Спереди на конце нервной трубки формируется пузырь (точнее, сразу несколько, расположенных один за другим): это «заготовка» для будущего головного мозга. Постепенно его форма усложняется, а по бокам формируются все более сложные отростки. Передний отдел разрастается особенно сильно, вырастая сначала вверх и немного загибаясь назад, именно так закладывается и начинает расти головной мозг. Однако отделы, расположенные под покровом конечного мозга, не так уж сильно отличаются у людей по сравнению с другими млекопитающими. Чем ближе к спинному мозгу, тем больше сходство в строении и работе отделов мозга. Общий принцип строения головного мозга позвоночных животных можно описать так. В центре у основания головного мозга расположены самые древние отделы, которые появились в эволюции раньше всего и отвечают за простые автоматические процессы и формы поведения. Ближе к конечным отделам по мере продвижения к поверхности мозга появляются все более сложные отделы, тут выше изменчивость в строении и назначении это те отделы, которые появляются в эволюции намного позже и во многом обеспечивают специфические для каждого вида задачи [1].
Через мозговой ствол курсирует значительная часть информации, передаваемой от мозга к органам.
Неровная и бугристая, изрезанная бороздами и извилинами часть, которую иногда принимают за собственно мозг, это все-таки лишь одна из частей нашего головного мозга. Неудивительно, что ее называют большим мозгом (как бы противопоставляя маленькому мозгу мозжечку). Снаружи большой мозг покрыт корой серым веществом толщиной несколько миллиметров, в котором «сидят» тела нервных клеток, в то время как их длинные отростки образуют белое вещество[5] под поверхностью коры. Кора большого мозга разделена на два полушария правое и левое. Они соединены крупными пучками проводящих путей, через которые оба полушария обмениваются информацией это мозолистое тело.
Хотя большинство людей не задумываются о том, что еще есть в головном мозге, кроме двух больших полушарий, «под покровом» большого мозга скрывается множество других очень важных структур. Не все, что находится под поверхностью коры, относится к белому веществу, которое только проводит информацию, внутри есть «начинка» из серого вещества, разделенная на множество мелких и крупных включений. Такие скопления тел нервных клеток обычно компактно расположены и называются подкорковыми ядрами. Каждая пара ядер внутри мозга по одному справа и слева выполняет собственные задачи, образуя сети с другими подкорковыми структурами и участками коры.
Весь мозг представляет собой гигантскую сеть распространения и обработки сигналов, состоящую из десятков миллиардов узлов отдельных нейронов, сгруппированных в разных отделах подкорки и коры в соответствии с теми задачами, которые они выполняют.
Вообще говоря, именно подкорковые ядра чрезвычайно важны для многих ключевых задач, которые решает мозг, обеспечивая наше выживание и жизнедеятельность. А кора, в свою очередь, отвечает за все наши чисто человеческие функции, которые разительно отличают нас от животных. В коре есть участки, где формируются речь, арифметические навыки, умение читать и способности к абстрактному и логическому мышлению. Кора головного мозга (неокортекс) обеспечивает прежде всего обучение новому.
Тем не менее оказалось, что жить можно и без коры головного мозга (правда, в этом случае речь идет не о людях, а о братьях наших меньших зверях с более просто устроенным неокортексом). В первой половине XX века ученые проводили эксперименты на животных, изучая как в мозге формируются условные рефлексы и где происходит обучение. В этих экспериментах крысам, кроликам и собакам полностью удаляли кору с поверхности головного мозга, а после восстановительного периода изучали их поведение. Оказалось, что звери вполне способны выжить и прожить довольно долгое время после того, как им полностью удалили кору [2]. Все потому, что базовые программы поведения, включая рефлексы, стандартную повседневную активность и даже мотивацию и настроение животных, кодируют подкорковые структуры мозга.
Что находится внутри полушарий большого мозга?
Промежуточный мозг: таламус, гипоталамус, гипофиз
В основании больших полушарий лежит промежуточный мозг, чью основу составляют таламус и гипоталамус. Это небольшая отдельная часть в составе переднего мозга наряду с конечным к нему как раз относятся большие полушария и еще несколько структур внутри них.
Мозговой ствол, о котором мы говорили в предыдущем разделе, сверху упирается в два овальных таламуса. Они расположены практически в самой сердцевине мозга и соединяют органы чувств (кроме обоняния) с другими его отделами.
Таламус своеобразный информационный центр управления внутри переднего мозга [3]. Почти вся информация от органов чувств (за исключением запаховой) сначала попадает в таламус, проходит там начальную обработку и сортировку и только после этого отправляется в свой отдел коры головного мозга. Обоняние единственное исключение из правил: обонятельные луковицы, отвечающие за вкусы и запахи, относятся к лимбической системе (о ней мы еще поговорим подробнее) и отправляют информацию непосредственно к обонятельной коре в обход таламуса.
Внутри таламуса находится два десятка различных ядер, каждое из которых отвечает за свой набор задач. Часть ядер работает в основном с внешней информацией от органов чувств, другие участвуют в двигательном контроле, есть отделы, соединяющие друг с другом различные участки коры больших полушарий. Что происходит с информацией, которая попала из таламуса в кору? После обработки она опять поступает в таламус, и он вновь оценивает ее, выделяя в огромном сенсорном потоке сигналы, на которые сейчас стоит обратить внимание, и отсеивая те, что пока можно проигнорировать.
Внутри таламуса работает что-то вроде фильтра он помогает переключать внимание с одного потока информации на другой: например, если нам наскучил разговор и мы стали разглядывать симпатичную картину на стене, таламус «прикручивает тумблер» для звуковой информации и пропускает в первую очередь зрительную информацию, которая сейчас нам важнее и интереснее.
Нейронаука умеет исследовать человеческий мозг, не вскрывая череп.
Когда мы замечаем, что кто-то в обсуждении называет наше имя, таламус опять переключает фильтры входящей информации в прежний режим, мы забываем про картину и снова включаемся в беседу.
Фактически таламус играет важнейшую роль в том, куда будет направлен фокус нашего внимания, что именно достигнет осознания и послужит пищей для размышлений.
Под таламусом расположены гипоталамус и гипофиз они связывают мозг с эндокринной системой, управляя выработкой большинства гормонов.
Гипоталамус это небольшая зона мозга возле основания таламуса (спереди и книзу от яйцевидного таламуса). Он тесно связан с остальными зонами в среднем и переднем мозге и состоит из множества мелких ядер, каждое из которых специализируется на том или ином аспекте нашего поведения или работы внутренних органов.
Гипоталамус контролирует постоянство внутренней среды организма и запускает инстинктивные программы и потребности, когда нам требуется восстановить ресурсы.
В крови мало сахара? Гипоталамус активирует центры голода. В кровотоке избыток солей? Надо подключить центры жажды, чтобы восполнить недостаток воды в организме. Специальные центры в гипоталамусе следят за температурой тела и кровяным давлением, аппетитом, жаждой, уровнем активности.
Ядра гипоталамуса играют важную роль, когда речь заходит о сексуальном возбуждении или нужно запустить материнский инстинкт.
В крови мало сахара? Гипоталамус активирует центры голода. В кровотоке избыток солей? Надо подключить центры жажды, чтобы восполнить недостаток воды в организме. Специальные центры в гипоталамусе следят за температурой тела и кровяным давлением, аппетитом, жаждой, уровнем активности.
Ядра гипоталамуса играют важную роль, когда речь заходит о сексуальном возбуждении или нужно запустить материнский инстинкт.
Клетки гипоталамуса важны и для грудного вскармливания, и для формирования нежной привязанности и заботы между родителем и ребенком.
Одним словом, гипоталамус следит за тем, чего нам сейчас остро не хватает, и старается сделать так, чтобы в организме было достаточно воды и питательных веществ, поддерживались постоянная температура и кровяное давление, чтобы мы могли эффективно справляться с задачами выживания и размножения короче говоря, чтобы все было в порядке и работало, как следует.
Одна из главных задач гипоталамуса заключается в управлении небольшой железой прямо под ним это гипофиз, который следит за тем, как и когда в организме вырабатываются гормоны.
Гормональная регуляция для поведения не менее важна, чем мышечный контроль: гормоны действуют намного медленнее, но позволяют скоординировать режимы работы всех систем органов, обеспечивая слаженную деятельность всех систем организма.
А еще гипоталамус контролирует реакцию «бей или беги», которая проявляется, когда нам угрожает опасность, выделяющиеся здесь вещества регулируют выработку гормонов в эндокринной системе и помогают всем органам скоординироваться и переключиться в режим боевой готовности. К сожалению, гипоталамус и система ответа на угрозу не слишком разбираются в том, какая именно опасность нам угрожает. Тысячи лет назад наши предки при встрече с медведем или тигром спасались только благодаря эндокринной системе: выделявшийся адреналин разгонял пульс, помогал поднять кровяное давление и давал энергию для работы мышц, чтобы древние люди смогли спастись от хищника, а кортизол готовил организм на тот случай, если неприятности продлятся дольше, чем хотелось бы. Теперь тигры и медведи сменились недовольными начальниками или контрагентами, но эндокринная система, управляемая гипофизом, работает все так же на случай, если мы все же решим сбежать от нагоняя (к сожалению, обычно такое решение только усугубляет проблемы, а не помогает их решить).
Гипофиз регулирует работу желез внутренней секреции щитовидной железы, надпочечников и половых желез, а еще в нем контролируются процессы роста, обмена веществ и работа почек.
Эпифиз
Эпифиз это непарный вырост между таламусами и четверохолмием. Он тоже относится к промежуточному мозгу и иногда появляется в литературе и интернете под громким и интригующим названием «третий глаз». У такого названия есть вполне солидные основания: у наших позвоночных предков эпифиз действительно работал как самый настоящий светочувствительный орган, и прямо над ним в костях черепа образовывалось специальное отверстие, чтобы свет мог попадать туда напрямую [4]. Да и сегодня существуют отдельные виды рыб, амфибий и рептилий, у которых эпифиз сохранил ту же роль. Правда, самый известный пример третьего глаза теменной глаз живой ископаемой ящерицы гаттерии это вырост парапинеального органа, который у ящериц находится по соседству с эпифизом.