Строение головного мозга у млекопитающихся. Мозг млекопитающих общие характеристики мозг млекопитающих можно Как выглядит головной мозг млекопитающего

Конечный мозг млекопитающих обладает наиболее сложными корковыми формациями полушарий. Основу цитоархитектонического деления коры полушарий разработал в начале XX в. К. Бродман. Он разделил кору на две основные области: гомогенетическую, для которой характерно шести - семислойное строение, и гетерогенетическую, где такое строение отсутствует. Гомогенетическая кора разделяется на гомотипическую (шестислойное строение сохраняется и во взрослом состоянии) и гетеротипическую (в процессе эмбриогенеза количество слоев меняется). Каждая из этих территорий разделяется на области, а области на поля, различающиеся по строению, связям, функциональной значимости. Так, у приматов выделено 11 областей, включающих 52 поля.

По классификации И. Н. Филимонова основная область коры, обозначенная им как новая кора (неокортекс, изокортекс), соответствует гомогенетической коре по Бродману. Области старой (ар- хикортекс) и древней (палеокортекс) коры гомологичны только части гетерогенетической коры. Остальную часть коры занимает так называемая межуточная кора (мезокортекс), состоящая из пе- риархикортекса, отделяющего новую кору от старой, и перипалео- кортекса, отделяющего новую кору от древней.

В состав новой коры, по мнению И. Н. Филимонова, должен быть включен весь паллиум, в пределах которого стенка мозга уже

на самых ранних этапах развития характеризуется наличием основных слоев Гисса (матрикс, промежуточный слой, корковая пластинка, краевой слой). Старая и древняя кора, в отличие от новой, на ранних стадиях развития характеризуется неполнотой строения стенки мозга. Межуточная кора имеет переходный тип строения.

К палеокортексу относятся пириформная кора и препириформ- ная область полушария, а также обонятельная луковица, переднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, септум, часть амигдалы и ряд мелких ядер вентромедиальной стенки полушария . В состав архикортекса у млекопитающих включают районы гиппокампа, зубчатой фасции, субикулума. Периархикортекс представлен пре- и парасубикулумом, taenia tecta, энторинальной и цингулярной корой; перипалеокортекс - переходной инсулярной областью. Исследование большого числа млекопитающих показало, что деление коры на отмеченные выше основные области всюду сохраняет свое значение и проблема их гомологии у представителей разных групп млекопитающих не встречает существенных затруднений.

В 70-е годы, развивая идеи И. Н. Филимонова и других исследователей, швейцарский нейроморфолог Ф. Занидес сформулировал теорию четырех последовательных стадий развития коры полушарий млекопитающих. Согласно этой теории неокортекс имеет сложное происхождение и его формации развиваются из двух зачатков: архикортекса и палео- кортекса. Архикортикальная «половина» - предшественник неокорти- кальных формаций медиальной стенки полушария, палеокортикальная «половина» - вентральной и латеральной. Первая стадия на пути формирования неокортекса («изокортекса» в терминологии Ф. Занидеса) - образование двуслойной межуточной коры (мезокортекса), состоящего из периаллокортекса - медиально, перипалеокортекса - латерально (рис. 110). Затем образуются формации уже многослойной коры, представленные во взрослом мозге структурами цингулярной коры - медиально и инсулярной (островковой) - латерально. Далее на их основе формируются собственно отделы шестислойного изокортекса. Он включает в себя две зоны: переходную (произокортекс, прокониокортекс), включающую парацингулярную (лимбическую) и параинсулярную (инсулярную) кору, и основную зону, представленную структурами настоящей новой коры - кониокортекса. На последнем этапе формирования новой коры из структур переходных областей формируются первичные и вторичные сенсорные корковые зоны. В их пределах развиваются и все остальные поля и зоны новой коры. Таким образом, новая кора млекопитающих имеет двойное происхождение, и каждый ее участок имеет определенные структурно-функциональные особенности в зависимости от удаления от первичных зон формирования данной области коры.

Новая кора (neocortex). В эволюции млекопитающих новая кора благодаря своему интенсивному росту оттеснила старую и древнюю кору на медиальную и вентральную поверхности полушария. В результате сформировались две основные борозды: гиппокамповая (sh), отделяющая старую кору от новой, и ринальная (srh), отделяющая древнюю кору от новой. Эти борозды отчетливо выражены в конечном мозге всех млекопитающих. Далее происходило образование борозд и извилин в пределах корковых областей. По степени развития борозд и извилин полушария мозга млекопитающих разделяются на два типа: лиссэнцефалический, для которого характерно отсутствие или очень слабое развитие борозд на поверхности полушария, и гирэнцефалический - с более или менее развитой системой борозд и извилин. Первый тип характерен для однопроходных, низших сумчатых, насекомоядных, рукокрылых, грызунов. Остальные млекопитающие имеют на поверхности полушарий систему борозд и извилин. Изучение конфигурации извилин и борозд мозга различных млекопитающих имеет важное значение, однако попытки стандартизировать номенклатуру борозд и извилин пока успешны только в отношении мозга человека и нескольких видов приматов (рис. 111).

Рис. Ill

Рисунок основных борозд (sulcus) и извилин (gyrus) на боковой (Л) и медиальной (Б) поверхностях головного мозга приматов (человек. Ногтю supiens)

В отношении других млекопитающих проблема номенклатуры борозд и извилин очень актуальна. Есть несколько причин несоответствия номенклатур: 1 - изучаемые виды (даже близкородственные) резко различаются по рисунку борозд; отмечается значительная внутривидовая (индивидуальная) изменчивость; так, например, величина затылочной области коры мозга человека колебалась от 9072 мм до 11748 мм, у оранга - от 4036 до 5350 мм, у низших древних обезьян (церкопитеков) от 1842 до 2594 мм; 2 - гомология борозд и извилин у разных животных обычно неизвестна; 3 - разные авторы, независимо друг от друга, дают разные названия одним и тем же бороздам и извилинам; 4 - отсутствие единой методологии исследования анатомии мозга и единой точки зрения на морфологическое и функциональное значение борозд. Тем не менее изучение архитектоники поверхности полушарий большого числа видов и групп млекопитающих позволило выделить несколько общих закономерностей анатомической организации полушарий.

Формирование рисунка борозд и извилин происходит в пре- и постнатальном онтогенезе животного постепенно. Первыми формируются главные, первичные борозды и извилины (например, ри- нальная, гиппокамповая, сильвиева), затем вторичные и т. д. С количеством извилин и борозд тесным образом связаны такие важные параметры развития мозга, как: площадь и относительный объем, занимаемые той или иной корковой формацией.

Различные архитектонические поля обычно занимают различные извилины. Границы таких зон определяют по дну противоположных извилин, так называемых «лимитирующих борозд» (например: ар- куатная, центральная борозды у приматов; латеральная, супрасиль- виева, крестообразная и посткрестообразная борозды у хищных; цин- гулярная, ринальная или сильвиева борозды у всех млекопитающих).

Многие борозды лежат внутри одного цитоархитектоническо- го поля, при этом выделяют так называемую «осевую борозду», занимающую середину того или иного цитоархитектонического поля. Примером таких борозд у приматов являются верхняя и нижняя прецентральная извилины. Во многих случаях одна и та же извилина включает в себя ряд цитоархитектонических полей, границы которых анатомически определить невозможно. Примером являются поля За, 3b, 1, 2 на постцентральной извилине. Различные таламические, подкорковые, стволовые, мозжечковые, спинальные ядра и центры посылают проекции и получают реципрок- ные связи от различных специфических кортикальных извилин или групп извилин .

Существуют значительные различия в рисунке борозд и извилин на уровне отрядов, семейств, родов, видов млекопитающих и даже на внутривидовом, индивидуальном уровне. Необходимо подчеркнуть, что среди современных млекопитающих есть представители, анатомия мозга которых значительно отличается от формы, характерной для всей группы. Так, у ехидны (представителя низших однопроходных млекопитающих) полушария имеют необычно развитую систему борозд и извилин, захватывающих даже область древней коры (рис. 112).

Цитоархитектоническая структура новой коры подробно изучена у многих млекопитающих и имеет ряд общих черт строения. Неокортекс в большинстве зон и полей имеет типичное шестислойное строение. Каждый слой коры характеризуется определенным набором клеточных элементов, системой афферентных и эфферентных связей.

Слой 1 (зональный или молекулярный) развивается в онтогенезе очень рано как краевая зона стенки мозга и по сути дела не принадлежит корковой пластинке. Основное место в слое занимает система параллельных волокон, а также немногочисленные нейроны различного типа. Основной объем слоя I занимают апикальные дендриты

нейронов нижележащих слоев, на которые оканчиваются аксоны корково-корковых связей, подкорковых нейронов, аксоны клеток Кахаля - Ретциуса, клеток Мартиноти. Подсчитано, что каждый аксон параллельных волокон образует до несколько тысяч аксо-денд- ритных (35%) и аксо-шипиковых (66%) касательных, серийных синапсов.

Слой II (наружный зернистый) содержит большое количество мелких и средних по размеру звездчатых и пирамидных нейронов. Ширина и клеточная густота слоя II в различных полях коры различаются. Основная масса синапсов представлена аксо-дендрити- ческими и аксо-соматическими контактами, располагающимися на теле нейрона или на проксимальных участках дендритов. Появляются сложные синаптические комплексы, сами синапсы распределяются по слою неравномерно, образуя скопления (т. н. «синаптические поля, гроздья, гнезда»). Граница с нижележащим слоем III нечеткая.

Слой III (пирамидный) состоит, в основном, из мелких и средних пирамид и звездчатых нейронов разного типа. В слое также преобладают аксо-шипиковые контакты (55%). Важно отметить, что в слоях II - III появляется большое количество (12%) аксо-аксональ- ных контактов, образованных аксонами специализированных тормозных звездчатых нейронов. Морфология слоя сильно варьирует от поля к полю, в связи с чем он часто разделяется на ряд подслоев. В верхней части слоя расположено аксонное сплетение, образованное ветвлениями ассоциативных афферентов (полоска Кез - Бехтерева).

Слой IV (внутренний зернистый) состоит из звездчатых и пира мидных нейронов и наиболее изменчив в новой коре у млекопитаю щих. Именно исходя из строения слоя IV новую кору классифицируют на гомотипическую кору (поля с хорошо выраженным, но однородным по структуре слоем) и гетеротипическую кору (где слой сильно варьирует). По степени варьирования структуры слоя в гетеротипической коре выделяют агранулярные поля (слой IV отсутствует, например, поля 4, 6 прецентральной области) и гранулярные поля (слой IV разделяется на ряд подслоев, например: поля 17, 18 зрительной области). Значительные изменения происходят и в клеточном составе слоя. Преобладают аксо-дендритические контакты (60%), на проксимальных сегментах дендритов, много аксо-ак- сональных (12%) и аксо-шипиковых (30%) синапсов. Особенность слоя IV подчеркивается и тем, что здесь оканчивается основная масса таламических афферентов, образующих еще одно аксонное сплетение в коре - полоску Белларже.

Слои V (ганглиозный) содержит популяцию крупных и гигантских пирамид и небольшое количество звездчатых нейронов разного вида. В ряде полей этот слой разделяется на ряд подслоев, а его элементы достигают гигантских размеров (80 - 120 мкм). Это гигантские пирамиды Беца в поле 4 прецентральной области или пирамиды Мейнерта в поле 17 зрительной области.

Слои VI (полиморфный) состоит из мелких полигональных нейронов и специальных клеток (нейроны Мартинноти). Этот слой отличает довольно сложная синаптоархитектоника: здесь встречаются синаптические комплексы конвергентного и дивергентного типов, смешанные и реципрокные синапсы. Здесь преобладают аксо-дендритические синапсы.

Внутривидовая изменчивость в структуре одноименных полей достигает больших величин (до 15%). Межвидовая изменчивость, связанная со сложными процессами эволюции млекопитающих и их ЦНС, еще более значительна. Так, исследования поля 9 (фронтальная область коры) у 16 видов млекопитающих, включая человека, проведенное с помощью методов стереологического анализа на ЭВМ, показали, что цитоархитектоническая структура поля значительно отличается у разных видов по целому ряду параметров. Так, толщина коры отличалась у изученных видов более чем в два раза (например, у человека в сравнении с насекомоядными). Слой I у ряда видов очень тонкий, особенно у приматов (человека и обезьян), тогда как у других очень широкий (африканского слона, дельфина белобочки, морской свиньи). Очень сильно варьирует плотность нейронов в слоях коры. Такие млекопитающие, как лемуры и обезьяны, имеют чрезвычайно высокую плотность нейронов, тогда как у слонов и дельфинов она очень низкая. Сильно варьируют размеры нейронов в слоях неокортекса. Мелкие клетки одного размера преобладают в коре мозга лемуров и низших обезьян, средние по размеру нейроны отмечены у насекомоядных и хищных, очень крупные нейроны обнаружены в коре мозга хоботных и китообразных. У высших приматов и человека вариации размеров нейронов очень велики, однако их характерной чертой можно считать присутствие большой фракции мелких звездчатых нейронов в слоях коры III - IV (отсюда термин, часто применяемый при описании неокортекса приматов, -- кониокортскс, пылевидная кора).

Нейронная структура новой коры млекопитающих чрезвычайно разнообразна и сложна. Для нее характерно наибольшее среди других отделов ЦНС разнообразие нейронных типов и разновидностей. По одной из классификаций, разработанной Г. И. Поляковым (Институт мозга АМН СССР), в новой коре человека выделяется до 56 разновидностей нейронов. Весь нейронный состав неокортекса можно разделить на три большие группы нейронов: пирамидные, непирамидные и переходные нейроны.

Пирамидные нейроны располагаются в слоях коры II - VI и характеризуются большим разнообразием форм и разновидностей (рис. 113, а). Для типичных пирамид характерно тело конусовидной формы, от апикального полюса которого отходит апикальный дендрит (или дендриты), достигающий слоя I, где он дихотомически ветвится. От базальной части тела отходит более или менее развитая система базальных дендритов (от 4 до 16). Основная ветвь аксона направляется вниз, выходя за пределы коры и образуя систему эфферентных проекций. Доля пирамидных нейронов в различных слоях коры сильно колеблется, но в целом составляет (в зависимости от зоны и поля коры) от 50 до 90% клеток. Полагали, что для пирамидных клеток характерно сильное развитие дендритной системы, отличающейся большим полиморфизмом, тогда как аксонная система менее развита и более однообразна. Однако в настоящее время.установлено, что большинство пирамидных нейронов коры имеют наряду со сложной системой дендритных ветвлений и сложную систему аксонных ветвлений, образующих богатую сеть коллатералей в пределах коры (рис. 113; б, в). Тем самым подтверждается точка зрения на то, что и пирамидные нейроны принимают активное участие в образовании системы внутримодульных и внутрикорковых ассоциативных связей.

В группу непирамидных (звездчатых) нейронов входят такие разновидности, как нейроны с восходящим аксоном, клетки с двойным букетом дендритов с нисходящими или восходящими аксонами, клетки с локальными аксонными ветвлениями, клетки-«кан- делябры», большие и малые корзинчатые клетки, шипиковые и бесшипиковые звездчатые нейроны и ряд более мелких разновидностей. К разновидностям непирамидных нейронов также относят ряд специализированных клеток коры: веретеновидные нейроны, клетки Мартинотти, нейроны Кахаля - Ретциуса. Все разновидности непирамидных клеток составляют в коре примерно 10%, но их функциональная роль очень велика. Именно непирамидные нейроны, их аксонные терминали, образуют систему внутрикорковых связей, регулируют ход физиологических процессов в корковых модулях и их объединениях.

Для большого числа звездчатых нейронов доказана тормозная функция: их аксоны оканчиваются на телах, аксонном холмике, начальном сегменте аксона - местах, где генерируется нервный импульс. В синапсах обнаружены популяции синаптических пузырьков овальной формы, содержащие тормозные медиаторы: ГАМК(гамма-аминомаслянная кислота), глицин, глутамат и др. Звездчатые нейроны - самые молодые элементы неокортекса, формирующиеся на последних этапах пренатального и даже в первый период постнатального развития - они как бы завершают формирование структурно-функциональной целостности коры. Наличие в коре определенного набора звездчатых нейронов является важным показателем уровня эволюционного развития коры. В нейроморфологии даже используется специальный термин «звездчатость», определяющий уровень структурно-функционального развития коры.

Переходные формы корковых нейронов сочетают в себе признаки того или иного основного класса нейронов: например, пирамидо- звезды, звездообразные пирамиды, пирамидо-веретена и т. п. Их присутствие в коре еще раз демонстрирует проявление в строении нервной системы позвоночных принципов полиморфизма и структурной переходности (см. главу 1).

Подробный качественный и количественный анализ структуры неокортекса у представителей разных групп млекопитающих позволил сделать вывод об относительной униформности, консервативности коры. Так, количество нейронов в единице объема коры у разных видов млекопитающих и в разных зонах коры оказалось одинаковым, отношение количества пирамидных и непирамидных клеток относительно постоянно у обезьян, кошек и крыс, большинство типов непирамидных клеток, включая специализированные виды клеток - «канделябров», встречаются у всех млекопитающих от насекомоядных до приматов. Получены данные о сходных гистохимических и медиаторных параметрах неокортекса разных млекопитающих.

В коре существует определенная иерархия зон, которые участвуют в восприятии, анализе и переработке афферентн]ой информации разного вида, поступающей в эти зоны. В эволюции млекопитающих в коре происходит постепенное вычленение из общей, недифференцированной коры специфических зон. Это так называемые проекционные (сенсорные) зоны и ассоциативные зоны. Поля проекционных зон принимают участие в непосредственной переработке стимулов определенной модальности (соматосенсорной, зрительной, слуховой ит. п.) и разделяются на центральные (первичные, по старой терминологии) и периферические (вторичные) поля. Например: у человека в соматосенсорной области выделяют центральное поле 3, в зрительной - поле 17, в слуховой - поле 41 и соответственно периферические поля 1 и 2; 18 и 19; 42 и 22.

Показано, что центральные поля имеют большее значение в непосредственном анализе первичной сенсорной информации, а периферические поля - в интеграции сигналов той же модальности, которые направляются затем в соответствующее центральное поле. Центральные и периферические поля связаны друге другом системой двусторонних связей. Млекопитающие с маленьким мозгом и небольшим неокортексом имеют, как правило, только несколько первичных и вторичных сенсорных и моторных зон, занимающих при этом большую часть новой коры. Эти районы включают первичные и вторичные соматосенсорные поля SI и S2, первичные и вторичные зрительные поля VI и V2, первичную слуховую кору AI и первичные моторные поля MI (рис. 114). Млекопитающие из высших отрядов, обладающие более крупными полушариями и большой площадью неокортекса, имеют наряду с базовыми, основными сенсорными и моторными зонами, большое количество дополнительных сенсорных полей. Так, например, у кошек есть по меньшей мере 7 слуховых полей, 12 зрительных, 5 соматосенсорных. У мартышки обнаружено6 слуховых, 15 зрительных и 7 соматосенсорных полей.

Сравнивая структуру мозга таких млекопитающих со структурой мозга однопроходных, сумчатых и низших плацентарных, неокортекс которых включает те же зоны, можно предположить, что подобная базовая

hie. 114

Подразделение зон неокортекса на первичные и вторичные поля у разных млекопитающих (Kaas. 1992)

а - еЛс. б - белка, в - кошка, г - обезьяна. MI - первичные моторные, SI, SII - первичные и вторичные соматосенсорные, AI - первичные слуховые, VI, VII - первичные и вторичные зрительные поля. Объяснения в тексте

схема строения неокортекса сложилась у примитивных мезозойских млекопитающих более чем 200 млн. лет назад. Новые зоны в неокортексе могли появляться из разных источников: либо путем вычленения внутри уже сформированных высокодифференцированных сенсорных зон, либо постепенно развиваясь на основе первично существующих недифференцированных зон. В связи с этим полагают, что увеличение разнообразия сенсорных и моторных зон и полей неокортекса могло происходить в разных линиях млекопитающих независимо и является результатом параллельной или конвергентной эволюции и одноименные поля и зоны неокортекса, возможно, негомологичны.

Важным этапом развития неокортекса было вычленение в коре ассоциативных (третичных и четвертичных) зон и полей, в которых отсутствует прямое представительство той или иной чувствительности (модальности), а происходит широкая конвергенция разнообразной информации, поступающей сюда как из первичных сенсорных и проекционных полей, так и из других зон неокортекса. Ассоциативные области коры отличаются, кроме того, наиболее сложным и дифференцированным клеточным составом, особенно разнообразны в этих полях звездчатые нейроны. У высших приматов и человека основная масса ассоциативных полей сосредоточена в лобной и теменно-височной областях полушарий.

Ассоциативные зоны нсокортекса сильно дифференцированы и включают несколько групп нолей, каждая из которых имеет свои характеристики и занимает определенный участок коры. Группа I (па- расенсорные поля) тесно связана с соответствующими первичными и вторичными полями данной модальности, их активность зависит от деятельности этих зон. Группа II подвержена влиянию со стороны первичных зон лишь отчасти, поскольку их ответ на афферентные стимулы разной модальности формируется относительно независимо от активности первичных проекционных зон. Группа III совершенно независима от активности первичных зон, здесь происходит наиболее сложный синтез разномодальных сигналов, поступающих в эту зону из разных источников. Ассоциативные зоны и поля формируются на самых последних этапах пренатального развития, а их окончательное созревание происходит уже после рождения.

В процессе эволюции млекопитающих происходило последовательное увеличение площади, занимаемой ассоциативными полями и усиление вариабельности в расположении одноименных зон коры даже у близко- родственных животных (рис. 115). В основном же за счет увеличения числа и размеров ассоциативных зон происходит и общее увеличение площади неокортекса.

Каждое поле и область коры имеют многочисленные связи с другими отделами коры и частями мозга. Примерно половина из них образована афферентными волокнами, входящими в данное поле. Они разделяются на две большие группы: кортико-кортикальные (ассоциативные и межлолушарные) и связи, образованные афферентными волокнами из нижележащих отделов мозга. Ассоциативные

Рус. 115

Расположение и степень развития корковых полей различных типов на латеральной поверхности полушарий млекопитающих (Богословская, Поляков, 1981) а - еж, б - крыса, в - собака, г - мартышка, д - оранг, е - человек; / - 3 - поля неокортекса: первичные (/), вторичные(2) и третичные (.3); 4 - территория древней, старой и межуточной коры; 5 - обонятельная луковица; 6 - ринальная борозда связи объединяют поля в пределах одного полушария. В образовании этих связей принимают участие нейроны многих слоев коры, при этом аксоны пирамидных нейронов составляют от 60 до 90% связей. Распределениетерминалей ассоциативных волокон зависит от слоя коры, в котором проходят кортико-кортикальные аксоны, а также от типа полей, связанных друг с другом. Так, поля, не имеющие связей со стороны другого поля из соседнего полушария, не образуют ассоциативных связей с одноименным полем и в пределах своего полушария. Основная масса ассоциативных волокон оканчивается на дистальных участках дендритов и их шипиков как пирамидных, так и непирамидных нейронов. Имеются и определенные видовые различия в организации одноименных ассоциативных связей: так, у обезьяны поле 7 теменной области связано ассоциативными связями с меньшим количеством полей, чем у кошки.

