2015-11-16

Будова мозку

0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.50 (1 голос)

Будова мозку

Розроблені протягом останнього століття технології здійснили переворот у вивченні діяльності і будови головного мозку.

Протягом багатьох сторіч людина захоплюється можливостями свого мозку. У VI ст. до н. е. Алкмеон, грецький лікар і мислитель, що жив на півдні Апеннінського півострова, асоціював розумову діяльність з головним мозком (Арістотель, на відміну від нього, вважав, що за мислення відповідає серце). Пізніше, у III ст. до н. е., грецький анатом Герофіл (335–280 рр. до н. е.) поряд з головним мозком вперше препарував багато органів людини і порівняв їх з відповідними органами тварин.

Вивчаючи будову мозку, греки давали його відділам назви, що відображали їх форму або фактуру. Так, гіпокамп грецькою означає «морський коник», мигдалина за формою нагадує мигдаль, а кора головного мозку зовні схожа на кору дерева. Грецькі назви або їх буквальний переклад широко вживаються і понині.

Клітини головного мозку

Вже перші дослідники будови мозку зіткнулися з нерозв'язними перепонами. Так, кількість нейронів – нервових клітин, з яких складається вельми компактний головний мозок – просто величезна і становить у середньому не менше 100 млрд. Велика кількість нейронів обумовлює їх надзвичайну мініатюрність: ширина типового нейрона становить від п'яти до ста десятитисячних міліметра, а це означає, що побачити нервову клітину неозброєним оком неможливо. Не дивно, що дослідження головного мозку так довго було практично безуспішним.

Винахід мікроскопа 1590 року дав поштовх бурхливому розвитку нейробіології – науки, що вивчає головний мозок і інші відділи нервової системи. набагато пізніше, в 1875 році, італійський анатом і клітинний біолог Камілло Гольджі (1843–1926) винайшов метод, що дозволяє за допомогою срібла фарбувати тканини головного мозку в чорний колір, ізолюючи невеликі групи нейронів. Гольджі виявив, що нервові клітини не з'єднані безпосередньо, а розділені невеликими щілинами (синапсами).

Іспанський лікар і гістолог Сантьяго Рамон-і-Кахаль (1852–1934), застосувавши фарбування за методом Гольджі, з'ясував, що розташування нейронів головного мозку не випадкове, а суворо впорядковане. Вченому вдалося ізолювати окремі нейрони і вивчити механізм нейронної передачі нервових імпульсів. У 1906 році Рамон-і-Кахаль і Гольджі були спільно удостоєні Нобелівської премії з фізіології і медицини.

Але навіть після цього не вдалося здолати всі перешкоди на шляху розвитку нейробіології. Було досягнуто суттєвих успіхів у вивченні будови мертвих тканин головного мозку, але для з'ясування механізмів його функціонування нейробіологам необхідне було проникнення всередину живого органу. У 1895 році науковий світ був приголомшений великим відкриттям німецького фізика Вільгельма Конрада фон Рентгена (1845–1923). Рентгенографія вперше дозволила заглянути всередину живого організму, не пошкоджуючи його, і стала першим методом, що дозволив вивчити діяльність головного мозку.

Прилади, що випромінюють енергетичні хвилі, дозволяли відобразити картину будови живого організму на чутливій фотоплівці. Однак м'які тканини виявилися слабо помітні на рентгенівських знімках, і для вивчення тонкої будови мозку знадобилася доробка методу.

Для церебральної ангіографії використовують барвник, непрозорий для рентгенівських променів. Його введення в кровотік дозволяє отримати виразне зображення кровоносних судин головного мозку. При пневмоцефалографії спинномозкову рідину, що омиває мозок, заміщають повітрям, що дозволяє одержати більш контрастне зображення різних структур мозку. Рентгенівські промені незамінні у виявленні пухлин та інших структурних мозкових порушень.

КОТ і ЕЕГ

На жаль, рентгенографія дозволяє отримати лише двовимірне зображення будови мозку. Але в 1973 році був винайдений прилад, що використовує рентгенівське випромінювання для отримання тривимірного зображення тіла. Метод, заснований на використанні цього приладу, отримав назву комп'ютерної осьової томографії (КОТ).

У процесі КОТ камера, що випромінює рентгенівські промені, обертається довкола голови пацієнта, а її сигнали обробляються комп'ютером. В результаті отримують ряд зображень, що представляють собою поперечні «зрізи» головного мозку. Об'єднуючи їх, отримують високо деталізоване тривимірне зображення головного мозку, що дозволяє розрізнити сіру речовину, білу речовину і спинномозкову рідину, а також виявити мозкові пухлини і кровотечі.

Тим часом пошуки інших методів дослідження діяльності головного мозку не припинялися. У 1875 році англійський фізик Річард Кейтон вперше зафіксував «слабкі струми різних напрямків», генеровані корою головного мозку. У 1924 році німецький фізик і психіатр Ганс Бергер (1873–1941) першим використав ритмічні електроструми головного мозку в діагностиці епілепсії, виявленні пухлин головного мозку і деяких інших мозкових порушень. У 1929 році Бергер створив прилад, що здійснював запис електричних випромінювань головного мозку – електроенцефалограф.

Прилад фіксував численні випромінювання головного мозку за допомогою багатьох електродів, прикріплених до волосяної частини голови пацієнта. Їх запис на папері називають електроенцефалограмою (ЕЕГ). За допомогою ЕЕГ лікарі не тільки ідентифікують психічні розлади і виявляють соматичні мозкові порушення, а й отримують безцінну інформацію про діяльність головного мозку. Так, вдалося встановити, що під час сну головний мозок активний і не припиняє своєї діяльності, та ідентифікувати області головного мозку, що приймають участь в абстрактних психічних процесах: відчуття, спогади і мислення.

Аналіз ЕЕГ – процес складний і трудомісткий, оскільки на папері фіксується сигнал від кожного з безлічі електродів. Набагато простіше аналізувати кольорове зображення, отримане за допомогою різновиду ЕЕГ – картування електричної активності головного мозку, розробленого на початку 1980-х років.

Будова мозку і ПЕТ

Відкриття методу позитронно-емісійної томографії (ПЕТ) дозволило вченим отримати електронне відображення активності головного мозку. Розроблений в 70-х роках минулого століття, метод спочатку призначався для вивчення обміну речовин у різних відділах головного мозку.

У дослідженнях подібного роду речовина, що містить радіоактивні ізотопи фтору-18, впроваджені в молекули синтетичної речовини, структурно близької до глюкози, вводиться в артерію пацієнта. Проникаючи з кров'ю в головний мозок, молекули цієї речовини розкладаються, при якому ізотопи вивільняють позитивно заряджені частинки – позитрони. Гамма-випромінювання, що виникає внаслідок взаємодії позитронів з електронами сусідніх атомів, фіксується сканером, за допомогою якого кожні кілька хвилин отримують «моментальні знімки» головного мозку.

Нормальна робота головного мозку неможлива без енергії, що вивільняється при розпаді глюкози. Попри практично повну ідентичність молекул радіоактивної речовини і молекул глюкози, його метаболізм в головному мозку протікає інакше, і вона накопичується в певних його ділянках, пропорційно кількості глюкози, що використовується клітинами даної ділянки головного мозку. Отримані зображення дозволяють дослідникам розрізнити ділянки з високою і низькою радіоактивністю і оцінити кількість глюкози, що використовується тканинами органу.

ПЕТ має величезне медичне значення. Лікарі використовують її для вивчення кровообігу, енергетичних процесів організму і розподілу продуктів природного метаболізму речовин в тканинах здорового і пошкодженого головного мозку.

Будова мозку і МРТ

Серед новітніх досягнень у галузі вивчення будови мозку та інших органів тіла людини особливо слід виділити магнітно-резонансну томографію (МРТ), що дозволяє отримати кольорове тривимірне зображення головного мозку незалежно від процесів, що у ньому відбуваються. Метод заснований на реєстрації випромінювання тканинами досліджуваного органу протонів (ядер водню) з використанням методу ядерно-магнітного резонансу. Спеціальний прилад створює сильне магнітне поле, що утворює потужне протонне електромагнітне випромінювання, яке фіксується сканером.

Переваги МРТ перед іншими методами безсумнівні. На відміну від рентгенографії, КОТ і ПЕТ, МРТ дозволяє уникнути радіоактивного опромінення. Крім того, тримане даним методом зображення мозку дуже контрастне. МРТ особливо корисна в діагностиці злоякісних пухлин і оцінці їх розповсюдження.

ПЕТ і МРТ

Іноді для отримання більш повної інформації про мозок використовують відразу декілька методів. Так, до МРТ вдаються для уточнення даних, отриманих за допомогою електроенцефалографії. Внаслідок спотворення електричних сигналів при проходженні крізь кістки черепа нерідко не вдається чітко локалізувати імпульси ділянку мозку, що випромінюється. Спільне застосування електроенцефалографії та МРТ дозволяє розрахувати форму і товщину кісток черепа і чітко локалізувати джерело сигналу. Аналогічно, нерідко результати спільного використання ПЕТ і МРТ дозволяють більш точно локалізувати відділи головного мозку.

Багато деталей функціонування головного мозку поки неясні. Зокрема, дуже мало відомо про взаємозв'язок будови мозку і свідомої діяльності людини. Механізм зберігання спогадів чекає своєї розгадки. Але вперше в історії успіхи, досягнуті протягом останнього століття, дозволили людині проникнути всередину живого мозку, вивчити його будову і діяльність. Американські вчені настільки впевнені в прогресі, досягнутому нейробіологією, що 1990-і роки називають «десятиліттям головного мозку».

Відкриваючи це славне десятиліття в 1990 році, Пітер Фокс і його колеги по університету Джонса Хопкінса (США) оголосили про старт грандіозного проекту, що отримав назву «Картування головного мозку» (BrainMap). У наступні роки дослідники створили потужну електронну базу даних про функціонування головного мозку. База даних постійно поповнюється і відкрита для нейробіологів усього світу через Інтернет.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus