Глава 5. Мозг и нервная система

«Тесен мир, мозг же человека необъятен», – писал великий немецкий романтик Фридрих Шиллер в драме «Смерть Валленштейна». Дословно фраза «Eng ist die Welt, und das Gehirn ist weit» переводится с немецкого языка как «Мир – узок, мозг – широк». С точки зрения логики она может показаться абсурдной, ведь именно мир можно охарактеризовать как «широкий» и «необъятный», В то время как физические параметры человеческого мозга легко поддаются измерению.

Тем не менее мы понимаем, что в данном случае речь идет не просто об органе, заключенном в черепную коробку, а о том, что он порождает: о разуме, о сознании, о чем-то действительно неизмеримом и необъятном, что, собственно, и делает нас людьми.

Повреждения мозга: травмы, опухоли, возрастные изменения – часто влекут за собой тяжелые, а порой необратимые последствия. И дело не только в том, что в мозге находятся центры управления жизненно важными процессами, такими как дыхание и сердцебиение. Неблагоприятные изменения в структурах, ответственных за высшую нервную деятельность человека, зачастую ведут к деградации личности, ее распаду. Утрата памяти, способности к познанию мира, полноценной коммуникации «выключает» человека из социума, обрекая на беспомощное существование. Именно поэтому поддержание здоровья мозга, профилактика возрастных нарушений, замедление их прогрессирования являются первоочередной задачей людей, намеревающихся жить долго и счастливо.

Как устроена нервная система человека?

Нервную систему человека разделяют на центральную (ЦНС) и периферическую системы. К первой относят головной и спинной мозг, ко второй – нервы, «курирующие» работу каждой клетки организма. Основной задачей нервной системы является объединение работы всех органов, тканей, клеток организма в слаженный «механизм», а также обеспечение быстрой и адекватной реакции на изменение внутренней и внешней среды. Нервная система работает в тесном «тандеме» с эндокринной (гормональной) системой, образуя нейроэндокринную систему, регулирующую работу всего организма при помощи нервных импульсов и особых химических веществ – гормонов.

Головной мозг

Головной мозг – это верховный главнокомандующий нервной системы, контролирующий работу всего организма. Кроме того, именно уникальное строение мозга является базисом для осуществления высших психических функций, лежащих в основе сознания. Головной мозг весит всего 1,2–1,4 килограмма, что составляет в среднем около 2 % от массы тела человека, при этом мозг мужчин, как правило, на 10–12 % тяжелее и на 10 % объемнее, чем женский [1].

Головной мозг состоит из нескольких отделов.

• Самая объемная часть человеческого мозга – это передний мозг, частью которого является кора больших полушарий. Оба полушария (правое и левое) делятся на четыре доли: лобную, затылочную, височную и теменную. Кора больших полушарий отвечает за восприятие всей информации, поступающей из внешней и внутренней среды: здесь расположены зрительная, слуховая, обонятельная, вкусовая, соматосенсорная зоны. Также кора ответственна за высшую нервную деятельность человека, включая мышление и речь.

• В среднем мозге находятся зрительные и слуховые центры, отвечающие за обработку импульсов от соответствующих анализаторов. Кроме того, средний мозг оказывает колоссальное влияние на кору больших полушарий. Если кора – это «сфера сознания», то средний мозг – это «царство подсознания». Процессы, которые происходят в среднем мозге, могут стимулировать или подавлять процессы, происходящие в коре. Здесь в том числе синтезируется дофамин – нейромедиатор, играющий ключевую роль в процессах формирования мотивации, полезных привычек и зависимости.

• Промежуточный мозг является посредником в передаче раздражителей к полушариям и помогает адекватно приспособиться к изменениям в окружающей среде. Регулирует работу обменных процессов и эндокринных желез. Руководит работой сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Регулирует сон и бодрствование, употребление воды и пищи.

• Мозжечок – это область мозга, которая отвечает в первую очередь за сохранение равновесия и распределение нагрузки между мышцами, неосознаваемые навыки тела и телесную память.

• Продолговатый мозг является прямым продолжением спинного мозга. Через него проходят нервные пути, несущие информацию от всего тела и обратно, а также центры регуляции дыхания и кровообращения. При повреждении продолговатого мозга наступает быстрая смерть. С вышележащими отделами мозга он соединяется при помощи варолиева моста – отдела ствола головного мозга.

Нервные клетки

Главной структурной единицей центральной нервной системы является нервная клетка, или нейрон. Нейроны состоят из тела и нескольких отростков. Тела нейронов образуют серое вещество головного и спинного мозга, а длинные отростки, покрытые миелином, – белое. Серое вещество формирует кору головного мозга и нижележащие ядра, а белое – нервные пути – своего рода «провода», с помощью которых происходит «общение» между разными отделами мозга и другими структурами.

По последним данным, число нейронов в коре головного мозга составляет 14–16 миллиардов, в то время как число нервных клеток в составе мозжечка – 55–70 миллиардов [2].

Тело нейрона содержит множество трубочек, которые формируют клеточный скелет (цитоскелет): он помогает поддерживать форму нервной клетки, а также формирует своеобразные «рельсы», по которым пузырьки с нейромедиаторами доставляются к концам отростков. Существует два типа отростков – короткие (дендриты) и длинные (аксоны). Чаще всего нейроны имеют множество дендритов и только один аксон.

Аксоны могут передавать нервные импульсы на большие расстояния – к другим структурам мозга, в спинной мозг и к органам-мишеням. Как правило, в доставке импульса из мозга в «далекие регионы» и обратно участвуют несколько нейронов, расположенных выше или ниже «автора» импульса.

Концевой отдел аксона подходит к телу следующего участника цепочки, выбрасывает нейромедиатор в щель между концом отростка и телом (или отростком) другого нейрона. Эти «места встречи» называются синапсами^[7]: здесь происходит преобразование электрического импульса в химический. Следующий нейрон «принимает» химический сигнал и вновь преобразует его в электрический, отправляя импульс к месту назначения.

Схема нейрона

Иногда на пути «посланца» к конечному пункту происходит несколько таких «пересадок» – подобная система позволяет поддерживать высокую интенсивность импульса, не позволяя ему угаснуть. Аксоны покрыты оболочкой из миелина, выполняющего роль электроизолятора. Миелин состоит из клеток глии, о чем будет сказано далее. Короткие отростки нейронов – дендриты – помогают осуществлять «локальную связь» между нейронами. Они лишены миелиновой оболочки. При помощи коротких и длинных отростков каждый нейрон оказывается связан с тысячами и десятками тысяч других нейронов и клетками-мишенями.

Нейроглия: система жизнеобеспечения и защиты мозга

Помимо нейронов – «базовых» клеток мозга, в состав нервной системы входят вспомогательные структуры – клетки нейроглии (глиальные клетки). Существует несколько разновидностей глиальных клеток: например, астроциты, олигодендроциты, макроглия, микроглия. В течение многих лет считалось, что число глиальных клеток превышает количество нейронов в 8–10 раз, однако сегодня доказано, что соотношение нейронов и клеток глии примерно одинаково [3].

Клетки нейроглии участвуют в образовании гематоэнцефалического барьера – фильтра, защищающего мозг от попадания микробов, некоторых клеток и токсинов. Также глиальные клетки формируют микросреду вокруг нейронов, участвуют в транспорте питательных веществ в нервные клетки и выведении отходов, образуют миелиновые оболочки и пр.

Интересный факт

Как «кишечный мозг» влияет на весь организм

В кишечнике человека находится уникальное скопление нервных клеток – энтеральная нервная система (ЭНС). Иногда ее также называют кишечным или «брюшным» мозгом. Уникальность ЭНС, ее отличие от нервных скоплений в других органах связаны с целым рядом характеристик. Во-первых, она включает в себя около полумиллиарда нейронов! Во-вторых, ЭНС по структуре очень напоминает головной мозг. Здесь имеется несколько типов нейронов, способных принимать и отправлять сигналы и обеспечивать двигательную функцию мышц. Энтеральная нервная система располагает собственными глиальными клетками, которые, как и в головном мозге, питают нейроны и активируют иммунные механизмы. В-третьих, в кишечнике синтезируется огромное количество нейромедиаторов. Спектр собственных нейромедиаторов в ЭНС так же широк, как и в центральной нервной системе, причем более 90 % серотонина и 50 % дофамина, синтезирующегося в организме, вырабатывается именно в кишечнике. Практически все нейромедиаторы ЭНС имеют бактериальное происхождение.