Комиссуральные волокна сосредоточены в основном в мозолистом теле, corpus callosum. Его формирование связано с развитием новой коры, однако при резком увеличении у высших млекопитающих, по сравнению с низшими, площади мозолистого тела плотность волокон сохраняется на одном уровне: примерно 400 тысяч волокон на 1 мм 2 сечения. В коре есть участки, как образующие комиссуральные связи (их большинство), так и лишенные их (поле 17 зрительной коры). Большинство каллозальных связей симметричны, хотя есть и несимметричные проекции между полями разных функциональных зон коры. Нейроны, образующие каллозальные связи, располагаются во всех слоях коры, с преимущественной концентрацией в III и V слоях, а их окончания обнаружены во всех слоях коры (рис. 116). Обнаружено, что ряд нейронов как пирамидного, так и непирамидного типов образуют одновременно и каллозальные и ассоциативные связи. Морфологически это обеспечивается присутствием у таких нейронов развитой системы длинных аксонных коллатералей. Среди других трактов, образующих межполушарные ассоциативные связи, необходимо упомянуть переднюю комиссуру (commissure anterior), хорошо выраженную у всех млекопитающих и соединяющую структуры древней коры (палеокортекса), а также гиппокампову комиссуру (commissure hippocampi), соединяющую области гиппокампа (архикортекс) и участки энторинальной коры.

Афферентные связи включают кроме перечисленных выше тала- мо-кортикальные и экстраталамические проекции. Основная масса специфических таламических афферентов проходит в IV слой, хотя и в других слоях коры также имеются их окончания. На пирамидных

Hue. 116

Организация некоторых проводящих систем конечного мозгя млекопитающих (Йонтов п др., 1990, Szentagotai, 1983):

а-г- развитие мозолистого тела (СС) у ежа («). крысы (б), кошки (в ), обезьяны (?), О - места образования и окончания каллозальных волокон и коре, е -общая схема организации ассоциативных и межиолушарных связей в неокортексе, 1-VI - слои коры, звездочка -- гомологичные модули в соседних полушариях, I - корковый модуль; 2 межмодульные связи; 3 - связи между зонами я пределах полушария (аксоны пирамидных нейронов): 4. Г» - межполушарные связи между гомологичными () и негомологичными (5) зонами коры и модулями нейронах коры таламические афференты образуют преимущественно аксо-шипиковые синапсы, на непирамидных нейронах разного типа - аксо-дендритные и аксо-соматические. Диаметр зоны ветвления таламических афферентов составляет от 300 до 500 мкм и во многом определяет размер корковых модулей.

Экстраталамические афференты берут начало в основном от центров ствола и в соответствии с источником проекции разделяются на холин-, адрен-, дофамин- и серотонинергические. Эти волокна проходят во все слои коры (в каждой системе имеются свои особенности распределения окончаний по слоям), идут параллельно поверхности коры на большом расстоянии (до нескольких миллиметров) и образуют как типичные синаптические соединения, так и модуляторные контакты. Общее число таких окончаний составляет от 5 до 12% от числа межнейронных контактов в коре.

Наиболее крупными эфферентными путями считаются кортико-спинальные (пирамидный тракт) и кортико-бульбарные тракты. Они образованы аксонами пирамидных нейронов нижних (V - VI) слоев коры. Большинство эфферентов (особенно идущих от моторных и сенсорных полей коры) имеют строго топическую организацию. Волокна нисходящих трактов формируют многочисленные коллатерали, оканчивающиеся в различных отделах мозга. Так, коллатерали волокон пирамидного тракта оканчиваются на нейронах красного ядра, образующих рубро-спинальные проекции, и влияют на их деятельность.

Направления эволюционного развития структуры новой коры у разных видов плацентарных млекопитающих оказались различными. У млекопитающих встречается несколько вариантов строения неокортекса.

Первый тип неокортекса встречается у представителей таких отрядов, как: насекомоядные, рукокрылые, грызуны, зайцеобразные. Неокортекс у этих животных занимает от 30 до 60% поверхности полушария, ассоциативные области развиты очень слабо. Практически отсутствуют борозды и извилины (за исключением основных, характерных для всех млекопитающих). Для цитоархитектоничес- кого строения коры характерно"преимущественное развитие I слоя и нижних слоев V - VI, практйческое отсутствие IV слоя (рис. 117). Уровень нейронной дифференцировки достаточно низок. Пирамидные нейроны слоя II имеют систему веерообразных дендритов, направляющихся в слой I. Такая система ветвления дендритов является атипичной. Среди пирамид нижележащих слоев отмечается большая вариабельность по размерам и форме дендритного дерева: от типичных пирамид дот. н. «перевернутых». К признакам низкого уровня организации неокортекса относится и присутствие в его составе многочисленных крупных радиальных нейронов в слоях II - III, множества переходных, недифференцированных форм. Звездчатых нейронов мало, хотя в зачаточной форме в коре разных представителей данной группы млекопитающих могут встречаться все основные разновидности непирамидных клеток. Ультраструктурное исследование показало присутствие в коре большого количества «касательных» аксо-дендритических и аксо-шипиковых синапсов асимметричного типа (тип I по Грею). Синапсы с уплощенными синаптическими пузырьками, для которых, в ряде случаев, доказана тормозная природа контакта, встречаются очень редко. Также редки и аксо-аксональные контакты.

Рус. 117

Цитоархитектоника (а) и нейронная организация (б ) центральной области неокортекса длиннокрылой летучей мыши Minioptcrux sthreibeni

• (Ferrer, 1987)
• 1 -4 - пирамидные нейроны различных слоев; 5 - пирамида II слоя с широкой зоной ветвления дендритов;6-#- гигантские (6 7) и мел к не (#) мульти полярные радиальные нейроны; 9 биполярный нейрон, /- VI - слои коры

Рыс. 118

Внешний вид полушарий конечного мозга дельфина (Tursiops truncatus)

(Jacobs е. а., 1984)

SSylEct - эктосильвнева борозда, орбитофронтальная (OFOper ), теменная (Рорег ), височная (Toper) оперкуляризации (выпячивания) поверхности полушария

Межвидовые вариации в площади неокортекса могут достигать больших величин. Так, в семействе Тенрековые (полуводные насекомоядные) у ежового тенрека неокортекс занимает 18,5% площади всей коры, а у выдровой землеройки - 36,7%; в сем. Кроты у европейского ежа - 30,9%, у пиренейской выхухоли - 41,4%. Толщина коры колеблется от 0,5 мм у некоторых видов летучих мышей, до 1,8 мм у насекомоядных. При этом вариации толщины коры в пределах одного отряда или семейства также очень велики (например: у насекомоядных - от 0,4 мм у белозубки малютки Suncus etruscus, до 1,8 мм у выдровой землеройки Patomogale velox).

На структуру мозга низших плацентарных сильное влияние оказывают адаптивные процессы, связанные с развитием ряда сенсорных систем животных. Так, у европейского ежа (Erinaceus europaeus) обнаружена полисенсорная область коры, которая имеет сложный, дифференцированный нейронный состав и сравнима с ассоциативными областями коры высших млекопитающих. В качестве второго примера можно привести данные по структуре коры мозга белки (зрительная зона). В коре сильно развиты слои П - III, хорошо выражен слой IV, который разделяется на ряд подслоев, обнаружено большое количество высокодифференцированных звездчатых нейронов разного типа. В целом уровень развития зрительной коры белки сравним с таковым у приматов. Еще одним примером такой адаптивной специализации может послужить феномен сильного развития слуховых зон неокортекса у эхо- лоцирующих животных (летучие мыши).

Второй тип неокортекса представлен у китообразных. Своеобразие данного отряда млекопитающих состоит в том, что они освоили водную среду вторично, возникнув от наземных форм древних млекопитающих, входящих в одну или несколько ветвей древних копытных.

Конечный мозг китообразных имеет очень своеобразный вид (рис. 118). По общему рисунку борозд и извилин он отчасти напоминает мозг копытных и хищных, но значительно отличается сильным развитием мелких борозд и извилин, резким изгибом (курватурой) теменной части полушарий, практическим отсутствием височной доли. Индекс энцефализации очень высокий (96), а неокортекс занимает до 97,8% всей площади коры полушарий (больше, чем у высших приматов и человека!). Кроме того, у китообразных, в частности у дельфинов, оказался совершенно другой рисунок распределения первичных моторных и сенсорных зон в полушариях (рис. 119).

Анализ микроструктуры коры, однако, показал, что общий уровень организации такого неокортекса довольно низок. Имея большую площадь неокортекса, китообразные за счет очень небольшой толщины коры (1,5 - 2,2 мм) обладают очень низкими объемными показателями (ниже, чем у насекомоядных и грызунов). Для цитоархитектоническо- го строения характерны: большая ширина слоев I и II, сильная дифференциация слоя III (в зрительной коре дельфинов Stenella coeruleoalba и Tursiops truncatus в его составе выделено три подслоя), практически полное отсутствие слоя IV, а также сильное развитие филогенетически древних слоев V - VI. Отмечается слабая вариабельность цитоархитектонического строения разных зон неокортекса, что придает коре мозга китообразных «монотонный» вид.

Для нейронного состава неокортекса также характерен ряд специфических черт строения (рис. 120). Таламические субкортикальные афференты, входя в кору, ветвятся дихотомически и оканчиваются практически во всех слоях коры, образуя многочисленные аксо-соматические и аксо- дендритные синапсы. Наибольшая плотность синапсов наблюдается в верхних слоях коры, причем большая их часть относится к простым, недифференцированным

Рис 119

Схема расположения основных моторных и сенсорных проекционных зон в неокортексе гипотетического предка млекопитающих и локализация этих зон у современных млекопитающих (Morgan е.а., 1990):

а - гипотетический предок млекопитающих, б - д - современные млекопитающие: кролик (0). кошка (в), обезьяна (/) и дельфин (d). 1 -4 - сенсорные зоны: слуховая (/), зрительная (2 ). соматосенсорная (3). моторная (4)

Рис 120

Схема нейронного строения и синаптических взаимоотношений в зрительной коре неокортекса дельфина (Morgan е. а., 1990)

I - 6 - различные виды пирамидных нейронов, 7.8 - средние (7) и мелкие (8) звездчатые яейроны, а-к - различные виды синапсов, встречающиеся в неокортексе дельфина, aff - таламические афференты, I-V - слои коры

формам; в частности, очень много касательных контактов типа «еп passage*. Слои II и III содержат большое количество пирамидных нейронов нетипичной, переходной формы: перевернутые пирамиды, пирамиды с веерообразными апикальными дендритами, пирамиды-веретена и т. д. Они посылают свои аксоны в белое вещество, но по ходу образуют многочисленные возвратные восходящие коллатерали, контактирующие с дендритами нейронов II III слоев. Подобные пирамидные нейроны встречаются в неокортексе низших млекопитающих. В численном отношении пирамидные нейроны преобладают. Помимо пирамидных нейронов, в неокортексе китообразных обнаружено большое число крупных радиальных звездчатых нейронов изодендритного типа. Их длинные, слабоветвящиеся дендриты охватывают большую площадь, а аксонные ветвления оканчиваются на телах и дендритах нейронов нескольких слоев. Клетки такого типа относятся к разновидностям ретикулоподобних нейронов, являющихся консервативно древними формами корковых нейронов, характерными, как полагают, для начальных этапов эволюции нсокортекса млекопитающих. Высокодифференцированных звездчатых нейронов различного типа в неокортекге китообразных практически нет, в связи с чем у них отсутствует такой важный показатель, как грануляция коры (кониокортекс).

В целом неокортекс китообразных сочетает в себе ряд примитивных черт строения, которые позволяют, исходя из теории эволюции неокортексаФ. Занидеса, рассматривать их неокортекс как структуру, остановившуюся в своем развитии на третьей (параинсулярно- паралимбической) стадии. При этом в мозге дельфинов обнаружена система длинных ассоциативных внутрикорковых связей, что характерно для коры приматов и человека; им свойствен высокий уровень рассудочной деятельности, сложные формы поведения. Все это свидетельствует о весьма своеобразном, во многом независимом от других млекопитающих, пути эволюции конечного мозга китообразных.

Третий тип неокортекса сформировался в эволюции таких групп млекопитающих, как: хищные, ластоногие, копытные, хоботные. Несмотря на имеющиеся различия в организации полушарий у представителей этих Отрядов современных млекопитающих, их объединяет ряд общих черт строения неокортекса. Полушария имеют хорошо развитую систему крупных дуговых извилин и борозд, существенно отличающих их от мозга других млекопитающих и создающих определенные трудности при сопоставлении цитоар- хитектонических карт мозга (рис. 121). У большинства видов отсутствует истинный островок Рейли, перипалеокортикальные поля которого располагаются у хищных практически на поверхности, тогда как у приматов разрастающийся неокортекс отодвигает островок в глубь боковой поверхности полушария. С этим связано и почти полное отсутствие четко выраженной височной доли полушарий. Рельеф коры более сложен у крупных видов, чем у мелких (вплоть до микрогирии - образования многочисленных мелких третичных и четвертичных борозд и извилин, резко усложняющих рисунок коры: например, у медведей). Индивидуальная и межгрупповая изменчивость в этой группе млекопитающих очень велика.

Неокортекс занимает от 80 до 95% площади полушария и имеет большую толщину (от 2,5 до 3,5 мм). Для нейронной структуры, наиболее полно изученной у представителей хищных млекопитающих (кошек и собак), характерно значительное увеличение разнообразия и полиморфизма нейронов. Интенсивно развиваются слои III и IV, увеличивается число звездчатых нейронов, уменьшается количество переходных форм (звездо-пирамид, пирамидо-веретен ит.д.), отсутствуют радиальные нейроны и атипичные формы пирамид, заметно усложняется система

Рис Ш

Рельеф новой коры на латеральной поверхности конечного мозга у некоторых копытных, мозоленогих и хищных (Богословская, Поляков, 1981)

• - европейский кабян, 6 - нильгау, в ~ зубр, г - двугорбый верблюд, д - домашняя лошадь,
• - медведь

дендритных и аксонных ветвлений пирамидных нейронов слоев III и V. В неокортексе намечается разделение на гранулярную (лобная доля) и агранулярную (теменно-затылочная и височная доли) кору; помимо многочисленных первичных и вторичных проекционных и сенсорных полей образуется сложная системы ассоциативных зон.

Однако было бы естественным ожидать, что в такой обширной группе млекопитающих имеются различные варианты строения нсокортек- са.Так, изучение зрительных полей (17,18) затылочной области мозга коровы и овцы показало, что в структуре их неокортекса сохраняются многие черты, свойственные неокортексу низших млекопитающих. Это относительно слабая слоистость коры, отсутствие четких границ слоев (особенно между III и IV), большое количество «нетипичных* пирамид, слабая дифференцировка звездчатых нейронов. Таким образом, в рамках данного типа неокортекса мы встречаемся с рядом разновидностей, что является отражением сложных филогенетических связей в этих отрядах млекопитающих.

Четвертый тип неокортекса сформировался у приматов. Это один из древнейших отрядов млекопитающих, и не удивительно, что именно в пределах этого отряда уровень межвидовой изменчивости очень велик. Так, коэффициент энцефализации у полуобезьян составляет 0,13 - 1,3; низших узконосых обезьян - 0,56 - 2,22; широконосых обезьян Нового Света - 0,54 - 8,4; человекообразных обезьян - 2,03 - 7,35; человека - 32. Новая кора занимает при этом от 85 до 96% площади полушария. У приматов формируется особый рисунок борозд и извилин, основу которых составляют крупные первичные извилины, идущие в поперечном направлении. Отсутствует система дуговых извилин и хорошо развита височная доля (островок Рейли находится при этом в глубине латеральной стенки полушария). Это в значительной мере затрудняет гомологизацию рельефа борозд, извилин и полей неокортекса приматов и других млекопитающих.

У приматов интенсивно развиваются ассоциативные зоны коры, особенно в лобной и теменной области полушарий, максимального развития они достигают у человека. Среди слоев коры у приматов сильное развитие получают III и IV слои, наиболее заметно разделение корковых зон на гранулярные и агранулярные поля. Увеличивается и разнообразие нервных клеток, особенно звездчатых. При этом степень вариабельности в одноименных полях коры у разных представителей приматов очень высока.

Таким образом, исследования структуры новой коры у большого количества видов плацентарных млекопитающих практически из всех основных отрядов позволили сделать ряд важных выводов относительно направлений ее эволюционного развития. Во-первых, общий план строения неокортекса един для всех млекопитающих. Во-вторых, неокортекс приматов (и человека в том числе) является только одним из возможных и реализованных в эволюции типов развития неокортекса. В-третьих, эволюция новой коры проходила в разных отрядах млекопитающих независимо, параллельно. И, наконец, в каждом отряде млекопитающих встречаются представители, уровень развития неокортекса которых не соответствует типу неокортекса, наиболее характерному для данной группы.

В настоящее время созданы различные теории организации неокортекса млекопитающих, среди которых наибольшее распространение получила модульная концепция структурно-функциональной организации коры.

Нейроны коры организованы в строго упорядоченную систему вертикальных объединений - модулей различного размера и формы. Они впервые были обнаружены при изучении соматосенсорной коры мозга крыс. Эти объединения имеют форму вертикальных бочонков, «barrels*, диаметром от 150 до 400 мкм. В бочонке в среднем 4000 нейронов, по периферии плотность клеток выше, чем в центре. Основная масса дендритов и аксонов ветвятся в пределах бочонка. Было показано, что каждой вибриссе на мордочке животного соответствует строго определенный модуль в коре. В дальнейшем было показано, что большинство зон неокортекса у разных видов млекопитающих имеют модульное строение.

Основной предпосылкой формирования нейронных объединений являются дендритные пучки, образованные апикальными дендри- тами групп пирамидных нейронов. Они были описаны в разных областях коры крысы, кролика, кошки, обезьяны, человека, а также у представителей низших отрядов млекопитающих: летучих мышей, ежей, сумчатых. В дендритных пучках создаются благоприятные условия как для дивергенции импульсов, когда одно эфферентное волокно образует несколько контактов с разными дендритами пучка, так и для конвергенции импульсов, когда на одном дендрите оканчиваются аксоны из разных источников. Следовательно, данная форма объединения нейронов в неокортексе является для млекопитающих универсальной. Количество дендритов в пучках колеблется от 2 - 3 до 20 в зависимости от вида животного и зоны мозга. Между телами и дендритами пирамидных нейронов обнаружены многочисленные электротонические контакты, создающие основу для координированной работы нейронов.

Число клеток, входящих в элементарный корковый модуль млекопитающих, составляет примерно 110 клеток. Каждая такая группировка формируется в онтогенезе из отдельных нейрогенетических локусов в вентрикулярной зоне стенки мозга. Полагают, что в продуцировании нейронов модуля одновременно участвует не более 10 клеток. Авторадиографические исследования развития неокортекса мышей показали, что каждый локус продуцирует за один митотический цикл 7-9 нейронов. Учитывая, что в период развития неокортекса мыши формируется 12 генераций нейронов, то общее число клеток элементарного модуля приближается к 110.

Элементарные модули объединяются в макромодули, количество клеток в которых составляет от 3 до 10 тысяч клеток. Общее количество макромодулей в коре млекопитающих колеблется от 0,6 до 2 - 3 млн.

Как указывалось ранее (см. главу 1), в состав корковых модулей входит три группы клеток: «афферентные* нейроны, связанные с внешними (по отношению к модулю) афферентными волокнами различного происхождения; интернейроны (до 10 типов), формирующие сложную систему внутри- и межмодульных связей; «эфферентные* нейроны, аксоны которых выходят за пределы коры. Каждая из этих групп нейронов и даже отдельные его элементы образуют в составе модуля сложнейшую систему пространственно четко организованных «микромодулей* разного вида и размеров.

Размеры коркового модуля во многом определяются зоной ветвления специфических таламических афферентов и составляет от 300 до 500 мкм. Основная масса таламических афферентов ветвится на уровне IV слоя, где на апикальных дендритах каждого пирами- дого образует по 1 - 2 синапса. Кроме пирамидных нейронов таламические афференты контактируют с звездчатыми нейронами разного вида, расположенными в этом же слое (рис. 122).

Модульный принцип организации неокортекса является, по-видимому, универсальным для всех млекопитающих (есть данные, что по модульному принципу построены многие отделы ЦНС не только млекопитающих, но и других позвоночных, как высших, так и низших).

Разнообразие модулей в корковых структурах мозга млекопитающих довольно ограничено. Нет кортикальных зон и полей, которые содержали бы более чем несколько типов модулей. Так, в первичной

Рис 122

Схема нейронной организации «элементарного* коркового модуля (Szentagotai, 1978 - 1984)

1 - пирамидные нейроны; 2 - 6 - различные виды звездчатых нейронов; 7.8- специфические (7) и кортико-кортикальные (8) афференты и зоны их ветвления, геометрические фигуры определяют зоны ветвления отростков клеток модуля и границы самого модуля, I - VI - слои коры зрительной коре макаки обнаружено всего три типа морфо-функциональных модулей: «колонки глазодоминантности», которые активируются либо правым, либо левым глазом; «ориентационные колонки», нейроны которых реагируют на определенное положение предметов в пространстве и так называемые « цитохромоксидазные колонки», где отсутствует предпочтение нейронов к определенной ориентации стимула, но отдается предпочтение цвету. В составе последних выделяется два подтипа модулей, связанных с ощущением желто-голубой гаммы цветов или красно-зеленой. В первичной соматосенсорной коре макаки (поле ЗЬ) и кошек выделяется не более двух типов модулей: один связан с быстрой реакцией на кожную стимуляцию, другой - с медленной. Есть зоны, где обнаружен всего один тип модулей (например, в соматосенсорной коре (SI) мозга крыс). Возможно, развитие методической базы исследований позволит в ряде случаев доказать наличие большего разнообразия модулей в той или иной зоне коры, однако значительного увеличения их разнообразия, по всей видимости, не произойдет. Причины такого эволюционного ограничения не ясны.

