Гомункулус мозга. Люди в вашем мозгу: гомункулюс Пенфилда. Короткое мозговое замыкание

3. Ядро обонятельного анализатора помещается в филогенетически древней части коры мозга, в пределах основания обонятельного мозга - uncus, отчасти гиппокампа (поле 11).

4. Ядро вкусового анализатора , по одним данным, находится в нижней части постцентральной извилины, близко к центрам мышц рта и языка, по другим - в uncus, в ближайшем соседстве с корковым концом обонятельного анализатора, чем объясняется тесная связь обонятельных и вкусовых ощущений. Установлено, что расстройство вкуса наступает при поражении поля 43.

Анализаторы обоняния, вкуса и слуха каждого полушария связаны с рецепторами соответствующих органов обеих сторон тела.

5. Ядро кожного анализатора (осязательная, болевая и температурная чувствительность) находится в постцентральной извилине (поля 1, 2, 3) и в коре верхней теменной области (поля 5 и 7). При этом тело спроецировано в постцентральной извилине вверх ногами, так что в верхней ее части расположена проекция рецепторов нижних конечностей, а в нижней - проекция рецепторов головы. Так как у животных рецепторы общей чувствительности особенно развиты на головном конце тела, в области рта, играющего огромную роль при захватывании пищи, то и у человека сохранилось сильное развитие рецепторов рта.

В связи с этим область последних занимает в коре постцентральной извилины непомерно большую зону . Вместе с тем у человека в связи с развитием руки как органа труда резко увеличились рецепторы осязания в коже кисти, которая стала и органом осязания. Соответственно этому участки коры, соответствующие рецепторам верхней конечности, много больше таковых нижней конечности. Поэтому, если в постцентральную извилину врисовать фигуру человека головой вниз (к основанию черепа) и стопами вверх (к верхнему краю полушария), то надо нарисовать громадное лицо с несообразно большим ртом, большую руку, особенно кисть с большим пальцем, резко превосходящим остальные, небольшое туловище и маленькую ножку. Каждая постцентральная извилина связана с противоположной частью тела вследствие перекреста чувствительных проводников в спинном и частью в продолговатом мозге.

«Анализатор есть сложный нервный механизм, начинающийся наружным воспринимающим аппаратом и кончающийся в мозгу» (И. П. Павлов). С точки зрения И. П. Павлова , мозговой центр , или корковый конец анализатора, имеет не строго очерченные границы, а состоит из ядерной и рассеянной частей - теория ядра и рассеянных элементов . «Ядро» представляет подробную и точную проекцию в коре всех элементов периферического рецептора и является необходимым для осуществления высшего анализа и синтеза. «Рассеянные элементы» находятся по периферии ядра и могут быть разбросаны далеко от него; в них осуществляются более простой и элементарный анализ и синтез. При поражении ядерной части рассеянные элементы могут до известной степени компенсировать выпавшую функцию ядра , что имеет огромное клиническое значение для восстановления данной функции.

До И. П. Павлова в коре различались двигательная зона, или двигательные центры , предцентральная извилина, и чувствительная зона , или чувствительные центры , расположенные позади sulcus centralis . И. П. Павлов показал, что так называемая двигательная зона, соответствующая предцентральной извилине , есть, как и другие зоны мозговой коры, воспринимающая область (корковый конец двигательного анализатора). «Моторная область есть рецепторная область. Этим устанавливается единство всей коры полушарий» (И. П. Павлов).

Мозг человека – сложнейший по своей организации и совершенный, по сути, орган.

Подумать только, он обеспечивает все в нашей жизни: возможность ходить, дышать, видеть, слышать, говорить, думать, жить!

Мозг координирует и регулирует все жизненно важные функции организма человека, более того мозг контролирует его поведение .

Если мозг перестает работать, то организм человека переходит в пассивное состояние, когда на любую стимуляцию, извне или изнутри, нет реакции. Человек не сможет слышать, видеть, чувствовать, осознанно двигаться – он как овощ, который просто существует, но в полной изоляции, депривации от внешнего мира.

Все мы знаем, что мозг высшего млекопитающего делится на две основные части: спинной иголовной .

Головной мозг по своей структуре симметричен .

• При рождении малыша его мозг весит примерно 300 г,
• по мере роста человека он увеличивается и у взрослого он весит около 1500 г.
• мозг мужчин, как правило, чуть тяжелее мозга женщины.

У здорового взрослого индивида вес мозга составляет около 2% от общего веса человека.

Не стоит думать, что чем больше весит мозг, тем умнее и гениальнее человек. Ученые давно доказали, что уровень интеллекта и гениальность совершенно не связаны с весом мозга.

Гениальность и интеллект зависят от количества нервных связей , которые создает сам мозг.

Что же представляет собой головной мозг человека, какие отделы он содержит?

1) Продолговатый мозг , который управляет вегетативными функциями организма человека.

Он отвечает, прежде всего, за регуляцию дыхания, сердечно-сосудистую деятельность, пищеварительные рефлексы, обмен веществ .

2)Задний мозг: мозжечок и варолиев мост.

Именно он ответственен, за координацию движений

3) Средний мозг - отвечает за первичные ориентировочные рефлексы организма человека на внешние раздражители.

Движение глаз, поворот головы в сторону источника звука или света - это работа среднего мозга, так называемого нашегозрительного центра .

4) Промежуточный мозг:

а) таламус , который обеспечивает обработку большей части импульсов от наших рецепторов (ну кроме обонятельных), а также отвечает за эмоциональную окраску информации;

б) гипоталамус , который регулирует вегетативные функции организма

В нем расположены центры чувства насыщения, голода, жажды, удовольствия, и обеспечивает регуляцию сна и бодрствования человека .

5) Передний мозг представляет собой два полушария: левое и правое. Его поверхность покрыта бороздами и извилинами, что увеличивает поверхность, следовательно, обеспечивает более совершенную работу мозга. Полушария составляют до 80% массы всего мозга.

Благодаря коре больших полушарий возможна работа высших психических функций.

Считается, что левое полушарие отвечает за мыслительные процессы, счет и письмо, а правое – за восприятие сигналов внешнего мира. Левое полушарие – абстрактно-логическое, правое – творческое и образное.

Однако в настоящее время ученые считают такое деление достаточно условным, потому что в реализации высшей психической деятельности человека, его поведении участвуют равнозначно оба полушария, хотя конечно они играют различную роль в формировании образов восприятия.

Кора головного мозга отвечает за ряд специфических функций.

• Височная доля отвечает за слух и обоняние,
• затылочная за зрение,
• теменная за осязание и вкус,
• лобная за речь, движение и мышление.

Причем чем сложнее действие, тем большая часть коры отвечает за него.

В психологии и нейропсихологии существует такое понятие как гомункулус.

Гомункулус – это некая физиологическая и психологическая метафора.

Средневековые алхимики говорили о существе, подобном человеческому, которое можно создать искусственным путем. Например, Парацельс в XVI веке предлагал такой «рецепт»: человеческую сперму, необходимо заключить в особый сосуд, потом провести с ней длительные процессы обработки (некие манипуляции) и она станет гомункулом, который надо «вскармливать» человеческой кровью.

В XVII-XVIII веках считалось, что гомункул содержится в сперме человека, а когда попадает в организм будущей мамы, то превращается в человека. Гомункул выступает здесь как «ген передачи», некое существо, живущее в теле человека, регулирующее его мораль и ценности, который управляет поведением человека.

Конечно это лишь предположения и догадки свойственные развитию мысли и науки того времени. Однако термин остался и прижился для определения сложной работы коры головного мозга человека.

Выходит, гомункулус в современной науке – это схематическое изображение моторных и сенсорных функций человека на корковой проекции. Мы видим пропорции тела человека, его функций и действий, его поведение, в соотношении к количеству коры, задействованной в работе этих функций.

Чем сложнее действие, чем мельче моторика, чем выше психическая функция, тем большая площадь коры за него отвечает.

Итак, подведем итоги:

1) нормальная работа его отделов обеспечивает функционирование всего организма, здоровье человека, возможность деятельности человека, его потенциал, его реакцию на все виды раздражителей, его поведенческие реакции.

2) работа больших полушарий - функционирование коры головного мозга, которая обеспечивает весь широкий спектр его психических функций: ощущение и восприятие, внимание, мышление и речь, его память, воображение и т.д.– словом все то, что составляет сущность его психической деятельности, его сознания.

Сознание человека – это высшая форма отражения действительности, оно связано, самым тесным образом, с работой мозга человека: с речью, мышлением (абстрактным и логическим), памятью. Сознание – это функция мозга

Именно оно обеспечивает единство и регулирование человеческой деятельности и поведения.

Ощущения, которые мы испытываем посредством органов чувств, — это наш важнейший источник информации о внешнем мире и собственном теле. Любые ограничения этого потока — для человека тяжкое испытание. Ведь даже если слух и зрение в порядке, но их обладатель сидит в глухом темном карцере, первейший источник страдания в том, что для этих чувств практически нет объекта приложения, вся жизнь — где-то там, за стенами. У детей, из-за глухоты и слепоты с раннего детства ограниченных в получении информации, происходят задержки психического развития. Если с ними не заниматься в раннем возрасте и не обучать специальным приёмам, компенсирующим эти дефекты за счёт осязания, их психическое развитие станет невозможным.

Ощущения, возникающие как реакция нервной системы на раздражитель, обеспечиваются деятельностью специальных нервных аппаратов — анализаторов . Каждый состоит из трёх частей: периферического отдела, называемого рецептором ; афферентных, или чувствительных, нервов, проводящих возбуждение в нервные центры; и собственно нервных центров — отделов мозга , в которых и происходит переработка нервных импульсов.

Однако не всегда ощущения человека дают ему верное представление об окружающей его действительности, существуют, так сказать, «ложные» сенсорные феномены, искажающие исходные раздражения или возникающие при отсутствии какого бы то ни было раздражения вообще. Практикующие врачи на них часто не обращают внимание, квалифицируют как странность или аномалию. А исследователи, интересующиеся высшей нервной деятельностью, напротив, недавно стали проявлять к ним повышенное внимание: тщательное их изучение позволяет получить новые представления о функционировании мозга человека.

Профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California , San Diego), директор Исследовательского центра высшей нервной деятельности (Center for Brain and Cognition) Вилейанур Рамачандран (Vilayanur S. Ramachandran) занимается исследованием неврологических нарушений, вызванных изменением в небольших отделах мозга пациентов. Он уделил особое внимание «ложным» сенсорным феноменам в своих Рейтовских лекциях (Reith Lectures) 2003 года, которые были собраны в книгу «Рождение разума» (The Emerging mind).

«Всё богатство нашей психической жизни — наши настроения, эмоции, мысли, драгоценные жизни, религиозные чувства и даже то, что каждый из нас считает своим собственным „я“ — всё это просто активность маленьких желеобразных крупинок в наших головах, в нашем мозгу», — пишет профессор.

Память о том, чего уже нет

Одно из таких «ложных» ощущений — это фантомные конечности (phantom limb). Фантомом называют внутренний образ или устойчивое воспоминание о части тела, обычно конечности, сохраняющееся у человека месяцами или даже годами после её потери. Фантомы были известны ещё в древности. Во время гражданской войны в США это явление подробно описал американский невролог Сайлас Митчелл (Silas Weir Mitchell , 1829-1914), именно он в 1871 году впервые и назвал такие ощущения фантомными конечностями.

Любопытную историю о фантомах приводит известный невролог и психолог Оливер Сакс (Oliver Sacks) в книге «Человек, который принял жену за шляпу» :

Одному моряку в результате несчастного случая отрезало указательный палец на правой руке. Все последующие сорок лет его мучил назойливый фантом этого пальца, так же вытянутого и напряженного, как во время самого происшествия. Всякий раз, поднося руку к лицу во время еды или чтобы почесать нос, моряк боялся выколоть себе глаз. Он отлично знал, что это физически невозможно, но ощущение было непреодолимо.

Доктор Рамачандран работал с пациентом, которому ампутировали руку выше локтя. Когда учёный касался его левой щеки, пациент уверял его, что чувствует прикосновения к своей ампутированной руке — то к большому пальцу, то к мизинцу. Чтобы понять, почему же так происходило, следует вспомнить некоторые особенности нашего мозга.

Гомункулус Пенфилда

Кора головного мозга — это высокодифференцированный аппарат, строение различных её областей отличается. И нейроны, входящие в состав определённого отдела, часто оказываются настолько специфичными, что реагируют только на определённые раздражители.

Ещё в конце XIX века физиологи нашли в коре мозга собак и кошек зону, при электрической стимуляции которой наблюдалось непроизвольное сокращение мышц противоположной стороны тела. Удалось даже точно определить, какие именно участки мозга связаны с той или иной группой мышц. Позднее эту моторную зону мозга описали и у человека. Она находится спереди от центральной (роландовой) борозды.

Канадский невролог Уайлдер Грейвс Пенфилд (Wilder Graves Penfield , 1891-1976) нарисовал на этом месте забавного человечка — гомункулуса с огромным языком и губами, большими пальцами и маленькими руками, ногами и туловищем. Гомункулус есть и позади центральной борозды, только он не моторный, а сенсорный. Участки этой зоны коры мозга связаны с кожной чувствительностью различных частей тела. Позднее было найдено ещё одно полное двигательное «представительство» тела меньшего размера, отвечающее за поддержание позы и некоторые другие сложные медленные движения.

Тактильные сигналы от поверхности кожи левой стороны туловища человека проецируются в правом полушарии мозга, на вертикальном участке корковой ткани, которая называется постцентральной извилиной (gyrus postcentralis). А проекция лица на карте поверхности мозга находится сразу вслед за проекцией руки. По всей видимости, после операции, перенесённой пациентом Рамачандрана, та часть коры головного мозга, которая относится к ампутированной руке, перестав получать сигналы, стала испытывать голод по сенсорной информации. И сенсорные данные, идущие от кожи лица, стали заполнять примыкающую вакантную территорию. И теперь прикосновения к лицу ощущалось пациентом как прикосновение к утраченной руке. Магнитоэнцефалография подтвердила эту гипотезу учёного о преобразовании карты мозга — действительно, прикосновения к лицу пациента активировали не только область лица в мозгу, но и область руки в соответствии с картой Пенфилда. В обычной ситуации прикосновения к лицу активируют только лицевую область коры.

Позднее Рамачандран и его коллеги, изучая проблему фантомных конечностей, столкнулись с двумя пациентами, перенёсшими ампутацию ног. Оба получали ощущения фантомных конечностей от гениталий. Учёные предполагают, что некоторые незначительные «перекрёстные» соединения существуют даже в норме. Возможно, именно этим можно объяснить, почему ноги часто считают эрогенной зоной и воспринимаются некоторыми как фетиш.

Эти исследования позволили сделать очень важное предположение, что мозг взрослого человека обладает колоссальной податливостью и «пластичностью». Вероятно, утверждения, что связи в мозгу закладываются на эмбриональной стадии или в младенчестве и их невозможно изменить в зрелом возрасте, не соответствуют действительности. У учёных пока нет чёткого понимания, как именно использовать удивительную «пластичность» взрослого мозга, но некоторые попытки предпринимаются.

Так, некоторые пациенты доктора Рамачандрана жаловались, что их фантомные руки чувствовали «онемение», «парализованность». Об этом же писал в своей книге и Оливер Сакс. Часто у таких пациентов и до ампутации рука находилась в гипсе или была парализована, то есть пациент после ампутации оказался с парализованной фантомной рукой, его мозг «запомнил» это состояние. Тогда учёные попытались перехитрить мозг, пациент должен был получить зрительную обратную связь о том, что фантом подчиняется командам мозга. Сбоку от пациента было установлено зеркало, так что когда он смотрел на него, то видел отражение своей здоровой конечности, то есть он видел две работающие руки. Каково же было изумление участников и организаторов эксперимента, когда пациент не только увидел фантомную руку, но и почувствовал её движения. Этот опыт был повторён неоднократно, визуальная обратная связь действительно «оживляла» фантомы и избавляла от неприятных ощущений парализованности, мозг человека получал новую информацию — всё, мол, в порядке, рука двигается — и ощущение скованности исчезало.

Кортикальные клетки, чьи рецептивные поля располагаются на поверхности тела рядом, группируются вместе и в коре. В результате в первичной соматосенсорной коре образуется представительство контрлатеральной поверхности тела, которое может быть картировано с помощью микроэлектродной техники. Карта поверхности туловища и лица человека, находящаяся на постцентралыюй извилине, получила название "сенсорный гомункулус". Изображения на этой карте непропорциональны, поскольку наибольший объем нервной ткани относится к областям тела с особенно плотной иннервацией - область вокруг рта, большой палец руки и остальные пальцы (рис. 34.11 , рис. 7.15а)). Такое представительство иногда называют соматосенсорным гомункулусом.

