Функциональные зоны
На 2019 г обнаружено более пятидесяти функциональных центров мозга.
Лобные доли
Передние лобные доли – командный центр
Отправить единичный приказ мышце сократиться – это просто. Но сделать так, чтобы все эти сокращения производили целенаправленное действие, куда сложнее!
Чтобы поймать летящий мяч, донести вилку до рта или ходить, мозг должен распланировать все необходимые действия.
Ему требуется знать, какова цель движения, как расположить тело в пространстве, какие мышцы для этого сокращать...
Это планирование необходимых действий происходит в лобной доле. Ее нейроны находятся в постоянном контакте с другими зонами, в частности, ответственными за зрение и память.
Передняя часть лобной доли сначала создает образ необходимого движения. Оттуда приказы поступают немного назад в зону, управляющую мышцами. А она в свою очередь обращается к соответствующей моторной области.
Передние лобные доли управляют так называемыми исполнительными функциями мозга, такими как оперативная память, контроль за исполнением запретов (по сути, способность реагировать нестандартно для достижения цели).
Отложенное удовлетворение (способность отказаться от вознаграждения для получения большего в будущем), когнитивная гибкость (способность справляться с несколькими задачами одновременно), рациональное поведение, планирование и многое другое.
И собственно личность по большей части формируется именно здесь, в префронтальном отделе коры.
Центр Брока: дар речи
Первый функциональный центр коры головного мозга обнаружил в 1861 году французский ученый Поль Брока, исследовавший во время вскрытия мозг человека, вследствие несчастного случая полностью утратившего дар речи.
Он обратил внимание на то, что левая лобная зона исследуемого мозга была повреждена. Теперь известно, что именно эта зона, получившая название центр Брока, необходима для речи.
Центр Вернике: распознавание слов
Немецкий ученый Карл Вернике обнаружил функциональный центр, ответственный за распознавание слов. При его повреждении человек не может понять услышанное. Этот центр также получил имя своего первооткрывателя - центр Вернике.
Миф о доминировании одного из полушарий
Некоторое время назад биологи считали, что полушария выполняют совершенно разные задачи и что в мозге одно из полушарий доминирует и играет руководящую роль.
Именно эта гипотеза легла в основу мифа о том, что есть «левополушарные» люди, способные к математике и логике, и «правополушарные», созданные для творчества и искусства. На 2020 г считается, что это полная чушь.
Мозжечок
Мозжечок – драгоценное наследство, полученное человеком от предков.
Занимая всего 10% объема мозга, он включает в себя 69 миллиардов нейронов, в то время как кора их насчитывает только 20 миллиардов. Секрет столь высокой плотности в том, что около 46 миллиардов клеток в мозжечке – гранулярные, самые крошечные нейроны из существующих.
Роль мозжечка поистине невозможно переоценить. Он работает в постоянном контакте с корой головного мозга, они трудятся практически в паре: мозжечок участвует не только в управлении двигательными функциями, ради которых он был создан природой, но и в регулировании новых когнитивных функций, появившихся у человека.
Кора мозжечка в 3D, где красными дендритными деревьями раскинулись среди прочих нервных клеток ветвистые нейроны Пуркинье, способные образовывать до 100 тысяч соединений (синапсов).
Миндалевидное тело
Возможно, это наиболее подверженная половому диморфизму структура головного мозга, и именно миндалины хранят в себе отличия мужского и женского мозга.
Психическая травма, полученная на войне или при переживании сексуального насилия, может физически повредить миндальное тело в течение достаточного короткого периода времени.
Современная технология «фотографирования» мозга показала, что нарушения в работе миндалевидных тел, генетического происхождения, или спровоцированные недостаточностью нервных импульсов, могут лежать в основе тревожных состояний, аутизма, депрессии, фобий и посттравматического стресса.
Потребление энергии
Мозгу требуется меньше электричества, чем лампочке в холодильнике.
Если принять базальный метаболизм (т.е. обмен веществ в состоянии покоя) за 1300 килокалорий, то в течение дня мы потребляем около 56 калорий в час, то есть 63 ватт/час. Мозг потребляет 20%, то есть примерно 12,6 ватт/час, хотя он делает много больше, чем тусклая лампочка на задней стенке холодильника.