Интересную модель становления модульной организации в эволюции млекопитающих предложил П. Морган с сотрудниками. Согласно этой модели в эволюции происходило образование в коре модулей с их последующей модификацией (усложнением) и увеличением количества. Исходный (гипотетический)тип мозга предков млекопитающих характеризовался наличием в коре небольшого количества просто организованных модулей. В этих модулях

Рис 123

Схема возможной эволюции модульного строения коры млекопитающих

• (Glezere. а., 1988)
• б -

а - исходный гипотетический модуль, б - модифицированный модуль. I - пирамиды слоя II с широкой зоной ветвления дендри- тов; 2 - пирамиды слоев III - V; 3 - муль- типолярная клетка; 4 - биполярная клетка; 5 - короткоаксонные звездчатые нейроны разных типов; 6 - специфические и 7- неспецифические таламо-кортикаль- ные афференты специфические и неспецифические таламо-кортикальные волокна, а также ассоциативные и комиссуральные проекции направлялись преимущественно в слой I, контактируя с апикальными дендрита- ми пирамидных и непирамидных нейронов (рис. 123). Большие мультиполярные изодендритные нейроны посылали свои аксоны во второй слой, обеспечивая внутрикорковые связи. Таким образом, основным «афферентным» слоем коры был слой II с его специализированными пирамидными клетками, аксоны которых направлялись во все нижележащие слои коры.

В процессе эволюции в модулях происходило разделение зон окончаний основных афферентных проекций. Таламо-кортикальные афференты оканчиваются преимущественно в новом, интенсивно развивающемся слое IV, где появляется большое число высокоспециализированных звездчатых нейронов. Другие афференты направляются в верхние слои коры, давая на своем протяжении многочисленные коллатерали.

В разных группах млекопитающих процесс модификации и увеличения количества модулей шел, по мнению автора этой гипотезы, независимо, в результате чего к настоящему времени сформировалось четыре основных типа неокортекса. Консервативный , при котором сохраняются многие признаки гипотетического типа коры, встречается у представителей современных отрядов насекомоядных и рукокрылых. Прогрессивно-консервативный тип, характеризующийся некоторым увеличением количества модулей и незначительным их усложнением. Животные с таким типом неокортекса встречаются практически во всех отрядах современных млекопитающих (например, лемуры и мартышки среди приматов). При прогрессивном типе строения коры количество, степень сложности и разнообразие модулей значительно увеличивается. В каждом отряде млекопитающих есть представители, неокортекс которых имеет черты прогрессивного типа (среди приматов - это высшие обезьяны и человек). Консервативно-прогрессивный тип отличается резким увеличением количества модулей в коре при незначительной их модификации, что приводит к формированию « монотонной » структуры коры (китообразные).

Старая кора (archicortex). Старая кора мозга млекопитающих образована в основном структурами гиппокампа, который разделяется у плацентарных млекопитающих на три отдела: прекомиссуральный (прекаллозальный), супракомиссуральный (супракаллозальный) и ретрокомиссуральцый (посткаллозальный). Из-за сильного развития у высших млекопитающих мозолистого тела первые два отдела у них редуцируются (рис. 124). Прекомиссуральный отдел, расположенный между зоной переднего обонятельного ядра и мозолистым телом, представлен мелкими пирамидными клетками и связан афферентными и эфферентными проекциями с.пириформной и энтори- нальной корой. Средняя часть гиппокампа превращается в узкую полоску серого вещества, связывающего передний и задний отделы гиппокампа. Ретрокомиссуральный отдел наиболее развит и представлен структурами субикулума (S) и собственно гиппокампа, который состоит из ряда зон (СА 1 - 4) и зубчатой фасции (FD). Гиппокамп имеет корковую структуру и состоит из пяти слоев, основным из которых является слой III, образованный пирамидными нейронами. У низших млекопитающих этот слой узкий, компактный; у высших - широкий, диффузный.

Гиппокамп - важнейший компонент лимбической системы конечного мозга, связанный со многими отделами головного мозга. Он получает афферентные проекции от различных зон неокортекса (включая ассоциативные поля), а также септума, амигдалы, ряда ядер таламуса, многих отделов ствола мозга. Эфферентные проекции гиппокампа образованы аксонами исключительно пирамидных нейронов и проходят в основном в составе свода. Через него обеспечивается связь гиппокампа с амигдалой, таламусом, гипоталаму-

Ршс 124

Организация гиппокампа у ежа (а) и человека (б) и строение гиппокампа лемура на тангенциальном срезе (я)

(Stephan, Malonescu, 1980)

/ - прекаллозальный; 2 - супракаллозальный и 3 - посткаллозальный отделы гиппокампа; 4 - мозолистое тело; 5 - передняя комиссура; СА1 и СА2/3 - отделы гиппокампа, ERC - эн- торинальняя кора. FD - зубчатая фасция. PaS - парасубикулум, PrS - пресубикулум, S - субикулум сом, палеокортексом, септумом. У высших млекопитающих над мозолистым телом формируется пучок волокон - пояс, cingulum, через который гиппокамп связан с другими отделами архикортекса и рядом полей неокортекса. Комиссуральные связи осуществляются через комиссуру гиппокампа.

Древняя кора (paleocortex). Древняя кора у млекопитающих занимает в полушарии вентральное положение, оттесненная с латеральной поверхности сильно разросшейся новой корой. Для нее характерны слабая слоистость и неполное отделение от соседних клеточных масс стриатума. Основная часть палеокортекса - пири- формная кора - получает обонятельные проекции по латеральному обонятельному тракту, волокна которого оканчиваются на апикальных дендритах пирамидных нейронов пириформной коры. Аксоны этих нейронов направляются в обонятельный бугорок, а также в префронтальную область коры. Палеокортекс имеет эфферентные:вязи с амигдалой и эпиталамусом. Обращает на себя внимание тот Ьакт, что у животных, имеющих редуцированную обонятельную систему (например, дельфины, некоторые птицы), палеокортекс раз- зит хорошо. Это свидетельствует о том, что палеокортекс функцио- гально связан не только с обонянием.

Субпаллиальные формации. В конечном мозге млекопитающих:убпаллиальные формации включают в себя: хвостатое ядро, nucl. audatus, и скорлупу, putamen, часто рассматриваемые как единая:труктура (неостриатум), а также бледный шар, globus pallidus, (па- геостриатум), ограду, claustrum, амигдалу, структуры вентромеди- 1ЛЬНой стенки полушария (септум, обонятельный бугорок, ядро ди- тональной связки Брока, безымяннаясубстанция, nucl. accumbens).

Цитоархитектоническая и нейронная организация стриатума 1лекопитающих (он включает формации нео-, палеостриатума и граду) очень сложна. Неостриатум цитоархитектонически неодно- юден. Его клетки образуют сложные пространственные комплек- ы - стриосомы, окруженные более рыхло расположенными нейронами, составляющими так называемый матрикс. На поперечных резах мозга в состав центральной части стриосомы входит от 1500 о 15000 нейронов разного размера и формы. Нейроны часто распо- агаются очень плотно, что предполагает наличие электротонических онтактов и синхронизации работы групп нейронов в стриосомах. Форса этих островков, в основном округлая или эллипсоидная (300 - 00 мкм в диаметре), однако объемная реконструкция стриосом на са- иттальных и тангентальных срезах мозга показала очень сложную ространственную конфигурацию подобных комплексов (рис. 125).

Рис. 125

Трехмсрняя реконструкция пространственных комплексов (стриосом) в хвостатом ядре млекопитающих (Goldman - Rakic, 1982) а - зона матрикса, б - зона стриосом

Матрикс представлен скоплениями рыхло расположенных нейронов. Отмечены и существенные различия в медиаторной мозаике стриосомы и матрикса. Стриосомы хвостатого ядра вполне можно рассматривать как аналоги корковых модулей неокортекса.

В составе хвостатого ядра выделено несколько типов нейронов, различающихся по размеру (крупные, средние, мелкие), по типу аксонов (длинно- и короткоаксонные) и характеру дендритных ветвлений (густо- и редковетвистые; шипиковые и бесшипиковые). Показано, что клетки любого размера могут быть как длинноаксонными, образующими эфферентные проекции, так и короткоаксонными, формирующими внутристриатарные связи. Крупные длинноаксонные нейроны дают восходящие проекции в кору, тогда как мелкие и средние длинноаксонные нейроны - нисходящие проекции. В эволюции млекопитающих доля мелких нейронов разного типа увеличивается.

Для микроструктуры неостриатума характерно значительное количество касательных синапсов. Большинство из них - аксо-денд- ритные. Аксоны идут не параллельно дендритам, а перпендикулярно, пересекая один за другим. Несмотря на некоторое преобладание дивергенции окончаний, в значительном количестве встречаются и синаптические комплексы конвергентного типа, когда на одном дендрите оканчивается несколько аксонных окончаний. Еще одна особенность хвостатого ядра - высокая плотность нейропиля, образованного большим количеством миелинизированных и немиелини- зированных волокон. Большую часть этих сплетений составляют коллатерали короткоаксонных интернейронов, а также входящих в ядро афферентных волокон. Аксоны большинства нейронов оканчивается в пределах неостриатума и лишь незначительное количество нейронов образуют внешние связи. В связи с этим одной из особенностей строения неостриатума является обилие внутренних связей.

Бледный шар разделяется цитоархитектонически на внутренний и наружный сегменты. У приматов и человека наружный и внутренний сегменты бледного шара тесно прилегают друг к другу, разделяясь тонким слоем волокон, тогда как у большинства других млекопитающих гомолог внутреннего сегмента, известный под названием энтопедункулярного ядра (nucleus entopeduncularis), топографически значительно отделен от наружного сегмента (палеостриатума).

Нейронный состав бледного шара довольно однообразен. Его клетки - в основном крупные редковетвистые нейроны ретикулярного типа со строго упорядоченной ориентацией дендритов, образующих систему микромодулей в виде дисков, параллельных друг другу и латеральной границе ядра, но расположенных перпендикулярно направлению хода аксонов нейронов неостриатума. В противоположность хвостатому ядру аксонные ветвления нейронов бледного шара идут параллельно, образуя своеобразную аксо-дендритную систему - тип синапсов, характерных для клеток Пуркинье мозжечка. Часто наблюдаются множественные синапсы, образованные 6-8 аксонными терминалями. Аксоны клеток хвостатого ядра и скорлупы, проходя в бледный шар, пронизывают сотни дендритных модулей и образуют сложные синаптические комплексы.

Стриатум млекопитающих имеет сложную систему связей с большим числом мозговых структур (рис. 126). Основной тенденцией в организации афферентных и эфферентных проекций стриатума является формирование кольцевых связей: неокортекс неостриатум неокортекс, неокортекс неостриатум -? палеостриатум таламус -» неокортекс, неостриатум палеостриатум -> неостриатум,

неостриатум палеостриатум -> таламус -? неостриатум, стриа- тум -> черная субстанция -> стриатум. Многие из этих связей топографически упорядочены. Например, в случае корково-неостриатар- ных связей нейроны глубоких слоев коры (V, VI) из определенной зоны неокортекса проецируются в стриосомы, верхних (II, III) - в матрикс. Имеются различия в преобладании определенных.типов проекций от разных зон коры. Эфференты от аллокортикальных ролей оканчиваются, в основном, в центральной части стриосомы, тогда как происходящие из неокортикальных полей - в матриксе. При этом входы из различных полей коры в неостриатуме могут перекрываться, что создает основу для конвергенции на нейронах стриатума разнообразной информации.

