питание тканей головного мозга осуществляется главным образом
Голова – предмет тёмный, но исследованию подлежит. Что за что отвечает в головном мозге?
Способность дышать и двигаться, чувствовать боль и любить, создавать гениальные творения и совершать зло, подчас не поддающееся объяснению. Благодаря чему всё это возможно? Где скрывается наше «я»?
Как устроен головной мозг человека, как соотносятся его строение и функции, и каковы их особенности?
Попробуем разобраться в некоторых из них.
Существует положение, что чем более проста некая функция, тем точнее место ее локализации в головном мозге. С другой стороны, наиболее сложные функции обеспечиваются слаженной работой всего мозга, в связи с чем понятие «коркового центра» (определённой области коры головного мозга) большей частью относительное и условное.
Внезапно залаяла собака во дворе? Ориентировочный рефлекс в ответ на резкий звук возможен благодаря среднему мозгу. Кроме того, через этот отдел проходят пути, обеспечивающие зрение, слух, способность к движению и бдительности, контроль температуры и ряд других, которыми занимаются другие отделы мозга.
КОРА БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ ИМЕЕТ СЛОЖНОЕ
СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ 12-18 МЛРД НЕРВНЫХ
КЛЕТОК И БОРОЗДАМИ ДЕЛИТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ДОЛЕЙ
А теперь закройте глаза и коснитесь пальцами кончика носа. Получилось без особого труда, не так ли? Это при том, что в этом плавном действии было задействовано много разных мышц. За координацию, равновесие, нормальные движения спасибо мозжечку.
Сложнее, сложнее
Эмоции, такие эмоции. Без них наша жизнь была бы не такой счастливой (несчастной?). Внутренняя борьба, иногда заставляющая нас сделать то, о чем мы потом пожалеем. Знакомо? Благодарим лимбическую систему. Интересно что это такое? Чуть подробнее о ней (и ее частях).
Беспокоитесь, грустите? А может вам страшно? Это возможно благодаря миндалевидному телу (миндалине). Любопытный факт: с левой миндалиной бывает связано и чувство счастья, а вот у правой «настроение» плохое всегда.
Читайте материал по теме: Билл Гейтс и его синдром Аспергера
И наконец.
Итак, какова ее роль?
Читайте материал по теме: Что происходит с мозгом аутистов?
С лобной долей связана также наша способность к движению (благодаря моторной коре), чёткому и разборчивому письму, артикуляции.
Ассоциативные функции обеспечиваются теменной долей коры. Здесь располагаются области, отвечающие за осязание, чёткие, комбинированные целенаправленные движения, чтение, познавание предметов, явлений, их смысла и символического значения.
Бросается в глаза, что.
Наиболее сложные функции памяти и мышления не имеют чёткого расположения, в их реализации принимают участие различные области мозга.
Почему важно знать, как связаны функция и структура головного мозга?
Диагностика. Представьте: у человека сильно разболелась голова. Спустя несколько минут он уже не смог поднять правую руку, а его речь стала невнятной. У пациента ухудшилось зрение с одной стороны, тогда как офтальмолог патологию со стороны глаз не обнаружил. Или, например, человек перестал понимать обращённую к нему речь.
Читайте материал по теме: Как предотвратить инсульт?
Зная о том, какие отделы в головном мозге отвечают за ту или иную способность, можно предполагать место расположения патологического процесса.
Лечение и реабилитация. Предположим, что в результате повреждения участка головного мозга после инсульта у человека «выпала» какая-то функция. Значит ли это, что теперь она не вернётся? Нет, далеко не всегда.
Благодаря такому свойству мозга, как пластичность, возможно эту функцию восстановить. Говоря простыми словами, под пластичностью можно понимать способность других областей мозга брать на себя функцию повреждённой его части. Однако этим процессом нужно целенаправленно заниматься. Поэтому после инсульта больному бывает необходим курс нейрореабилитации, в процессе которого он заново учится говорить, ходить, обслуживать себя.
Нет. Приведённые выше описания взаимоотношений структуры и функции далеко не исчерпывающие: на деле всё гораздо сложнее и выходит далеко за рамки объёма небольшой статьи.