Хотя мозг чрезвычайно экономен по сравнению с механическими средствами, в биологических терминах это ненасытный потребитель энергии.
Вес мозга составляет лишь около 2-3% от общего веса тела (1,2 кг), но он потребляет одну шестую (17%) всей энергии тела.
20% - столько кислорода от общего количества потребляемого человеком, необходимо для работы мозга.
Большая часть энергии идет на поддержание состояния готовности к мышлению. Для этого мозгу необходимо обеспечивать электрическое поле в мембране каждого нейрона, позволяя ему общаться с другими нейронами.
Кровообращение
Каждую минуту через мозг проходит 750 миллилитров крови, что составляет 15-20 процентов всего кровотока.
Размер мозга и интеллект
2021: На рынок поступило устройство для контроля остроты ума
В конце сентября 2021 года компания Neurolign, которая специализируется в области клинического отслеживания глаз и нейрофункциональной диагностики, выпустила потребительское устройство NeurolignFit, которое использует профессиональную технологию отслеживания глаз, чтобы позволить пользователям отслеживать, понимать и улучшать общую остроту ума, не выходя из дома. Подробнее здесь.
2020: Связь между размером мозга и интеллектом
Когда говорят про связь интеллекта и размера мозга, то обычно уточняют, что размер мозга – не главное, а главное – связи между нейронами и способность мозга рвать и формировать межнейронные связи в зависимости от текущих когнитивных нужд.
С другой стороны, чем больше нейронов, тем больше возможностей для межнейронных связей, а в большом мозге нейронов всё-таки больше, чем в маленьком. То есть связь между размером мозга и когнитивными способностями всё же должна быть.
Самое масштабное исследование на эту тему было проведено сотрудниками Университета Пенсильвании. Они провели МРТ-сканирование мозга более 13 тысяч человек. Исследователям удалось обнаружить положительную связь между размером мозга и выполнением когнитивных тестов, однако его значение не было определяющим, и на долю этой связи приходилось не более 2% успеха, что вполне может быть банальной статистической погрешностью.
На 2020 г считается, что даже если размер и влияет на интеллект, то весьма незначительно. Например, воспитание родителей, уровень образования, питания, количество стресса в жизни и тому подобное влияют на интеллект в 100, а то и в 1 000 раз больше и эти взаимосвязи уже давно доказаны.
В подтверждение данного мнения приводят фотографию сравнения мозга человека и дельфина. Дельфин слева.
Автономный контроль времени
Мозг — это продукт естественного отбора и поэтому «сделан» так, чтобы его обладатель мог выжить в жестком и бесконечно меняющемся мире.
Выясняется, что лучший способ преуспеть в этом мире — научиться предугадывать, что произойдет в будущем и когда. Поэтому мозг — это машина, которая и предугадывает будущее, и определяет время.
Мозг отсчитывает время в диапазоне свыше 12 порядков величины — от минимального интервала времени, с которым звук доходит до левого и правого уха, до смены времен года.
Часы существуют внутри нас.
Головной мозг и тело человека и других животных умеют определять время: даже отдельная клетка печени может сообщить, какое сейчас время суток.
Отличия мозга женщин и мужчин
У мужчин мозг немного более тяжелый — он весит почти 1400 грамм, в то время как у женщины в среднем около 1300. У женщин больше белого вещества, а у мужчин серого.
Белое вещество отвечает за связи между полушариями и всеми отделами мозга. Без белого вещества мозг бы не смог работать слаженно. Еще одной функцией работы белого вещества является передача данных. Серое же вещество отвечает за восприятие мира, память, речь человека и его чувства. Сложно сказать, кому повезло больше, но и у мужчин и у женщин есть свои преимущества.
Сон
Основная статья: Сон человека
Сознание
Основная статья: Сознание
Заморозка мозга
2024: Впервые удалось разморозить без повреждений человеческий мозг, замороженный 1,5 года назад
В середине мая 2024 года китайские исследователи из Фуданьского университета в Шанхае сообщили о разработке новой технологии, которая позволяет замораживать ткани головного мозга человека с последующим оттаиванием без повреждений. Достижение открывает новые возможности для изучения мозга и нервной системы. Подробнее здесь.
Формирование "реальности"
Создание образа тела и внешнего мира
Общеизвестно, что при ненарушенном состоянии сознания мы четко представляем, как выглядит наше тело.