Таким образом, филогенетически молодая система связей стриатума с корковыми формациями получает у млекопитающих дальнейшее развитие, обеспечивая ему роль одного из интегративных центров конечного мозга.

Ограда - тонкая полоска серого вещества, отделенная от скорлупы пучками волокон, образующих наружную капсулу, capsula externa, а от коры ее отделяет узкая полоска белого вещества - самая наружная капсула, capsula extrema. Топографически ограда делится на дорсальную, вентральную и каудальную части. Филогенетически ограда является самым новым образованием базальных ганглиев полушарий; у ежей и некоторых грызунов гомолога ограды еще нет. Для нейронного строения ограды характерна значительная полиморфность. Наиболее многочисленны корковые выходы из различных зон неокортекса. Афференты также поступают из стриатума, амигдалы, таламуса и черной субстанции. Эфференты ограды направляются к новой коре, стриатуму, амигдале, обонятельной луковице, таламусу и мозжечку. Есть данные, что ограда имеет корковое происхождение.

В септальной зоне конечного мозга млекопитающих, включающей медиальное и латеральное септальные ядра, ядро диагональной связки Брака, nucl. accumbens, и функционально связанной с лимбической системой, появляется, в отличие от аналогичной зоны конечного мозга рептилий и птиц, большое количество высокоспециализированных короткоаксонных нейронов. Однако анализ связей, структуры и гистохимических характеристик позволяет проводить гомологию основных отделов септальной зоны мозга рептилий, птиц и млекопитающих.

Обонятельный бугорок имеет слоистое строение (различают наружный слой волокон, средний слой пирамидоподобных нейронов и внутренний слой полиморфных клеток). Степень выраженности слоев у разных видов млекопитающих значительно варьирует. Афферентные проекции поступают из обонятельной луковицы, пирифор- мной коры, амигдалы, преоптической области, ряда зон неокортек- са, интраламинарных ядер таламуса, черной субстанции. Эфференты направляются в септальную зону и далее в гиппокамп, стриатум, бледный шар, дорсомедиальную область таламуса и эпиталамус, амигдалу и пириформную кору. Таким образом видно, что обонятельный бугорок млекопитающих связан не только с обонятельной, но и с лимбической и стриопаллидарной системами.

Амигдала млекопитающих состоит из большого числа (до 10) ядер, которые объединяются в несколько групп: базолатеральную (латеральное, основное и добавочное ядра) - наиболее филогенетически молодую часть амигдалы, связанную с корковыми формациями; кортикомедиальную (периамигдалярная кора, среднее и заднее кортикальные ядра, медиальное ядро) - филогенетически более старую часть, связанную с обонятельной системой; центральную (центральное ядро, переднеамигдалярная зона) - связанную с гипоталамусом и ядрами ствола мозга, контролирующими вегетативные функции организма.

В филогенезе млекопитающих в амигдале происходило два процесса. Во-первых, уменьшалась доля, занимаемая ядрами кортикомедиальной группы, и увеличивался объем базолатеральной группы ядер (последняя достигает наибольшего развития и максимальной сложности у приматов и человека). Во-вторых, у высших млекопитающих вследствие сильного развития новой коры амигдала смещается с вентральной стенки полушария на вентромедиальную. Многие вопросы организации амигдалярного комплекса конечного мозга высших позвоночных еще не решены. Однако возможно, что амигдалоидный комплекс, являясь важной частью лимбической системы мозга, принимает участие в регуляции многих комплексных поведенческих реакций высших позвоночных.

• В настоящее время исследователи на основании гистохимических, ходологических и эмбриологических данных относят перечисленные здесь структуры (начиная с обонятельного ядра) к субпаллиальным формациям.
• Имеется прямая корреляция между размером мозга и степенью развития извилин - крупные полушария имеют, как правило, более развитую систему борозд и извилин.

Головной мозг млекопитающих разных отрядов имеет различные ступени дифференцировки внутреннего строения, отражающие этапы эволюции высшей нервной деятельности, пройденные млекопитающими в историческом развитии.

У клоачных головной мозг от личается лишь начальным этапом развития вторичного мозгового свода — неопаллиума он занимает лишь незначительную часть крыши переднего мозга. У сумчатых обонятельный отдел переднего мозга также составляет дно и боковые отделы полушарий и только крыша представлена новым сводом — неопаллиумом. Следующий этап — мозг насекомоядных и летучих мышей, у которых серая кора полушарий уже образует полный мозговой свод, а первичный свод (архипаллиум) сдвинут на медиальную поверхность полушарий в виде гиппокампа. Комиссуры неопаллиума имеют зачаточную форму петли проводящих путей: мозолистого тела (corpus callosum) и свода (fornix). У большинства плацентарных млекопитающих обонятельные рецепторы, как сказано выше, играют руководящую роль в их биологии, в отличие от птиц, у которых ведущую роль играет зрение. Поэтому обонятельные центры в головном мозге, сосредоточенные в обонятельных долях и в дне переднего мозга (стриатная система), развиты очень сильно.

Высокой степени развития достигают также зрительные и слуховые восприятия, центры которых сосредоточены в среднем мозге в области четверохолмия. Но сверх этого в серой коре полушарий развиваются вторичные ассоциативные высшие мозговые центры зрения и слуха (затылочные и височные доли полушарий). Высокой степени развития достигает у млекопитающих, так же как у птиц, двигательная функция конечностей, поэтому в коре полушарий обособляются особые вторичные двигательные центры.

С этими вторичными ассоциативными центрами связано мощное развитие в головном мозге млекопитающих новых отделов мозжечка: полушарий мозжечка, связанных поперечной комиссурой варолиева моста.

Самостоятельным путем развивался головной мозг в ряду млекопитающих — от насекомых к приматам и человеку. В этом ряду через полулемуров к лемурам и приматам наблюдается ослабление обонятельных центров, так как у всех древесных форм ведущее значение в биологии приобретает стереоскопическое зрение и слух. Другой важной особенностью преобразования головного мозга млекопитающих является приобретение складчатости коры полушарий в виде борозд и долек серой коры. У низших млекопитающих — насекомоядных, грызунов, зайцеобразных, летучих мышей — мозг гладкий. У высших появляется система мозговых борозд на полушариях переднего мозга и на мозжечке. Максимального развития достигает складчатость (доли и борозды) в мозге человека, где в коре сосредоточиваются все вторичные ассоциативные центры высшей нервной деятельности. Также мощного развития достигает складчатость коры у водных млекопитающих (ластоногих и китообразных) в связи с новыми функциями мозговой деятельности в воде.

Млекопитающие – наиболее высокоорганизованный класс позвоночных животных с высокоразвитой центральной нервной системой. В связи с этим приспособительные реакции млекопитающих на условия среды сложны и весьма совершенны.

Передний (конечный) мозг крупный, он значительно превосходит все остальные отделы головного мозга. Его полушария разрастаются во всех направлениях, скрывая промежуточный мозг. Средний мозг виден снаружи только у бесплацентарных и низших плацентарных, а у копытных, хищных, китообразных и приматов он покрыт задней частью больших полушарий. У антропоидов и человека затылочные доли переднего мозга надвинуты и на мозжечок.

Если первоначально в ходе эволюции основную массу конечного мозга составляли обонятельные доли, то у млекопитающих развитые обонятельные доли имеют только низшие, а у высших обонятельные доли имеют вид небольших придатков, разделенных на обонятельную луковицу и обонятельный тракт.

Увеличение относительных размеров переднего мозга млекопитающих связано, прежде всего, с разрастанием его крыши, а не полосатых тел, как у птиц. Мозговой свод (крыша) образован серым веществом, именуемым корой. Последняя представляет собой комплекс, состоящий из древнего плаща (paleopalium), старого (archipallium) и нового плаща (neopalium). Новый плащ занимает промежуточное положение, располагаясь между старым и древним плащами. Старый плащ, или старая кора, располагается медиально и в прошлом его называли гиппокампом или аммоновым рогом. Древний плащ, или древняя кора, занимает латеральное положение.

Рис. 10. Мозг кролика.

I – вид сверху.
II – вид снизу.
III – вид сбоку.
IV – продольный разрез.

1 – большие полушария; 2 - обонятельные доли; 3 – зрительный нерв; 4 - эпифиз; 5 – средний мозг; 6 – мозжечок; 7 – продолговатый мозг; 8 – гипофиз; 9 - варолиев мост; 10 – мозговая воронка; 11 – мозолистое тело.

Новый плащ обычно называют неокортексом (новая кора) и именно из него в основном и состоят полушария переднего мозга. При этом поверхность полушарий может быть гладкой (лисэнцефальной) или складчатой (с бороздами и извилинами). Кроме того, независимо от этого в полушариях выделяют от 4 до 5 долей. Принцип разделения переднего мозга на доли основывается на топографии определенных борозд и извилин. Разделение на доли в лисэнцефаьном (гладком) мозге носит условный характер. Обычно выделяют теменные доли, височные, затылочные и лобные, а у высших приматов и человека еще и пятую долю, которая называется островком. Он образуется в эмбриональном периоде за счет разрастания височной доли на вентральную сторону полушарий.

Принимая за исходный тип больших полушарий лисэнцфальный мозг, выделяют три варианта развития рисунка борозд: продольный, дугообразный и «приматный тип». В варианте приматного типа борозда в лобных долях направленны рострально, а в височных – вентро-дорсально

На расположение борозд и извилин может значительно влиять форма мозга. У большинства млекопитающих мозг вытянут в ростро-каудальном направлении. Однако у многих дельфинов мозг расширен латерально и относительно укорочен в длину.

Для характеристики переднего мозга млекопитающих большое значение, кроме борозд и извилин, имеет характер распределения в коре нейронов (цитоархитектоника). Неокортекс млекопитающих имеет шестислойное строение и характеризуется наличием пирамидных клеток, которые отсутствуют в мозге других позвоночных. Особенно крупные пирамидные клетки (клетки Беца) находятся в двигательной зоне коры. Их аксоны передают нервные импульсы двигательным нейронам спинного мозга и мотонейронам двигательных ядер черепно-мозговых нервов.

Различные участки коры больших полушарий являются специализированными зонами обработки информации, поступающей от различных органов чувств. Различаются сенсорные и моторные зоны. Последние формируют нисходящие пути нервных волокон к стволу головного мозга и спинномозговым двигательным ядрам. Между чувствительными и двигательными зонами коры располагаются интегративные участки, которые объединяют входы сенсорных и моторных областей коры и предопределяют выполнение специализированных видоспецифических функций. Кроме этого, имеются ассоциативные зоны коры, не связанные с конкретными анализаторами. Они представляют собой надстройку над остальными участками коры, обеспечивая мыслительные процессы и хранение видовой и индивидуальной памяти.

Весь комплекс распределенных в коре зон сопряжен с функциональной специализацией полей. При этом морфологические и функциональные границы полей довольно точно совпадают. Критерием выделения того или иного поля является изменение в распределении клеточных элементов в коре или возникновение в ней нового подслоя.