Нейроны и нейромедиаторы
Химические цепочки
Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).
Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.
Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств
Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Серотонин
Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.
В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с 
гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.
Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.
Дофамин
Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.
С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.
Гамма-аминомасляная кислота
Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.
Гормоны
Химическое взаимодействие
Основы развития мозга
За последние несколько десятилетий были достигнуты значительные успехи в нашем понимании основных этапов и механизмов развития мозга млекопитающих. Исследования, касающиеся нейробиологии развития мозга, охватывают уровни организации мозга от макроанатомических, до клеточных и молекулярных. Эти знания обеспечивают картину развития мозга как продукта сложной серии динамических и адаптивных процессов, работающих в условиях ограниченного, генетически организованного, но постоянно меняющегося контекста.
Развитие мозга продолжается в течение длительного периода времени. Мозг увеличивается в четыре раза в дошкольный период, достигая примерно 90% взрослого объема в возрасте до 6 лет. Но структурные изменения в основных отделениях серого и белого вещества ( материи ) продолжаются в детском и подростковом возрасте, и эти изменения в структуре параллельных изменений и функциональной организации, отражаются на поведении детей и подростков. В раннем послеродовом периоде уровень связности нейронов во всем развивающемся мозге намного превышает уровень взаимодействия нейронов у взрослых (Innocenti, Price 2005 ). Эта интнсивная связь постепенно слабеет в своей выраженности вследсвие конкурентных процессов, на которые влияет опыт организма человека. Ранние процессы, зависящие от опыта, лежат в основе пластичности и способности к адаптации, что является отличительной чертой раннего развития мозга.
Дифференциация всех линий эмбриональных стволовых клеток связана с комплексными каскадами молекулярной сигнализации. В начале гаструляции клетки слоя эпибласта, которые будут дифференцироваться в клетки нейронных предшественников, расположены вдоль рострально-каудальной срединной линии двухслойного эмбриона. Дифференциация этих клеток в клетки нейронных предшественников является результатом комплексной молекулярной сигнализации, которая включает в себя несколько продуктов гена (т.е. белков), которые продуцируются несколькими различными популяциями эмбриональных клеток. Напомним, что в начале гаструляции клетки эпибласта начинают мигрировать в определенном направлении, а затем проходят через примитивную полоску. Поскольку подмножество клеток, которые мигрируют вдоль рострально-каудальной срединной линии эмбриона, приближается к открытию, они проходят другую структуру, называемую примитивным узлом, которая расположена на ростральном конце примитивной полосы. Примитивный узел является молекулярным сигнальным центром. Клетки примитивного узла посылают молекулярный сигнал на подмножество клеток, которые мигрируют вдоль рострально-каудальной средней линии эмбриона, и этот сигнал, в свою очередь, вызывает экспрессию генов в мигрирующих клетках. Экспрессия гена в мигрирующей клетке продуцирует белок, который секретируется в пространство между мигрирующими клетками и клетками, которые остаются в области средней линии верхнего слоя эпибласта. Секретируемый белок связывается с рецепторами на поверхности клеток в верхнем слое эмбриона и побуждает клетки эпибласта дифференцироваться в клетки нейронных предшественников.
Зрелый неокортекс разделен на четко определенные структурно и функционально различные «области», которые дифференцируются по их клеточной организации и структурам нейронной связи.
Самые полезные продукты питания для головного мозга человека
Головной мозг — один из самых сложно устроенных органов человеческого тела. Без него невозможна ни умственная работа, ни нормальная физиология. Для его функционирования требуются разнообразные аминокислоты, полиненасыщенные жиры Омега 3 и Омега 6, витамины (особенно витамины Е и С), вода и многие другие вещества и соединения.
Наиболее полезные продукты для головного мозга
Морская рыба и морепродукты – обязательный компонент диеты, направленный на улучшение работы мозга и всей нервной системы. Фосфор, йод, минералы, жирные кислоты Омега-3 помогают мозгу сохранить работоспособность и молодость. Они влияют на снижение уровня «вредного» холестерина, очищение стенок сосудов от жировых бляшек, активное насыщение клеток мозга кислородом и питательными веществами.