Все эти факторы лежат в основе четвертой ключевой особенности ЭНС – ее автономности. В отличие от других звеньев нервной системы, кишечный мозг может функционировать без контроля со стороны центральной и периферической нервной системы даже при обширных повреждениях мозга. В то же время головной мозг и нервная система кишечника тесно связаны между собой, формируя ось «кишечник – мозг»^[8]. Поэтому ЭНС не только регулирует работу пищеварительного тракта, но и оказывает влияние на весь организм.

Исследования показывают, что некоторые заболевания, поражающие мозг, например болезнь Паркинсона, ассоциированы с определенными изменениями кишечной микробиоты.

Ученые из Вашингтонского университета провели обзор 150 исследований и выяснили, что возрастная потеря клеток глии (перицитов), образующих гематоэнцефалический барьер, значительно повышает риск развития болезни Альцгеймера [4].

Клетки глии в составе гематоэнцефалического барьера выполняют роль «насосов», удаляющих из мозга токсичные бета-амилоидные белки, скопления которых являются одной из причин развития болезни Альцгеймера. Нарушение работы «насоса», вызванное возрастной потерей глиальных клеток, ускоряет темпы развития деменции. По мнению ученых, из-за снижения количества клеток глии в составе гематоэнцефалического барьера при старении мозг начинает, образно говоря, «вытекать», что ведет к развитию когнитивных нарушений.

Спинной мозг

Спинной мозг является частью центральной нервной системы человека и продолжением головного мозга. Он располагается в позвоночном канале и представляет собой длинный тяж, который в верхнем отделе переходит в продолговатый мозг. В центре тяжа находится спинномозговой канал, заполненный спинномозговой жидкостью. Центральная часть спинного мозга представлена серым веществом, образованным телами нейронов, вокруг которого расположено белое вещество, образованное длинными отростками нейронов.

В составе белого вещества – нервные пути, по которым импульсы идут от головного мозга в спинной (нисходящие нервные пути) и обратно (восходящие нервные пути), а также происходит коммуникация между разными участками самого спинного мозга. Серое вещество содержит чувствительные и двигательные нейроны. Их отростки соединяются и образуют чувствительные и двигательные корешки, которые затем тоже, в свою очередь, соединяются и образуют спинномозговые нервы.

Спинной мозг выполняет проводниковую функцию – служит связующим звеном между головным мозгом и периферической нервной системой. В то же время некоторые процессы спинной мозг регулирует самостоятельно, без прямого участия головного мозга. Например, в случае прикосновения к горячему предмету мы отдергиваем руку рефлекторно – этот рефлекс формируется на уровне спинного мозга, движение происходит без участия сознания.

Нервы (периферическая нервная система)

Всего от спинного мозга отходит 31 пара спинномозговых нервов – на уровне каждого позвонка. Все спинномозговые нервы содержат чувствительные волокна – отростки нейронов, собирающих информацию от тактильных, болевых, температурных рецепторов кожи и пр. и отправляющих ее на «обработку» в центральную нервную систему. Также они содержат двигательные волокна, по которым импульс от головного и спинного мозга проходит к мышцам, заставляя их сокращаться.

По мере удаления от спинного мозга корешки начинают ветвиться, образуя нервные стволы – крупные нервы, а затем делясь на более мелкие нервы. Каждый нерв заканчивается нервным окончанием возле определенной области тела. Все нервы делятся на двигательные, чувствительные и смешанные (содержащие оба типа отростков).

Отдельную группу составляют 12 пар черепных нервов. Тела нейронов, от которых отходят отростки, образующие черепные нервы, входят в состав особых скоплений серого вещества – ядер ствола головного мозга. Они выходят на периферию из отверстий в черепе, а области, с которыми они «работают», не выходят за пределы головы и шеи. Исключением является лишь блуждающий нерв, играющий важнейшую роль в регуляции работы внутренних органов.

Периферическую нервную систему подразделяют на вегетативную и соматическую. Соматическая нервная система регулирует работу скелетных мышц, отвечающих за движения, которые мы можем сознательно контролировать. Вегетативная нервная система регулирует сферы жизнедеятельности, находящиеся за пределами контроля нашего сознания. В их числе дыхание, сердцебиение, потоотделение и т. д.

Например, при столкновении с какой-либо опасностью сначала включается вегетативная нервная система: учащается пульс и дыхание, выступает холодный пот, мышцы «деревенеют» – все эти реакции не зависят от нашего сознания. И только затем в игру вступает соматическая нервная система: мы принимаем решение «нападать или бежать», отдавая соответствующие приказы своим скелетным мышцам.