Лекции 4 семестр / 23. Нормальная физиология_Лекция_ Возбуждение и торможение в КБП

Под высшей нервной деятельностью понимают процессы, которые протекают в КБП и ближайшей подкорке. Это поведение и связанные с ним мышление, обучение, память, речь, а также состояния мозга, необходимые для этих функций: сон, бодрствование, внимание, сознание, рассудок.

Для их обеспечения работают нейронные сети, состоящие из возбуждающих и тормозящих нейронов, объединенных многочисленными синапсами. Такие сложные функции мозг человека приобрел в процессе длительной эволюции. 13,8 млрд лет назад образовалась наша Вселенная, 4,5 млрд лет – наша Солнечная система, 3,4 млрд лет – появилась жизнь на Земле и только 300 тыс лет назад - Homo sapiens. Его мозг отличается от всех других собратьев по разуму (Homo naledi, Неандерталецы, Денисовский человек) большими размерами и хорошо развитыми ассоциативными зонами. Этому способствовали мутации ряда генов, которые способствовали развитию нейронов (NOTCH2N), количеству синаптических контактов между ними (SRGAP2C), освоению речи (FOXP2) и др.

Профессор Берг М.Д.

В мозге человека сформировались новые нейроны, такие как нейроны фон Экономо и парвальбуминовые ГАМК-ергические нейроны, играющие важнейшую роль в социо-эмоциональных нервных цепях и координации работы нейронов разных отделов КБП. РНК, передающая клетке указание делать белки, у человека в нейронах префронтальной коры более активна, чем у других приматов. В стриатуме клетки вырабатывают больше медиатора дофамина, который участвует в различных когнитивных процессах. Сложилась сложная система зеркальных нейронов, активирующаяся при наблюдении за действиями других людей, способствующая обучению. Сформировались расширенные связи между двумя областями – зонами Брока и Вернике – которые образуют систему, необходимую для обработки речевой информации. Появился нервный путь, идущий от моторной коры в ствол мозга, который управляет мышцами гортани, участвующими в речи, у шимпанзе таких связей нет.

Профессор Берг М.Д.

Головной мозг человека (1250-1500 г)

Профессор Берг М.Д.

Общее количество нейронов в коре человека – 16,3 млрд, расположены с высокой плотностью, что облегчает связи между ними (для сравнения – у кошки и медведя – около 250 млн, а плотность их у медведя в 3 раза меньше).

После рождения мозг ребенка продолжает развиваться, увеличиваются его размеры. Наиболее интенсивно он растет в первые годы после рождения и достигает размеров взрослого к 6-10 годам. При взрослении улучшаются связи между структурами, связей становится больше, они сильнее, структура связей у мужчин и женщин различается.

Отделы мозга развиваются асинхронно: например, лимбическая система (импульсивное, эмоциональное поведение) формируется у подростков в начале полового созревания (10-12 лет), потом созревает еще около 7 лет, а префронтальная кора, которая удерживает нас от импульсивного поведения, достигает своего полного развития на 10 лет позже. В начале полового созревания, когда происходит гормональный взрыв, префронтальная кора еще совсем не зрелая.

Профессор Берг М.Д.

Созревание и развитие мозга и его нормальная работа обеспечиваются надежным кровообращением, ликворообращением по желудочкам мозга и глимфатической системой.

Глимфатическая система мозга образована астроцитами. Ножки астроцитов, прилегающих к сосудам, расширяются на конце и образуют слой вокруг наружного слоя артерии и вены. Образуется канал для движения жидкости. В мембрану атроцита встроены аквопорины А4. Эта система позволяет обмениваться водой и водорастворимыми веществами между кровью и глимфой, она удаляет из мозга ненужные метаболиты, защищая его от развития утомления и заболеваний.

Клетки глии управляют не только транспортом веществ из артериальной крови в мозг к нейронам и обратно через венозную и глимфатическую системы, но важны также для других функций: нейроглиальный аппарат выполняет трофическую, защитную, опорную и разграничительную (барьерную) функции, глимфатическую функцию, а также энергообеспечения нейронов. Мозг составляет 2% от массы тела, но использует 20% потребляемого организмом кислорода.

С помощью переносчиков (GLUT1) глюкоза из кровяного капилляра поступает в астроцит и в процессе гликолиза превращается в лактат (молочную кислоту). При этом освобождаются две молекулы АТФ для нужд астроцита.

Лактат посредством специальных переносчиков (МЕТ) поступает в нейрон и после нескольких превращений, в том числе в митохондриях, дарит нейрону 38 молекул АТФ для работы нейрона.

Сами нейроны тоже могут поглощать глюкозу — посредством рецепторов GLUT3. Глюкозо-6-фосфат, бразовавшийся в нейроне из глюкозы, направляется в пентозо-фосфатный цикл, который поставляет вещества-предшественники для синтеза нуклеотидов ДНК и РНК.

Профессор Берг М.Д.

Энергообеспечение нейрона

Профессор Берг М.Д.

Современные методы исследования мозга:

1.Экспериментальные методы нейровизуализации – оптогенетика, прозрачные животные, нейрохимические методы.

Профессор Берг М.Д.

2. Клинические методы нейровизуализации – электроэнцефалография, магнитоэнцефалография, компьютерная томография, магниторезонансная томография (МРТ) в сочетании с функциональными пробами (фМРТ), которые выявляют работающие отделы мозга и последовательность распространения возбуждения. Новые методы обработки данных – метод графов, метод сжатия zip и др.

Профессор Берг М.Д.