Впервые это явление было обнаружено канадским нейрохирургом Уайлдером Пэнфилдом (Wilder Penfield) в ходе операций на головном мозге при местной анестезии. Чтобы убедиться, что те или иные иссечения мозга не приведут к катастрофическим последствиям, Пенфилд стимулировал кору в различных точках и спрашивал пациента, что он чувствует. Поскольку размеры РП кортикальных клеток варьируют так сильно, получившаяся карта чрезвычайно неизоморфна. Надо отметить, что в соматосенсорной коре "присутствует" не один гомункулус, а четыре - по одному в каждом из субрегионов - т.е. полях Бродмана 1, 2, 3а и 3b. Эти карты, в основном, совпадают между собой.

Вся наша жизнь пронизана алгоритмами. С появлением компьютеров понятие алгоритм стало чуть ли не ключевым во многих областях знаний. Алгоритм как последовательность действий, ведущая к нужному результату, — это не только способ решения практических задач, это еще и критерий понимания. Если мы можем создать алгоритм, воспроизводящий результаты работы природной системы, то мы часто считаем, что работа этой системы нам понятна. Конечно, здесь кроется определенный подвох. Из того, что алгоритм выдает аналогичный результат, нельзя сделать вывод, что природа получает его тем же способом. Надо очень осторожно подходить к использованию алгоритмических аналогий, когда речь заходит о работе мозга. Стоит учитывать: то, что мы наблюдаем как определенный функциональный результат, может быть, с одной стороны, следствием работы генетически предопределенных структур, и тогда алгоритмическое описание вполне уместно, а может быть следствием самоорганизации и приобретения новых свойств, и тогда алгоритмическое описание результата не имеет особой ценности без понимания принципов самоорганизации.

Основное представление о самоорганизации связано с корой мозга, образующей его наружную поверхность. У человека кора занимает более 40 процентов от общего объема мозга. У всех других живых существ размер коры существенно скромнее. Большая часть объема коры у человека приходится на новую кору — неокортекс. Свое название «новая» эта часть коры получила потому, что возникла на поздних этапах эволюции. У низших млекопитающих эта часть коры только намечена. Иногда новую кору называют новым мозгом, а остальные структуры - древним мозгом.

Рисунок 1. Строение мозга человека

1. Борозда мозолистого тела. 2. Угловая борозда. 3. Угловая извилина. 4. Мозолистое тело. 5. Центральная борозда. 6. Парацентральная долька. 7. Предклинье. 8. Теменно-затылочная борозда. 9. Клин. 10. Шпорная борозда. 11. Шишковидное тело. 12. Пластинка четверохолмия. 13. Мозжечок. 14. Четвертый желудочек. 15. Межталамическое сращение, таламус. 16. Продолговатый мозг. 17. Варолиев мост. 18. Ножка мозга. 19. Гипофиз. 20. Третий желудочек. 21. Передняя (белая) спайка. 22. Прозрачная перегородка

Во второй половине XIX века было обнаружено, что поверхность коры не однородна, а состоит из зон, имеющих определенную специализацию.

В 1861 году к французскому врачу Полю Брока пришел пациент, который потерял способность говорить и мог сказать только «тан-тан». Когда пациент скончался, Брока исследовал его мозг и обнаружил, что участок левой лобной доли размером с куриное яйцо был поврежден. Брока пришел к выводу, что эта часть мозга отвечает за речевые способности. Исследования головного мозга других пациентов с аналогичными симптомами подтвердили предположения Брока, и с тех пор эта зона называется в его честь. Неспособность произнести ничего, кроме повторяющихся слогов, назвали афазией Брока.

В 1871 году немецкий врач-невролог Карл Вернике диагностировал у нескольких своих пациентов другой тип афазии. Они могли отвечать на определенные вопросы, но их ответы не имели смысла и содержали бессмысленный набор звуков вместо отдельных слов. Например, если бы вы спросили одного из пациентов Вернике, где он живет, он мог бы ответить: «Да, конечно. Грустно думдить па редко пестовать. Но если вы считаете барашто, то это мысль, тогда стрепте». Проведя аутопсию, Вернике обнаружил, что такой тип афазии был вызван поражением другой зоны, расположенной рядом с зоной Брока. И болезнь, и зона мозга были названы в честь Вернике.