Это кажется очевидным, однако множество свидетельств показывает, что образ нашего тела, как и образ
внешнего мира, активно создается мозгом.
Гормоны: Настройка по умолчанию на чувство неудовлетворенности
«Гормоны счастья» (дофамин, серотонин, окситоцин и эндорфин) вырабатываются в головном мозге с одной-единственной целью: мотивировать человека стремиться к ситуациям, в которых происходит синтез этих веществ.
Мы унаследовали механизм выживания от наших доисторических предков. Он основан на постоянном поиске того, что позволит нам чувствовать себя лучше.
Химические соединения, вызывающие чувство радости, продуцируются в тот момент, когда мы получаем желаемое (пищу, награду, одобрение общества, возможность поднять свой статус и так далее).
Затем их уровень падает, и мы, ощущая неудовлетворение, вынуждены предпринимать что-то еще, чтобы вновь испытать положительные эмоции.
Страх
Основная статья: Страх
Зевота
Почему зевота так заразительна?
Существует несколько гипотез, объясняющих, почему зевота «передается» от одного человека к другому. Зачастую этот процесс связывают с деятельностью зеркальных нейронов, однако единого мнения о природе явления на 2019 год нет. Исследователи из Ноттингемского университета связали заразительность зевания с активностью первичной моторной коры головного мозга и индивидуальной двигательной возбудимостью человека.
В исследовании приняли участие 36 взрослых волонтеров. Им показывали видеозаписи с зевающими людьми. Участники получили разные инструкции: часть волонтеров попросили сдерживать зевание, а часть, наоборот, призвали зевать столько, сколько хочется. Инструкции менялись несколько раз. Исследователи подсчитали количество зевков и попыток их подавить в обеих группах. В процессе теста ученые применили метод транскраниальной магнитной стимуляции, позволяющий неинвазивно воздействовать на различные участки коры головного мозга. Сам процесс виден ниже на фотографии.
Когда волонтера просили сдерживаться, желание зевнуть усиливалось. Воздействие на мозг с помощью транскраниальной магнитной стимуляции также заставляло людей легче поддаваться желанию повторить движение. Индивидуальную склонность к «заражению» зеванием ученые объяснили деятельностью первичной моторной коры головного мозга. Эта зона участвует в регуляции движений мышц человеческого тела. По мнению исследователей, именно от активности этого участка зависит, насколько человек подвержен заразительному воздействию зевоты.
Чтение мыслей
Основная статья: Чтение мыслей
Как защитить свой мозг по мере старения
Наиболее эффективным способом поддержать здоровье мозга с возрастом оказалось то, о чем вы, возможно, никогда бы не подумали, - физическая нагрузка.
Нейронам требуется поддержка для правильного выполнения своей работы, и стареющая система кровообращения может вызвать уменьшение подачи крови, снабжающей мозг кислородом и глюкозой.
Регулярные физические упражнения, повышающие частоту сердцебиений, - единственный и самый полезный способ поддержать свои когнитивные способности в пожилом возрасте.
Люди, регулярно занимавшиеся физкультурой в среднем возрасте, втрое реже страдают болезнью Альцгеймера после 60 лет, чем те, кто вообще не занимался спортом. Даже начав занятия после 50 лет, можно снизить этот риск наполовину.
Достаточно заниматься по полчаса, несколько раз в неделю.
Диабет ускоряет старение мозга на 26%
В конце мая 2022 года ученые Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке продемонстрировали, что нормальное старение мозга ускоряется примерно на 26% у людей с прогрессирующим диабетом 2 типа по сравнению с людьми без этого заболевания. Авторы исследования оценили связь между обычным старением мозга и старением, наблюдаемым при диабете 2 типа, и заметили, что при диабете 2 типа нейродегенерация протекает аналогично старению, но быстрее. Подробнее здесь.
Диагностика
Различия методов визуализации на примере мозга
Заболевания и травмы
Энцефалопатия
Микроцефалия
Микроцефалия — значительное уменьшение размеров черепа и, соответственно, головного мозга при нормальных размерах других частей тела.
Черепно-мозговые травмы
Сотрясение мозга
Инсульт головного мозга
Эпилепсия
Обморок
Основная статья: Обморок
Субдуральная гематома
Этот вид кровоизлияний возникает в результате повреждений сосудов (преимущественно венозных) между мозговыми оболочками. Считается опасным повреждением, несущим потенциальную угрозу жизни
больного.
Между двумя мозговыми оболочками (в большинстве случаев между твёрдой и мягкой) формируется местное скопление крови. Если такая гематома увеличивается, это выражается в прогрессирующем угасании сознания.
Сверхспособности после травм
Галлюцинации
Мозг любого человека обладает способностью "достраивать" картину происходящего. Галлюцинации возникают при усилении нормальной работы мозга при оценке происходящего. Опираясь на уже имеющуюся информацию и прогнозы, мозг выдает не существующую картинку - галлюцинацию.
Мозг любого человека обладает способностью "достраивать" картину происходящего, опираясь на неполную и неоднозначную информацию. К примеру, заметив движущееся пятно в плохо освещенной комнате человек легко может догадаться, что это его кошка. В этом случае новые визуальные данные сыграют минимальную роль (в отличие от фоновых знаний). Однако побочным эффектом "прогнозирующего мозга" является склонность видеть вещи, которых на самом деле нет, то есть галлюцинации. Такого рода искаженное восприятие присуще не только психически больным людям. Согласно утверждению ученых, почти каждый человек слышал или видел нечто иллюзорное.
Появление ключевых симптомов психического заболевания можно понять как сдвиг в равновесии нормальных функций мозга. Еще более важно, что такие симптомы и ощущения указывают не на "сломанный" мозг, а на мозг, который пытается - самым естественным образом - осмыслить неоднозначные данные.
Операции на мозге
2023: В России начали применять пассивное картирование коры головного мозга, чтобы сохранять его работу после операций
Российские ученые провели первые нейрохирургические операции с применением пассивного картирования речевых зон мозга (без электрической стимуляции). Об этом в феврале 2023 года сообщили в Федеральном центре мозга и нейротехнологий (ФЦМН) ФМБА РФ. Подробнее здесь.
Удаление одного из полушарий
Сканированное изображение структуры мозга (МРТ) семилетней девочки, которой удалили хирургическим путем левое полушарие головного мозга в возрасте 3 лет по причине
энцефалита Расмуссена.
Такие хирургические
операции могут спасти жизнь детей, если они выполнены достаточно рано. Так как мозг в таком возрасте очень пластичен, способность к
речи переместилась в правое полушарие.
Однако заметьте, что ее ствол головного мозга и таламус были не затронуты. Ствол головного мозга
ответственен за жизненно важные функции и не может быть удален. Девочка может играть и говорить и имеет легкие нарушения двигательной функции справа.
Как успокоить пациента: стимулирование "счастливого" отдела мозга
Хирургическая операция на мозге — крайне сложный процесс, в ходе которого пациентам иногда важно оставаться в сознании.
Знаменитый на весь мир кадр: бразилец Энтони Диаз играет на гитаре во время сложнейшей операции по удалению опухоли мозга. Операция прошла успешно.
Это необходимо, чтобы хирург в любое время мог заговорить с человеком и убедиться в правильной работе его языковых, сенсорных и эмоциональных функций.
Пациентка играет на скрипке во время операции на мозге, 2020 г
Разумеется, в это очень тревожное и неприятное время пациент может запаниковать, поэтому ученые постоянно ищут наиболее безопасный метод их успокаивания. В 2019 году выяснилось, что унять панику пациентов можно стимулированием особого участка мозга, отвечающего за смех и эйфорию.
Недавно было установлено, что стимулирование области мозга под названием Cingulum заставляет пациентов смеяться и испытывать «приятное, расслабленное чувство». Эта область мозга опоясывает средний мозг от лобной до височной доли и уже ранее подозревалась в участии развития депрессии.
Возможно, скоро расслабляющую особенность этого отдела мозга будет разрешено использовать во время операции на мозге некоторых пациентов.
Аномалии
Отсутствие одного из полушарий
Мозг обладает поразительной способностью меняться и адаптироваться, и это доказывает небольшая группа людей, которым в детстве удалили половину головного мозга, чтобы ослабить эпилептические припадки.
Несмотря на отсутствие целого полушария головного мозга, эти люди нормально живут и функционируют, потому что оставшаяся половина окрепла и усилилась.
Данные МРТ показали, что у пациентов с одним полушарием головного мозга его участки работают ничем не хуже, чем у людей с целым головным мозгом, у первых даже нейронные связи крепче!
Это доказывает — мозг способен компенсировать потерю большой своей части.
Ранее 2020 г в Подмосковье обнаружили такого человека. Когда мужчина поступил в больницу с ишемической атакой, врачи были в шоке! На КТ обнаружили, что его мозг цел наполовину! Такая особенность не помешала мужчине прожить 60 с лишним лет, получить высшее образование, отслужить в армии и завести семью. У него никогда не было никаких отклонений...
Снимок МРТ пациента, который почти 60 лет не знал о своей удивительной аномалии - отсутствие левого полушария. На протяжении всей жизни его это никак не беспокоило.
Модели человеческого мозга
2023: Создан чип с клетками человеческого мозга внутри. Он умеет играть в игры
В середине июля 2023 года стало известно о том, что австралийские исследователи из Университета Монаша создали полубиологический компьютерный чип под названием DishBrain, который содержит приблизительно 800 тыс. клеток мозга человека и мыши. Решение подтвердило свои интеллектуальные способности, научившись играть в Pong за пять минут. Подробнее здесь.
2021: Исследователи Cortical Labs создали «мини-мозг», который состоит почти из миллиона живых клеток
Исследователи Cortical Labs создали «мини-мозг», который состоит почти из миллиона живых клеток, в чашке Петри. В системе клетки человеческого мозга помещали над микроэлектродами, которые стимулировали их и анализировали нейронную активность. Об этом стало известно 19 декабря 2021 года. Подробнее здесь.
2020: Российские студенты создали «фантом» человеческого мозга из гидрогеля
Команда студентов НИТУ МИСиС разработала «фантом» человеческого мозга – модель из гидрогеля со структурным и механическим подобием реальному органу. «Фантомозг» позволит студентам изучать патологическую анатомию тканей, а практикующим нейрохирургам – проводить тренировочное оперативное вмешательство. Об этом 2 июля 2020 года НИТУ МИСиС сообщил Zdrav.Expert. Подробнее здесь.
Хроника
2024
Почему острая еда делает людей счастливыми. Научное объяснение
Пристрастие многих людей к острой пище может быть связано с противогрибковыми и антибактериальными свойствами еды с капсаицином — алкалоидом, содержащимся в различных видах стручкового перца. Об этом говорится в исследовании, с результатами которого TAdviser ознакомился в конце сентября 2024 года. Подробнее здесь
Футбол вреден. Как даже легкие удары головой по мячу влияют на мозг. Научное объяснение
24 сентября 2024 года канадские ученые из Университета Британской Колумбии (UBC) обнародовали результаты исследования, говорящие о том, что даже легкие удары головой по мячу во время игры в футбол провоцируют изменения мозговой активности. Полученные данные могут помочь в разработке будущих протоколов и рекомендаций по безопасности для различных видов спорта.
В ходе исследования восемь здоровых взрослых людей выполняли контролируемые удары головой по футбольному мячу с силой, сопоставимой с той, которая обычно наблюдается во время игры. При этом испытуемые носили датчики электроэнцефалографии (ЭЭГ) и специальные каппы, которые одновременно отслеживали активность мозга и движение головы. Установлено, что у участников в моменты удара наблюдалось кратковременное, но статистически значимое увеличение дельта-волн мозга — низкочастотных волн, связанных с сонливостью и сном.
Футбол вреден, даже легкие удары головой по мячу влияют на мозг
|
| Когда эта дельта-активность, похожая на сон, происходит во время бодрствования, она может нарушить обработку информации и привести к ухудшению внимания. Для спортсменов это может означать снижение концентрации после удара, — говорит доктор Линдиа Ву (Lyndia Wu), руководитель работы.
|
|
У большинства участников мозговая активность быстро возвращалась к норме, что указывает на отсутствие долгосрочных эффектов. Однако у некоторых испытуемых наблюдались более выраженные изменения: это говорит об индивидуальных различиях в реакции мозга на удары по мячу головой. Ученые также оценили, как сила и направление ударов влияют на активность мозга. Оказалось, что более сильные удары приводят к большему увеличению интенсивности дельта-волн, в то время как косые удары провоцируют увеличенную активность на противоположной стороне головы.[6]
Как работает мозг у влюбленных. Научное объяснение
В конце августа 2024 года специалисты из Университета науки и технологий Китая обнародовали результаты исследования, говорящие о том, что при восприятии эмоций романтические пары демонстрируют большую синхронизацию как в поведении, так и в мозговой активности, нежели близкие друзья. Это проливает свет на особенности работы мозга у влюбленных. Подробнее здесь
Как мозг воспринимает музыку. Научное объяснение
В середине июля 2024 года обнародованы результаты исследования, объясняющие механизм восприятия музыки мозгом. Специалисты установили, что данный процесс сопряжен с последовательной активацией нескольких определенных областей.
В работе приняли участие сотрудники Центра музыки в мозге Орхусского университета и Центра эвдемонии и человеческого процветания Оксфордского университета. Для исследования были отобраны 83 добровольца в возрасте от 19 до 63 лет: все они обладали нормальным слухом и имели преимущественно высшее образование. На первом этапе испытуемым было предложено запомнить короткое музыкальное произведение. Затем участники проходили тест на слуховое распознавание, в процессе которого деятельность их мозга анализировалась посредством магнитоэнцефалография (МЭГ). Эта технология позволяет измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга.
Ученые выяснили, как музыка на мозги действует
Задача распознавания состояла из 135 пятитональных музыкальных последовательностей, некоторые из которых были идентичны исходному произведению, а другие систематически менялись. Исследователи установили, что в случае оригинальных музыкальных фрагментов активность в мозге инициировалась в соответствии с определенной иерархической схемой. Сначала активировалась слуховая кора (область, отвечающая за обработку звуковой информации), а затем подключались гиппокамп и поясная извилина, которые связаны с памятью и когнитивной оценкой.
Если же музыкальная последовательность была изменена, возникали ошибки прогнозирования. Сначала они проявлялись в слуховой коре, а затем распространялись на гиппокамп, переднюю поясную извилину и вентромедиальную префронтальную кору. Таким образом, авторам работы удалось установить, в каком порядке определенные зоны головного мозга реагируют на музыку. Долгосрочные цели этого исследования заключаются в том, чтобы создать инструменты скрининга деменции, основанные на реакции мозга на звуковые сигналы.[7]
Как мозг эмоционально реагирует на окружающий мир. Научное объяснение
15 июля 2024 года специалисты из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Тринити-колледжа в Дублине (Ирландия) обнародовали результаты исследования, демонстрирующие, как мозг эмоционально реагирует на окружающий мир. В работе также приняли участие сотрудники Google.
Ученые смогли предугадывать реакцию человека на различные сцены, используя только визуализацию мозга и компьютерное моделирование. При этом оценивался не только тип реакции (положительная, отрицательная или нейтральная), но и то, насколько сильной она является. В ходе исследования добровольцам демонстрировались разные изображения, способные вызывать те или иные эмоции, — например, фотографии злой собаки, малыша или человека, которого тошнит. Участников при этом просили оценить снимки как положительные, отрицательные или нейтральные и сообщить о степени эмоционального возбуждения. Трехмерная активность головного мозга испытуемых анализировалась с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
Как мозг эмоционально откликается на окружающий мир
Анализ общемозговой активности показал, что за все типы реакций отвечает затылочно-височная кора (occipital temporal cortex). Именно она реагирует на разные категории стимулов, а также определяет их. При этом изображения с разными эмоциональными составляющими вызывают активность в разных зонах затылочно-височной коры. Иными словами, позитивные лица с высоким возбуждением провоцируют отклик в несколько иных областях, чем негативные лица с высоким возбуждением или нейтральные лица с низким уровнем возбуждения.
На основе полученных данных исследователи создали нейросеть, способную определять реакцию человека на то или иное изображение по активности зон в затылочно-височной коре. Искусственный интеллект успешно справился с поставленной задачей.[8]
В России запускают лабораторию нейромоделирования — для исследований мозга с использованием ИИ
27 мая 2024 года Донской государственный технический университет (ДГТУ) сообщил о формировании лаборатории «Медицинские цифровые изображения на основе базисной модели». Речь идет о площадке нейромоделирования для проведения исследований биологических образцов с использованием искусственного интеллекта. Подробнее здесь.
Сибирские ученые вырастили «мини-мозги»
Ученые ИЦиГ СО РАН вырастили «мини-мозги» - церебральные 3D-органоиды, трехмерные ткани, по строению похожие на отдельные части настоящих органов. Об этом пресс-служба института сообщила 7 февраля 2024 года. Подробнее здесь.
Обнаружен революционный механизм, защищающий головной мозг от старения
31 января 2024 года американские исследователи из Индианского университета сообщили об обнаружении механизма, который может защитить головной мозг от старения. Полученные результаты могут играть решающую роль в предотвращении различных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, а также боковой амиотрофический склероз. Подробнее здесь.
Как любовь меняет мозг — первое в мире исследование
9 января 2024 года специалисты из Австралийского национального университета, Университета Канберры и Университета Южной Австралии обнародовали результаты первого в мире исследования, объясняющего, как любовь меняет мозг. Выяснилось, что во время влюбленности мозг иначе воспринимает окружающий мир. Подробнее здесь.
2023
Что происходит с мозгом во время депрессии. Научное обоснование
Основной причиной развития депрессии являются генетически обусловленные нарушения обмена биогенных аминов. Об этом 15 ноября 2023 года рассказали российские специалисты из Первого МГМУ имени И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет). Подробнее здесь.
MachineMD создала нейроофтальмоскоп для неинвазивной оценки состояния головного мозга
Швейцарская компания MachineMD, специализирующаяся на производстве медицинского оборудования, разработала нейроофтальмоскоп, предназначенный для неинвазивной оценки состояния мозга и выявления возможных отклонений. Подробнее здесь.
В сибирском медвузе открыли лабораторию по изучению мозга за 15 млн рублей
В октябре 2023 года на базе кафедры нормальной физиологии Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) открылась научно-образовательная лаборатория когнитивной нейрофизиологии психосоматических отношений. Там будут изучаться фундаментальные механизмы работы мозга и когнитивных функций в условиях информационных нагрузок, а также создаваться «прорывные разработки в этой области», сообщила пресс-служба вуза. Подробнее здесь.
3D-печать нервной ткани лечит травмы головного мозга
4 октября 2023 года британские исследователи из Оксфордского университета сообщили о разработке новой технологии 3D-печати нервной ткани, имитирующей структуру коры головного мозга. Метод, как ожидается, в перспективе поможет в лечении различных травм и нейродегенеративных заболеваний. Подробнее здесь.
Определен компонент крови, который омолаживает мозг
16 августа 2023 года американские исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско сообщили о том, что им удалось идентифицировать компонент крови, вызывающий омолаживающий эффект для мозга. Это достижение открывает путь для разработки новых методов лечения возрастных когнитивных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера.
Ранее специалисты Калифорнийского университета выяснили, что кровь молодых мышей при переливании в организм старых грызунов способна омолаживать мозг, в частности, улучшать способности к обучению. Однако было не ясно, какой именно компонент крови вызывает подобный эффект. В рамках новой работы ученые установили, что в процессе омоложения участвует так называемый тромбоцитарный фактор 4 (PF4) — хемокин, способствующий свертыванию крови и заживлению ран.
В процессе омоложения участвует тромбоцитарный фактор 4 (PF4) — хемокин
Специалисты обратили внимание на то, что у молодых мышей наблюдается более высокий уровень содержания PF4 в крови, чем у грызунов старшего возраста. Тогда участники проекта начали вводить PF4 старым мышам без добавления других компонентов крови. Оказалось, что соотношение различных типов иммунных клеток в организме грызунов изменилось — оно стало более похожим на то, что обычно наблюдается у молодых мышей. Более того, некоторые иммунные клетки вернулись к более молодому характеру экспрессии генов.
Хотя PF4 не может преодолевать гематоэнцефалический барьер, его общее воздействие на иммунную систему приводит к изменениям в головном мозге посредством косвенных механизмов. У старых мышей, получавших дозы PF4, наблюдалось снижение воспаления в гиппокампе — части мозга, которая особенно уязвима к последствиям старения. Кроме того, грызуны показали увеличение концентрации молекул, способствующих синаптической пластичности (способности изменять силу связей между нервными клетками). Старые мыши, которым вводили PF4, по сравнению со своими сверстниками показали лучшие результаты в когнитивных тестах, таких как запоминание информации.[9]
Психика
Примечания