Яйца. В желтке яйца есть холин, питающий клетки и нейроны мозга, без которого они не смогут формироваться и существовать. При регулярном употреблении яиц достаточно съедать 1-2 яйца в день.
Молоко. Молоко необходимо мозгу, поскольку оно содержит триптофан — вещество, являющееся источником для синтеза серотонина — гормона радости. Кроме того, антиоксидант глутатион, который недавно обнаружен исследователями в молоке, улучшает работу нейронов и позволяет сохранить рассудок до самых преклонных лет.
Злаки. Овес, пшеница, ячмень, необдирный рис и отруби из них содержат много фолиевой кислоты и тиамина, то есть витамина В6. Таким образом, каши и цельнозерновой хлеб полезны не только как средство улучшения обмена веществ, но и как прекрасный стимулятор кровообращения и улучшения мозговой деятельности.
Орехи. Семечки и орехи используют и как самостоятельный перекус, так и в качестве дополнительного ингредиента в блюдах. В них содержится все то, что так необходимо клеткам мозга: витамины групп Е и В; фолиевая кислота; жирные кислоты Омега-3 и Омега-6 и пр., минералы, в том числе магний и калий. Такие орехи, как миндаль, грецкие, кешью, арахис, фундук, пекан, а также все виды семечек питают мозг, дают много энергии, улучшают память, поднимают настроение и даже ослабляют признаки депрессии.
Зеленые и листовые овощи, зелень. В зелени содержится такое количество важных для умственной деятельности витаминов, что даже разовая ударная доза в силах помочь: запомнить или вспомнить большое количество ценной информации; поднять продуктивность мыслительной деятельности; снять переутомление. Такими результатами зелень обязана большому количеству витаминов группы В и фолиевой кислоты.
Ягоды. Витамины, сахара, клетчатка, антиоксиданты, флавоноиды из ягод помогают при больших умственных нагрузках, для улучшения координации и памяти, для сохранения молодости и повышения работоспособности клеток.
Сухофрукты. Богатый витаминно-минеральный состав делает сухофрукты продуктом первой необходимости для тех, кто хочет, чтобы голова работала быстро и хорошо. Курага, изюм, чернослив, инжир, финики и другие сушеные фрукты и ягоды снижают уровень «плохого» холестерина в крови, чистят сосуды головного мозга от холестериновых бляшек, улучшают память и концентрацию внимания, помогают сохранить хорошую координацию.
Мед. Мед – признанный лекарь сердечно-сосудистой и нервной системы. При постоянной умственной работе он обязательно нужен в рационе как средство, очищающее кровь и сосуды от «вредного» холестерина и улучшающее мозговое кровообращение.
Чай. И черный, и зеленый чаи содержат катехины. Эти уникальные вещества помогают улучшить мозговую активность, хорошо запоминать информацию, расслабляться, быстрее восстанавливать силы. Чай лучше употреблять утром и днем.
Куркума. Куркума для мозга полезна тем, что способна снимать воспалительные явления в тканях мозга, восстанавливать нейроны, разрушать бензоат натрия, который мешает связям между клетками мозга, действовать как антиоксидант, защищающий клетки от старения, дарить позитивный настрой за счет выработки гормонов дофамина и серотонина.
Имбирь. Пряность с острым вкусом и свежим ароматом очень полезна для сердца, сосудов и клеток мозга. Имбирь используют как средство, разжижающее кровь, улучшающее мозговое кровообращение, при регулярном употреблении заметно улучшающее память, предотвращающее развитие болезней Альцгеймера и Паркинсона.
Лимон. Ценность лимона для мозга связана прежде всего с высоким содержанием в нем витамина С, калия, магния и других минералов. Лимон способствует очищению сосудов от холестериновых наростов, профилактике переутомления и снятию стресса.
Обычная вода. Мозг не может нормально работать без достаточного количества жидкости в организме. Нередко чувство хронический усталости, сонливость являются признаками нехватки влаги в организме. Лучшим способом пополнить запасы жидкости и тем самым обезопасить мозг от обезвоживания является употребление обычной питьевой воды: она лучше всего усваивается, не неся в себе дополнительных калорий, как, например, фруктовый сок.
Аполипротеины мозга
Мозг является самым богатым липидами органом в организме, а благодаря непроницаемой природе гематоэнцефалического барьера метаболизм липидов и липопротеинов в этом органе отличается от остальной части тела. Аполипопротеины играют хорошо известную роль в транспорте и метаболизме липидов в ЦНС; однако появляются доказательства того, что они также выполняют ряд функций, которые выходят за рамки транспорта липидов и имеют решающее значение для здоровой работы мозга. Важность аполипопротеинов в физиологии головного мозга подчеркивается генетическими исследованиями, где полиморфизмы гена аполипопротеина были определены как факторы риска ряда неврологических заболеваний. Кроме того, экспрессия аполипопротеинов головного мозга значительно изменяется при некоторых заболеваниях головного мозга. Представляет интерес оценка основных аполипопротеинов, обнаруженных в мозге (ApoE, ApoJ, ApoD и ApoA-I), определение предполагаемые роли и факторов, влияющие на уровень их экспрессии. Особый интерес вызывает ассоциация фософлипидов с неврологическими и психическими расстройствами.
Семейство белков аполипопротеинов играет важную роль в физиологии, облегчая транспорт липидов и липофильных субстратов через водные жидкости организма. В целом, ключевой особенностью аполипопротеинов (кроме ApoD и Apo [a]) является то, что они обладают высоко консервативными амфипатическими α-спиралями, которые ответственны за их липид-связывающую способность. Большинство аполипопротеинов также содержат специализированные функциональные домены, такие как сигнальный пептид (который направляет вновь транслированные пептиды к секреторному пути) и рецептор-связывающий домен (RBD). Основным партнером связывания для RBD аполипопротеина в ЦНС является семейство рецепторов рецептора LDL (LDLR) (которое включает в себя LDLR, ApoER2, VLDLR, MEGF7, LRP1, LRP1b и LRP2), и это взаимодействие способствует регулируемой доставке липидов и субстратов к специфическим клеткам головного мозга, а также регулированию путей передачи сигнала. В настоящее время также признано, что аполипопротеины участвуют в нескольких функциях помимо транспорта липидов.
APOE
Транспорт холестерина к клеткам в ЦНС затем обеспечивается взаимодействием ApoE с рецепторами клеточной поверхности, которые в изобилии присутствуют в мозге (включая LDLR, белок, связанный с рецептором LDL [LRP1], рецептор VLDL [VLDLR], LR8 / ApoE). рецептор-2 и LRP2) с последующим эндоцитозом.
APOJ
ApoJ, также известный как кластерин (кодируемый геном CLU), является преимущественно секретируемым дисульфид-связанным гетеродимерным гликопротеином с молекулярной массой 75–80 кДа, который служит как липид-транспортным белком (способным вызывать отток холестерина), так и молекулярным шапероном в ответе клеточного стресса. Кроме того, более низкие массовые версии ApoJ (
APOD
Повышенная экспрессия ApoD, наблюдаемая в таком разнообразном диапазоне патологических состояний, может отражать общую роль ApoD в реакции на стресс и нейропротекции. В соответствии с этой теорией промоторная область гена APOD содержит несколько консенсусных сайтов для факторов, участвующих в реакции на стресс, включая NF-κB и AP1.
Повышенная экспрессия ApoD, наблюдаемая в таком разнообразном диапазоне вредных / патологических состояний, может отражать общую роль ApoD в реакции на стресс и нейропротекции. В соответствии с этой теорией промоторная область гена APOD содержит несколько консенсусных сайтов для факторов, участвующих в стрессовой реакции, включая NF-κB и AP1 (обзоры см. [154,180]).
АРОА-I
Сообщалось о снижении уровня ApoA-I в ткани мозга и CSF у пациентов с шизофренией. Снижение уровня также наблюдалось в среднем в печени, эритроцитах и сыворотке; однако, не было выявлено никакой корреляции между периферическими уровнями и уровнями ЦНС у отдельных пациентов. Это указывает на то, что, хотя ApoA-I мозга происходит на периферии, механизмы, регулирующие концентрацию ApoA-I и метаболизм в ЦНС, явно независимы.