Чтобы понять назначение различных зон, исследователи начали проводить опыты с раздражением коры электрическим током. Опыты на животных показали, что при раздражении отдельных участков коры возникает сокращение мышц конечностей, причем в той половине тела, которая противоположна раздражаемому полушарию.

В 20-х годах XX века Уайлдер Пенфилд занимался хирургическим лечением эпилепсии. Он разработал методику, которая заключалась в том, что во время операции на открытом мозге производилась электрическая стимуляция различных его отделов, что позволяло более точно локализовать эпилептический очаг. Во время операции больные находились в сознании и описывали свои ощущения, которые тщательно фиксировались, а затем анализировались. Пенфилд использовал информацию, полученную в ходе сотен операций на мозге, для создания функциональных карт поверхности коры мозга. Он обобщил результаты картографии основных моторных и сенсорных областей коры и впервые точно нанес на карту корковые области, касающиеся речи. Пенфилд показал, что, чем большее значение имеет та или иная функциональная система организма, тем более обширную территорию занимает ее проекция. Так возникли известные схемы, которые называют «человеком Пенфилда». Он имеет непропорционально большие губы, рот, руки, но маленькое туловище и ноги - в соответствии со степенью управляемости тех или иных групп мышц и их общим функциональным значением. Пенфилд установил, что сенсорные и двигательные зоны мозга похожи на карты человеческого тела. Соседние участки тела, как правило, представлены соседними участками коры мозга.

Рисунок 2. «Гомункулус» Пенфилда. Слева – корковая проекция чувствительности; справа – корковая проекция двигательной системы

Для исследования того, как распространяется возбуждение внутри коры, был придуман метод химической стимуляции. Бумажку, смоченную раствором стрихнина, налагали на определенный участок коры головного мозга, тем самым раздражая его. Затем электроды последовательно прикладывали к соседним участкам, «прощупывая» таким образом, далеко ли распространяется вызванное раздражение. Эксперименты показали, что на стимуляцию одного участка порой отвечали различные зоны коры, расположенные иногда на значительном расстоянии от раздражаемого пункта. Таким образом, сформировалось представление об иерархии проекций зон коры. Зоны, отвечающие за проекции сенсорной и двигательной информации, назвали первичными. Зоны, которые наиболее связаны с первичными, назвали вторичными. И наконец, зоны, которые возбуждаются вслед за вторичными, назвали третичными.

Опыты по электростимуляции показали, что с переходом от нижних уровней к высшим усложняются и вызываемые образы - как зрительные, так и слуховые. Раздражение первичных отделов зрительной коры вызывало у пациентов на операционном столе элементарные ощущения. Больные видели мелькающие световые точки, окрашенные шары, языки пламени… Аналогичная картина наблюдалась при раздражении и первичных участков слуховой коры, с той лишь разницей, что в этих случаях у людей появлялись элементарные слуховые галлюцинации (шумы, звуки различного тона).

Раздражение вторичных отделов зрительной коры вызывало сложные, причудливо оформленные зрительные образы: испытуемые видели людей, зверей и т. п. Причем, как в статике, так и в движении.

Воздействие на аналогичные области слуховой коры приводило к появлению сложных слуховых галлюцинаций - звучанию музыкальных мелодий, иногда фраз известных песен, при этом пациент осознавал, что внешний источник звука отсутствует.

Воздействие электрических импульсов на третичные отделы зрительной коры приводило к многоплановым галлюцинациям, сопровождаемым звуковыми компонентами. Больные видели развернутые сцены, целые картины, слышали звуки оркестра (Penfild, и др., 1968).

Очень упрощенно распространение активности в коре можно представить следующим образом. Вся сенсорная информация тем или иным путем проецируется на первичные зоны коры. Первичные зоны проецируются на множество других зон, которые, в свою очередь, проецируются дальше. Сложность системы проекций можно представить, взглянув на рисунок 3.

Рисунок 3. Структура связей мозга человека. По материалам университета Индианы (Stu)

Когда в результате проецирования информация отображается на двигательные зоны, это приводит к поступкам. Когда же отображение приходится, обратно, на первичные сенсорные зоны, это воспринимается как мысленный образ.