Особенности архитектоники тех или иных полей являются морфологическим выражением их функциональной специализации. Причиной изменения цитоархитектоники в полях служит увеличение количества восходящих и нисходящих нервных волокон. Сейчас созданы топологические карты полей для человека и для многих лабораторных животных.

Поля коры головного мозга входят в состав определенных долей и при этом сами подразделяются на функциональные зоны, связанные с конкретными органами или их частями и имеют упорядоченное внутреннее строение. В каждом поле или зоне выделяют так называемые модули вертикальной упорядоченности организации коры. Модуль имеет либо вид колонки либо клубочка, в который включаются нейроны, расположенные по всей толще коры. В колонку входит группа из 110 нейронов, расположенных между парой капилляров, проходящих через поперечник коры.

На стадии формировании мозга древнейших гоминид областью, куда было направленно действие естественного отбора, явилась кора и, прежде всего, следующие ее отделы: нижнетеменная, нижняя лобная и височно-теменная области. Преимущество выживания получили те индивиды, а затем и те популяции формирующихся людей которые оказались продвинутыми в отношении развития каких-то элементов частей коры (большей площадью полей более разнообразными и лобильными связями, улучшенными условиями кровообращения и т.д.). развитие новых связей и структур в коре давали новые возможности в отношении изготовления орудий труда и сплочения коллектива. В свою очередь новый уровень техники зачатки культуры, искусства через естественный отбор способствовали развитию мозга.

К настоящему времени сформировалось представление о специфическом системокомплексе коры переднего мозга человека, включающем нижнетеменную, заднюю верхневисочную и нижнюю лобную доли коры. Этот комплекс связан с высшими функциями – речью, трудовой деятельностью и абстрактным мышлением. В целом он является морфологическим субстратом второй сигнальной системы. Эта система не имеет собственных переферических рецепторов, а использует старые рецепторные аппараты различных органов чувств. Так,например, установлено, что на языке имеется особая часть тактильного аппарата, развитие которого определяет последовательность звукообразования на начальных этапах формирования членораздельной речи ребенка.

К подплащевым структурам переднего мозга относят базальные ядра, полосатые тела (древнее, старое и новое) и септальное поле.

В различных отделах переднего и промежуточного мозга располагается комплекс морфофункциональных структур, названных лимбической системой. Последняя имеет многочисленные связи с неокортексом и вегетативной нервной системой. Она интегрирует такие функции мозга, как эмоции и память. Удаление части лимбической системы приводит к эмоциональной пассивности животного, а ее стимуляция к гиперактивности. Важнейшей функцией лимбической системы является взаимодействие с механизмами памяти. Краткосрочная память связана с гиппокампом, а долгосрочная – с неокортексом. Через лимбическую систему происходит и извлечение индивидуального опыта животного из неокортекса, и управление моторикой внутренних органов, и гормональная стимуляция животного. При этом чем ниже уровень развития неокортекса, тем больше поведение животного зависит от лимбической системы, что приводит к доминированию эмоционально-гормонального контроля за принятием решений.

У млекопитающих нисходящие связи неокортекса с лимбической системой обеспечивают интеграцию самых разнообразных сенсорных сигналов.

С появлением первых зачатков коры у рептилий от плащевой комиссуры отделился небольшой пучок нервных волокон, соединяющих левое и правое полушарие. У плацентарных млекопитающих такой пучок волокон развит значительно больше и называется мозолистым телом (corpus collosum). Последнее обеспечивает функцию межполушарных коммуникаций.

Промежуточный мозг, как и у других позвоночных, состоит из эпиталамуса, таламуса и гипоталамуса.

Развитие неокортекса у млекопитающих привело к резкому увеличению таламуса, и, прежде всего, дорсального. В таламусе содержится около 40 ядер, в которых происходит переключение восходящих путей на последние нейроны, аксоны которых достигают коры больших полушарий, где обрабатывается информация, поступающая от всех сенсорных систем. При этом передние и латеральные ядра обрабатывают и проводят зрительные, слуховые, тактильные, вкусовые и интероцептивные сигналы в соответствующие проекционные зоны коры. Есть мнение, что болевая чувствительность не проецируется в кору полушарий переднего мозга, а ее центральные механизмы находятся в таламусе. Это предположение основывается на том, что раздражение разных областей коры не вызывает боли, в то время как при раздражении таламуса ощущается сильная боль. Часть ядер таламуса являются переключательными, а другая часть ассоциативными (от них идут пути в ассоциативные зоны коры). В медиальной части таламуса находятся ядра, которые при низкочастотной электрической стимуляции вызывают в коре больших полушарий развитие тормозных процессов, приводящих ко сну. Высокочастотная стимуляция этих ядер вызывает частичную активацию корковых механизмов. Таким образом таламокортикальная регулирующая система, контролируя потоки восходящих импульсов, участвует в организации смены сна и бодрствования.

Если у низших позвоночных высшие сенсорные и ассоциативные центры находятся в среднем мозге, а дорсальный таламус является скромным интегратором между средним мозгом и обонятельной системой, то у млекопитающих он является важнейшим центром переключения слуховых и соматосенсорных сигналов. При этом соматосенсорная область превратилась в наиболее заметное образование промежуточного мозга и играет огромную роль в координации движений.

Следует заметить, что комплекс ядер таламуса формируется как за счет зачатка промежуточного мозга, так и за счет миграции из среднего мозга.

Гипоталамус образует развитые латеральные выпячивания и полый стебелек - воронку. Последний в заднем направлении заканчивается нейрогипофизом плотно соединенным с аденогипофизом.

Гипоталамус является высшим центром регуляции эндокринных функций организма. Он объединяет эндокринные механизмы регуляции с нервными. Кроме того, он является высшим центром симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы.

Эпиталамус служит нейрогуморальным регулятором суточной и сезонной активности, что сочетается с контролем за половым созреванием животных.

Средний мозг образует четверохолмие, передние бугры которого связаны со зрительным анализатором, а задние – со слуховым. По соотношению относительных размеров передних и задних бугров можно судить о том, какая из систем, слуховая или зрительная, является превалирующей. Если лучше развиты передние бугры, значит, зрительная афферентация (копытные, многие хищники и приматы), если задние – то слуховая (дельфины, летучие мыши и др.).

Тегмент подразделяется на чувствительную и моторную зоны. В моторной зоне располагаются двигательные ядра черепно-мозговых нервов и нисходящие и восходящие спинноцеребральные волокна.

В связи с развитием у млекопитающих неокортекса как высшего интегративного центра врожденные реакции среднего мозга позволили коре «не заниматься» примитивными формами видоспецифичных реакций на внешние сигналы, в то время как сложные ассоциативные функции принимают на себя специализированные поля коры.

Мозжечок у млекопитающих приобретает наиболее сложное строение. Анатомически в нем можно выделить среднюю часть – червь, расположенные по обе стороны от него полушария и флоккулонодулярные доли. Последние представляют филогенетически древнюю часть – архицеребеллум. Полушария в свою очередь делятся на переднюю и заднюю доли. Передние доли полушарий и задняя часть червя мозжечка представляют филогенетически старый мозжечок – палеоцеребеллум. Филогенетически самая молодая часть мозжечка - неоцеребеллум включает в себя переднюю часть задних долей полушарий мозжечка.

Рис. 11. Головной мозг позвоночных (вид сбоку).

А – рыбы (треска).
Б – амфибии (лягушка).
В – рептилии (аллигатор).
Г – птицы (гусь).
Д – млекопитающие (кошка).
Е – человек (по Р. Трюксу, Р. Карпентеру, 1964).

1 – зрительная доля; 2 – передний мозг; 3 – обонятельная луковица; 4 – мозжечок; 5 – обонятельный тракт; 6 – гипофиз; 7 – нижняя доля; 8 – промежуточный мозг; 9 – воронка; 10 – обонятельные доли; 11 – зрительный тракт; 12 – эпифиз; 13 – IX и X пары черепно-мозговых нервов (остальные указаны римскими цифрами).

В полушариях мозжечка выделяют верхнюю поверхность, образующую кору мозжечка, и скопления нервных клеток – ядра мозжечка. Кора мозжечка построена по единому принципу и состоит из 3 слоев. Мозжечок связан с другими отделами центральной нервной системы тремя парами ножек, образованных пучками нервных волокон. Задние ножки состоят преимущественно из проприоцептивных волокон, которые приходят из спинного мозга. Средние ножки состоят из волокон, соединяющих мозжечок и кору переднего мозга, а передние ножки сформированы нисходящими волокнами, соединяющими мозжечок и средний мозг.

Вестибуломозжечковые связи определяют способность животных координировать движения тела, что является основной функцией архицеребеллума. Кроме этого, у млекопитающих сформировались новые более мощные мозжечковые пути за счет возникновения зубчатого ядра мозжечка. Оно получает волокна от различных участков полушарий мозжечка и передает сигналы в таламус, где происходит интеграция сенсомоторных сигналов с активностью корковых центров переднего мозга.

Эволюция мозжечка приводит не только к дублированию его древних связей, но и к формированию новых путей. Так, возникает связь через зубчатое ядро с вентролатеральным ядром таламуса и ретикулярными ядрами ствола мозга позволяют поддерживать мышечный тонус и осуществлять рефлекторные реакции. Связи с вестибулярным центром позволяют осуществлять контроль за положением тела в пространстве, а таламические связи предопределяют тонкие сенсомоторные координации. Все эти процессы осуществляются за счет сложной системы межклеточных взаимодействий на уровне коры мозжечка.

Эволюция головного мозга у млекопитающих

Со стороны эволюции головного мозга характерно прогрессивное увеличение его массы, объема и сложности организации неокортекса. В ходе эволюции архи- и палеокортекс оттесняются к мозговой перегородке.

У животных разных отрядов прослеживается постепенное формирование складчатости.

Для млекопитающих характерно несколько типов организации головного мозга.

Лиссэнцефалический тип организации головного мозга характерен для однопроходных животных (утконос). При этом типе организации постоянно выражена центральная борозда, которая разделяет корковые структуры на лобную и теменную часть. Количественно доминируют палеокортекс, а неокортекс занимает относительно меньшую площадь корковых структур. Отличительной чертой этого типа организации является отсутствие мозолистого тела. В лиссэнцефалическом мозге между корковыми полями существует перекрытия проекций разных видов чувств. Нейроны накладываются и получают информацию от разных каналов. В коре перекрываются двигательная и сенсорная области. В промежуточном мозге происходит углубление дифференцировки ядер таламуса: наблюдается группа, которая у насекомоядных сформировывает ассоциативную группу ядер. В коре выделяется область α-мотонейронов, которые регулируют α-мотонейроны спинного мозга, это приводит к формированию в мозжечке неоцеребелума, который включается в регуляцию двигательной активности.

У сумчатых сохраняется такая же организация головного мозга.

Гирэнцефалический тип организации головного мозга характерен для насекомоядных и грызунов. При данном типе организации появляется мозолистое тело, повышается площадь новой коры, проявляются борозды и извилины.

У насекомоядных образуются две полисенсорные зоны – аналоги ассоциативных областей.

У грызунов морфологически выделяются лобная и теменная области, но они еще не выполняют роль ассоциативных зон. Эту функцию выполняют несколько полей неокортекса разной локализации. Также у этой группы животных наблюдается четкая специализация сенсорных зон на определенные виды чувств, т.е. они больше между собой не перекрываются. У грызунов появляется другой вариант проекции зрительной информации (исходно основным было переключение было ретино-тектальное (однопроходные, сумчатые, насекомоядные)) – ретино-таламическая. Он отличается тем, что основной отбор и обработку информации осуществляется коленчатыми телами таламуса. У грызунов наблюдаются уже сформированные таламо-кортикальные связи, однако, их функциональная дифференцировка относительно слабая.

Дейтерогирэнцефалический тип организации головного мозга характерен для хищных млекопитающих. У хищников кроме постоянных борозд и извилин происходит значительное развитие складчатости неокортекса. Четко выделяются дифференцированные зоны: специальные проекционные зоны (обрабатывают информацию от сенсорной системы), моторные (двигательные) зоны, хорошо сформированные ассоциативные зоны, что представлены в теменной доле и лобной. Корковые ассоциативные зоны входят в состав двух таламо-кортикальных ассоциативных систем:

1. Таламо-париетальная система отвечает за компоненты вышей нервной системы: участвует в формировании ориентационных рефлексов, формирует представление о пространственной схеме тела, участвует в механизмах кратковременной памяти.
2. Таламо-фронтальная система связана со структурами лимбической системы. Формирует акцептор действия (сравнивает на уровне корковых форм на сколько соответствует приспособлению результат).

Гоминидный тип организации головного мозга характеризуется у высших приматов шестислойным неокортексом. Все функциональные зоны коры не перекрываются между собой, формируют три интегративные системы:

1. Таламо-париетальная, в ее состав входят 5 и 7 поля ассоциативной коры и она выполняет следующие функции: запуск ориентировочной реакции, формирование кратковременной памяти, ощущение пространственной схемы тела.
2. Таламо-фронтальная система обеспечивает оценку обстановки: акцептор результата действия, обеспечивает механизм долговременной памяти, формирование тонких временных связей в результате поведенческих действий (высшие формы торможения).
3. Таламо-височная интегральная система обеспечивает высшею регуляцию со стороны коры вегетативных функций через интегративные центры ЦНС, прежде всего гипоталамус, миндалевидный комплекс, базальные ядра.

Список литературы:

1. Ноздрачев А.Д. Начала физиологии/ А.Д.Ноздрачев, Ю.И.Баженов, И.А.Баранников и др.-СПб.:Изд-во "Лань", 2002,-1088с.

2.Шмидт-Ниельсон К. Физиология животных: Приспособление и среда. Книга 1.- М: Мир, 1982,-416с.

3.Эволюционная физиология. Ч.1 / Под ред. акад. Е.М.Кребса. В серии: "Руководство по физиологии" - Л:"Наука", 1979,-603с.

Остановимся на вопросе об изменении относительного размера мозга млекопитающих.

Этот размер часто характеризуют коэффициентом энцефализации, который равен отношению объема мозга к условному объему, определяемому как произведение среднего эмпирического параметра на объем тела, возведенный в степень 2/3. Коэффициент энцефализации млекопитающих изменяется примерно от 0,1-0,2 для наиболее примитивных животных до значения около 6, относящегося к современному человеку.

Хотя коэффициент энцефализации или другие показатели, характеризующие объем мозга, по ряду причин могут служить только очень приближенной характеристикой уровня высшей

нервной деятельности животного, существуют возможности использования соответствующих материалов для получения важной информации о развитии интеллекта ископаемых животных.

Развитие головного мозга млекопитающих было длительным процессом, который происходил на протяжении всего третичного периода. Данные таблицы следует дополнить сведениями об эволюции размера мозга у мезозойских млекопитающих. Хотя получить такие сведения трудно из-за ограниченности материалов о сравнительно малочисленных млекопитающих мезозойской эры, Джерисон сделал вывод, что уже первые наиболее примитивные группы млекопитающих обладали мозгом, относительные размеры которого были больше мозга рептилий. Затем, на протяжении свыше ста миллионов лет относительный размер мозга млекопитающих существенно не изменялся и только в третичном периоде размер их головного мозга начал возрастать.

Джерисон считает, что средний коэффициент энцефализации Для архаических млекопитающих эоцена равнялся 0,25, для животных олигоцена 0,50, для современных 1,00. Наряду с этим он отмечает, что на протяжении третичного периода эволюция головного мозга сопровождалась возрастанием «дивертификации», т. е. диапазона изменений относительных величин мозга у различных групп животных.

Можно думать, что эволюция мозга млекопитающих существенно зависела от условий окружающей их среды. Дотретичные млекопитающие были небольшими по размеру ночными животными, которые активизировались в условиях более низкой температуры темного времени суток. Они, по-видимому, в малой степени конкурировали с господствовавшими тогда разнообразными пресмыкающимися. Быстрая эволюция млекопитающих, начавшаяся после произошедшего в конце мелового периода вымирания большинства групп рептилий, в начале третичного периода не сопровождалась заметным увеличением относительного размера мозга животных, так как млекопитающие могли без острой конкуренции с другими животными заполнять различные экологические ниши, освобожденные ранее вымершими пресмыкающимися.

Как отмечает Джерисон, значительные изменения в строении мозга млекопитающих произошли в позднем эоцене, когда структура головного мозга у многих млекопитающих существенно усложнилась. В позднем эоцене число семейств млекопитающих впервые приблизилось к максимуму, соответствующему «экологической емкости» биосферы. В этих условиях возможность появления новых семейств была ограничена необходимостью вытеснения ранее существовавших сходных в экологическом отношении групп, что могло осуществиться только при значительном прогрессе новых организмов. В такой ситуации появление новых семейств должно было сопровождаться вымиранием занимавших те же экологические ниши старых групп.

Это подтверждается данными таблицы, из которой видно, что в позднем эоцене скорости появления новых и вымирания старых семейств были высокими и почти одинаковыми по величине. Возрастание среднего объема головного мозга в олигоцене, о котором говорит Джерисон, вероятно, объясняется резким изменением природных условий, что, в частности, ускорило вымирание архаических форм, обладавших меньшим размером мозга.

Хотя изменения климата в миоцене и плиоцене были меньшими олигоценового похолодания, они усложняли задачу приспособления животных к меняющимся природным условиям, что способствовало выживанию животных с более высоким уровнем высшей нервной деятельности.

Из приведенных выше соображений следует, что развитие головного мозга ускоряется: а) при высоком уровне заполнения «экологической емкости» биосферы прогрессивными группами животных; б) при существенных изменениях природных условий.

Это заключение можно подтвердить, кроме приведенных выше данных, материалами об эволюции третичных животных на двух изолированных континентах - Южной Америке и Австралии.

Оба эти континента в третичном периоде размещались в основном в зоне низких широт, где климатические колебания были наименьшими. Как Южная Америка, так и Австралия в это время были изолированы от других континентов.

В Южной Америке основными группами плацентарных млекопитающих были разнообразные копытные. Джерисон отмечает, что на протяжении 50 млн. лет размер мозга этих животных практически не увеличился. Нечто подобное произошло в Австралии, населенной в основном сумчатыми животными.

Можно думать, что медленное развитие мозга животных на этих континентах объяснялось, с одной стороны, сравнительным постоянством природных условий, с другой - неполным использованием «экологического пространства», которое имелось для млекопитающих на этих континентах. В частности, в Южной Америке до конца третичного периода плацентарных хищников заменяли сумчатые, которые менее эффективно преследовали копытных животных. Внешнее сходство разнообразных сумчатых в Австралии с экологически аналогичными плацентарными животными других континентов отнюдь не означает, что сумчатые могли поддерживать характерный для плацентарных животных высокий уровень межвидовой конкуренции, способствующей значительной скорости эволюции.

К этому нужно добавить, что территории Южной Америки и Австралии были малы по сравнению с обширной системой связанных между собой континентов, которую составляли Африка, Евразия и Северная Америка. Так как возникновение новых групп животных основано на процессах, имеющих вероятностный характер, размер территории, на которой осуществляется соответствующий «эволюционный эксперимент», часто оказывается решающим фактором для его успешного завершения.

В заключение остановимся на эволюции мозга приматов.

Хотя низшие приматы имели сравнительно большой относительный размер мозга уже в палеогене, быстрое возрастание размера мозга началось с появлением высших приматов и в особенности человекообразных обезьян, ветвь которых отделилась от общего родословного дерева приматов в олигоцене. Тогда же или несколько позже образовалась ветвь обезьяноподобных предков человека.

У всех высших приматов относительный размер мозга заметно больше среднего для других современных групп млекопитающих, у австралопитеков и непосредственных предков человека этот размер был еще большим.

Можно думать, что скорость эволюции приматов существенно зависела от степени изменчивости окружающей их среды. Хотя приматы существовали на протяжении всего третичного периода, в течение его первой половины, когда условия окружающей среды были наиболее устойчивыми, прогресс этой группы млекопитающих был сравнительно невелик. Скорость эволюции приматов (в том числе скорость роста коэффициента энцефализации) резко возросла во второй половине третичного периода, в эпоху значительных колебаний природных условий, происходивших начиная с олигоцена.

Неоднократно высказывалось предположение о том, что происхождению современного человека способствовали резкие изменения природной среды, имевшие место в четвертичном периоде.

Представление о связи эволюции приматов с изменениями условий окружающей среды может быть использовано для ответа на вопрос о месте исходного центра антропогенеза. Как известно, по этому вопросу имеются две точки зрения. Соглашаясь, что первые этапы этого процесса происходили в низких широтах, часть ученых (в том числе Дарвин и Уоллес) считали центром антропогенеза Африку, где до настоящего времени сохранились наиболее близкие к человеку виды обезьян. Другие, основываясь на ряде палеонтологических находок, предполагали, что первые прямые предки человека появились в Южной Азии. Экологические соображения позволяют поддержать первый из этих взглядов.

Как указано выше, даже при крупных изменениях глобального климата температура в тропиках менялась сравнительно мало. Главный результат колебаний климата в тропиках - изменение режима осадков, которое во многих случаях было значительным.

Так как в Южной Азии преобладают условия избыточного увлажнения, влияние некоторого изменения сумм осадков на растительный покров и другие компоненты природной среды для основной части этой территории было сравнительно малосущественным.

Совершенно другие последствия имели колебания глобального климата в Африке, большая часть территории которой находится сейчас и находилась в прошлом в условиях умеренного, недостаточного и крайне недостаточного увлажнения. Колебания режима осадков в Африке неизбежно приводили к значительным изменениям границ природных зон, что сопровождалось разрушением старых экологических систем и открывало условия для возникновения новых форм экологических взаимоотношений между организмами. В таких условиях скорость эволюции многих групп живых существ, включая приматов, должна быть более высокой.

Принимая во внимание соображения, приведенные в этом и предыдущих разделах, можно сделать вывод, что возникновение ноосферы стало возможным в результате двух различных форм изменений состояния среды, окружающей организмы.

Первая из них - сравнительно медленные колебания газового состава атмосферы, в ходе которых заметно увеличивалось количество атмосферного кислорода. В эпохи повышения количества кислорода возникли многие прогрессивные группы животных, включая основные классы позвоночных. Вторая форма изменений окружающей среды - кратковременные резкие изменения термического режима, которые неоднократно приводили к вымиранию многочисленных групп животных, создавая возможность для широкого распространения более прогрессивных форм, сохранившихся в эпохи вымирания.

Можно высказать предположение, что при постоянных условиях окружающей среды эволюция была бы слишком медленной не только для создания ноосферы, но и для возникновения сколько-нибудь сложных организмов за время существования биосферы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .