Мозг

Мо́зг (от др.-греч. μυελός) — высший координирующий центр нервной системы, представляющий собой структурированное объединение нервных клеток и их соединений[1]. Данное образование формирует интегрированную систему обработки информации посредством взаимодействия нейронов, синаптических связей и вспомогательных глиальных элементов.

Анатомическое расположение структуры обычно соответствует головному отделу организма, где она защищена соединительнотканными оболочками. В организации позвоночных выделяют два основных отдела: энцефалический, заключённый в черепной коробке, и спинальный, располагающийся в позвоночном канале.

Морфологическая организация

Клеточная структура

Мозг всех видов состоит преимущественно из двух широких классов клеток: нейронов и глиальных клеток. Глиальные клетки выполняют структурную поддержку, метаболическое обеспечение, изоляцию и направление развития.

Нейроны представляют узкоспециализированные электрически возбудимые клетки, предназначенные для приёма, обработки, хранения, передачи и вывода информации посредством электрических и химических сигналов. Синапсы являются ключевыми функциональными элементами мозга, обеспечивающими межклеточную коммуникацию[2].

Анатомические отделы позвоночных

Мозг млекопитающих подразделяется на следующие основные отделы[3]:

  1. Спинной мозг — обеспечивает проведение нервных импульсов между головным мозгом и периферической нервной системой.
  2. Головной мозг, включающий продолговатый мозг, задний мозг с мозжечком и варолиевым мостом, средний мозг, промежуточный мозг с таламусом и гипоталамусом, конечный мозг с корой больших полушарий.

Мозжечок координирует движения и содержит 10 % общего объёма мозга при 50 % всех нейронов в своей структуре. Кора больших полушарий подразделяется на аллокортекс, включающий древнюю кору для регуляции простейших функций, старую кору для вегетативных функций и новую кору для высших нервных функций.

Особенности беспозвоночных

Мозг развит у подавляющего числа групп двусторонне-симметричных животных. Даже у примитивных бескишечных турбеллярий обнаружен достаточно сложный головной мозг с кортексом, нейропилем и комиссурами.

Артроподы обладают центральным мозгом — супраэзофагеальным ганглием с тремя отделами и крупными оптическими долями. Цефалоподы имеют наиболее крупные мозги среди беспозвоночных[4].

Количественные характеристики

Нейронный состав

Кора больших полушарий человека содержит приблизительно 14-16 миллиардов нейронов, тогда как мозжечок включает 55-70 миллиардов нейронов[5]. Каждый нейрон соединён синапсами с несколькими тысячами других нейронов, формируя сложнейшую нервную сеть для обработки логически связанных электрохимических импульсов.

Эффективность работы мозга коррелирует не с его размерами или массой, а с количеством нейронов и синапсов. Сравнительный анализ показывает значительные межвидовые различия:

  • мышь — 71 миллион нейронов;
  • кошка — 800 миллионов нейронов;
  • собака — 2,2 миллиарда нейронов;
  • человек — 86 миллиардов нейронов.

Соотношение массы мозга и тела

Масса мозга как функция массы тела для различных групп млекопитающих демонстрирует следующие коэффициенты[6]:

  • Млекопитающие: 0,02 Мт^0,70;
  • Обезьяны: 0,02-0,03 Мт^0,66;
  • Человекообразные обезьяны: 0,03-0,04 Мт^0,66;
  • Человек: 0,08-0,09 Мт^0,66.

Коэффициент энцефализации для человека составляет 7,4-7,8, существенно превышая показатели других приматов (2,2-2,5) и дельфинов (4,14).

Синаптические связи

Общее количество синапсов в человеческом мозге оценивается приблизительно в 100 триллионов соединений[7]. Синаптические сети характеризуются высокой пластичностью и способностью к модификации в зависимости от паттернов проходящих сигналов. Активность-зависимая модификация синапсов представляет первичный механизм обучения и памяти.

Мозг

Эволюционные аспекты

Филогенетическое развитие

Первые позвоночные появились свыше 500 миллионов лет назад в кембрийский период[8]. Мозги современных рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих демонстрируют градиент размера и сложности, приблизительно соответствующий эволюционной последовательности. Все позвоночные мозги содержат идентичный набор основных анатомических структур при различной степени их развития.

У млекопитающих наблюдается массивная экспансия коры больших полушарий, особенно префронтальной коры и областей, связанных с визуальной обработкой. Визуальная обрабатывающая сеть приматов включает не менее 30 различимых мозговых областей со сложной сетью межсоединений.

Современные изменения размеров

Экспериментальные наблюдения указывают на закономерное сокращение относительных параметров нервной ткани у одомашненных американских норок в сравнении с их дикими популяциями. Феральные особи показывают реверсию данного процесса с практически полным восстановлением первоначальных объёмных характеристик, что составляет редкий случай в эволюционной нейробиологии.

Параллельные тенденции фиксируются у домашних кошек, нервная система которых претерпела количественные изменения на протяжении последних 10 тысяч лет доместикации[9]. Человеческий мозг характеризовался прогрессивным увеличением на протяжении шести миллионов лет эволюции, однако последние три тысячелетия отмечены обратной динамикой.

Гиппокамп

Функциональная организация

Рефлекторная деятельность

Фундаментальные принципы современной нейронауки базируются на исследовании рефлекторных механизмов и картировании функциональных зон коры больших полушарий. Элементарные адаптивные реакции реализуются через сегментарные рефлекторные контуры, замыкающиеся на уровне каудальных мозговых структур.

Сенсомоторная интеграция высшего порядка осуществляется посредством корковых центров, обеспечивающих осознанное восприятие и волевую моторику. Базальные ядра выполняют роль центрального модулятора двигательной активности, оказывая постоянное тормозное влияние на эффекторные системы[10].

Высшие нервные функции

Префронтальные области реализуют процессы стратегического планирования, оперативной памяти, мотивационной регуляции и исполнительного контроля. Данные структуры занимают существенно большую долю от общего объёма мозга у приматов относительно других таксонов, достигая максимального развития у человека.

Гиппокампальная формация обеспечивает эмоциональную обработку и консолидацию мнестических следов. Таламические ядра осуществляют реляционную функцию для сенсорных потоков, исключая обонятельную модальность. Гипоталамические центры функционируют как высшее звено автономной регуляции и нейроэндокринного управления[11].

Френология

Философские и теоретические проблемы

Проблема разум-тело

Философия сознания проводит концептуальное разграничение между понятиями ментального и нейрального, что порождает фундаментальную дилемму соотношения психического и соматического. Мозговая ткань определяется как физико-химический субстрат, заключённый в черепном пространстве и обеспечивающий электрохимические и биоэлектрические процессы нейронной активности.

Современная научная парадигма рассматривает нервную систему как сложноорганизованную сеть обработки и генерации логически структурированных электрохимических сигналов. Субъективные явления сознания интерпретируются как результат данной нейрональной активности[12].

Современные концепции сознания

Доминирующая в научном сообществе позиция постулирует производность ментальных процессов от нейрофизиологической деятельности. Исследователи искусственного интеллекта придерживаются аналогичной точки зрения[13]. Разрабатываются теории компьютационной природы и алгоритмической организации психических функций, которые не обязательно коррелируют с гипотезой нейрогенности сознания.

История изучения мозга

Становление нейронауки

Формирование современной науки о нервной системе инициировано в начале XX века двумя ключевыми открытиями: систематизацией рефлекторных механизмов и установлением принципов функциональной топографии коры. На основе данных достижений сформулирована концепция реализации элементарных адаптивных реакций через рефлекторные дуги каудальных отделов.

Первые значимые результаты в понимании нервной функции связаны с работами Луиджи Гальвани (1737—1798), продемонстрировавшего способность электрического воздействия на нервную ткань мёртвой лягушки вызывать мышечные сокращения[14]. Разработка метода окраски Гольджи обеспечила визуализацию сотен различных нейрональных типов.

Современные исследования

Учёные НИУ ВШЭ установили, что подавление коры мозга разрешает конфликт мотивов в пользу просоциальности. Современные методы включают функциональную нейровизуализацию, генетическую инженерию, многоэлектродную регистрацию и геномику для корреляции вариаций в структуре мозга с вариациями в свойствах ДНК.

В 2024 году исследователи изучили интегрированный набор данных почти 3 миллионов ядер из префронтальной коры человека от 388 индивидуумов, аннотировав 28 типов клеток для оценки экспрессии и хроматиновых вариаций[15].

Сравнительная нейроанатомия

Межвидовые различия

Мозги всех видов характеризуются значительным разнообразием форм и размеров. У млекопитающих мозг в среднем в два раза больше, чем у птиц аналогичного размера тела, и в десять раз больше, чем у рептилий соответствующей массы.

Наиболее очевидное различие между мозгами млекопитающих и других позвоночных заключается в развитии коры больших полушарий. У немлекопитающих позвоночных поверхность мозга выстлана сравнительно простой трёхслойной структурой, называемой паллиумом[16].

Коэффициенты энцефализации

Коэффициент энцефализации используется для сравнения размеров мозга между видами с учётом нелинейности соотношения мозг-тело. Человек демонстрирует средний коэффициент в диапазоне 7-8, тогда как большинство других приматов имеют коэффициент 2-3. Дельфины обладают значениями выше, чем у приматов, за исключением человека[17].

Литература

  • Батуев А. С. Высшая нервная деятельность: учебник для студентов университетов. — М.: Высшая школа, 1991. — С. 256.
  • Бехтерев В. М. Мозг и его деятельность. — 2-е изд. — М.: Государственное издательство, 1928. — С. 352.
  • Лурия А. Р. Основы нейропсихологии: учебное пособие для студентов высших учебных заведений. — М.: Академия, 2003. — С. 384.
  • Мэгун Г. Бодрствующий мозг. — 2-е изд. — М.: Мир, 1965. — С. 211.
  • Николлс Д., Мартин Р., Валлас Б., Фукс П. От нейрона к мозгу. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — С. 672.
  • Сеченов И. М. Рефлексы головного мозга. — Мм.: АСТ, 2014. — С. 352.
  • Шеферд Г. М. Нейробиология: в 2 т.. — М.: Мир, 1987. — Т. 1,2. — С. 368, 454.
  • Эшби У. Р. Конструкция мозга: происхождение адаптивного поведения. — М.: Иностранная литература, 1962. — С. 393.

Примечания

  1. ↑ Зенков И. А., Олехнович О. Г. Актуальные проблемы развития медицинской науки и здравоохранения: сборник статей IV Международной научно-практической конференции // Медицинская лексика Гиппократа в современной медицинской терминологии. — 2019. — С. 145–152.
  2. ↑ Williams R. W., Herrup K. Annual Review of Neuroscience // The control of neuron number. — 1988. — Т. 11. — С. 423–453.
  3. ↑ Шеферд Г. М. Нейробиология. — М.: Мир, 1987. — Т. 1. — С. 3–15.
  4. ↑ Барнс Р. Д. Зоология беспозвоночных. — 5-е изд.. — М.: Мир, 1992. — Т. 1. — С. 1–24.
  5. ↑ Von Bartheld C. S., Bahney J., Herculano-Houzel S. Журнал сравнительной неврологии // Поиск истинного количества нейронов и глиальных клеток в человеческом мозге: обзор 150 лет подсчёта клеток. — 2016. — Т. 524, № 18. — С. 3865–3895.
  6. ↑ Nieuwenhuys R., Donkelaar H. J., Nicholson C. Центральная нервная система позвоночных. — Берлин: Шпрингер, 1998. — Т. 1. — С. 11–14.
  7. ↑ Stahl W. R. Organ weight in primates and other mammals // Science. — 1965. — Т. 150. — С. 1039–1042.
  8. ↑ Шмидт-Нильсен К. Размеры животных: почему они так важны?. — М.: Мир, 1987. — С. 259.
  9. ↑ Научные новости // (дата обращения: 15.08.2025) Одомашнивание как причина уменьшения мозга кошек. — 2022.
  10. ↑ Батуев А. С. Высшая нервная деятельность. — М.: Высшая школа, 1991. — С. 256.
  11. ↑ Мэгун Г. Бодрствующий мозг. — М.: Мир, 1965. — С. 211.
  12. ↑ Newman J. Bulletin of Psychological Type // Psychological Theory. — 1991. — Т. 14, № 2. — С. 15–28.
  13. ↑ Философские исследования // Международная конференция «Натуралистические концепции сознания»: обзор. — 2019. — Т. № 3. — С. 45–52.
  14. ↑ Блум Ф. Е. Нейронауки: пути открытий. — М.: Мир, 1982. — С. 211–234.
  15. ↑ Эмани П. С., Чжан Ш., Уайт К. П., Сриниваса Н. Наука // Одноклеточная геномика и регуляторные сети для 388 человеческих мозгов. — 2024. — Т. 384, № 6698. — С. 1156–1162.
  16. ↑ Северина И. Ю., Исавнина И. Л. Журнал эволюционной биохимии и физиологии // Сравнительная нейроанатомия нисходящих нейронов в надглоточных ганглиях тараканов из семейства Blaberidae. — 2023. — Т. 59, № 4. — С. 312–325.
  17. ↑ Кудрявцева Д. Е., Распутина О. В., Трапезов О. В. Вопросы ветеринарной науки и практики // Анатомические особенности головного мозга американской норки (Neovison vison) ручного типа. — 2022. — Т. № 3. — С. 78–84.

Ссылки

Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Мозг&oldid=1945651