Cervello di omuncolo. Corteccia cerebrale. Sentimenti contrastanti, oppure Luria e il suo Sh
3. Nucleo dell'analizzatore olfattivo situato nella parte filogeneticamente antica della corteccia cerebrale, all'interno della base del cervello olfattivo - uncus, in parte nell'ippocampo (campo 11).
4. Nucleo dell'analizzatore del gusto, secondo alcuni dati, si trova nella parte inferiore del giro postcentrale, vicino ai centri dei muscoli della bocca e della lingua, secondo altri - nell'uncus, nelle immediate vicinanze dell'estremità corticale dell'analizzatore olfattivo , il che spiega lo stretto legame tra sensazioni olfattive e gustative. È stato stabilito che i disturbi del gusto si verificano quando è interessato il campo 43.
Analizzatori dell'olfatto, del gusto e dell'udito Ogni emisfero è collegato ai recettori degli organi corrispondenti su entrambi i lati del corpo.
5. Nucleo dell'analizzatore cutaneo (sensibilità tattile, al dolore e alla temperatura) situato nel giro postcentrale (campi 1, 2, 3) e nella corteccia della regione parietale superiore (campi 5 e 7). In questo caso, il corpo viene proiettato sottosopra nel giro postcentrale, in modo che nella sua parte superiore vi sia una proiezione dei recettori degli arti inferiori, e nella parte inferiore vi sia una proiezione dei recettori della testa. Poiché negli animali i recettori per la sensibilità generale sono sviluppati soprattutto all'estremità del corpo, nella zona della bocca, che svolge un ruolo enorme nella cattura del cibo, negli esseri umani è rimasto un forte sviluppo dei recettori della bocca.
A questo proposito, l'area di quest'ultimo occupa una quantità eccessiva di spazio nella corteccia del giro postcentrale. vasta area. Allo stesso tempo, in connessione con lo sviluppo della mano come organo del travaglio, negli esseri umani i recettori tattili nella pelle della mano aumentarono notevolmente, diventando anche un organo del tatto. Di conseguenza, le aree della corteccia corrispondenti ai recettori dell'arto superiore sono molto più grandi di quelle dell'arto inferiore. Pertanto, se disegni una figura umana nel giro postcentrale, con la testa in basso (alla base del cranio) e i piedi in alto (fino al bordo superiore dell'emisfero), allora devi disegnare una faccia enorme con una bocca incongruamente grande, una mano grande, soprattutto una mano con un pollice nettamente più grande del resto, un busto piccolo e una gamba piccola. Ogni giro postcentrale Associato a parte opposta del corpo a causa dell'intersezione dei conduttori sensoriali nel midollo spinale e in parte nel midollo allungato.
« Analizzatore esiste un meccanismo nervoso complesso che inizia con l'apparato percettivo esterno e termina nel cervello” (I. P. Pavlov). Dal punto di vista I. P. Pavlova, think tank, o l'estremità corticale dell'analizzatore, non ha confini strettamente definiti, ma è costituito da parti nucleari e sparse - teoria dei nuclei e degli elementi sparsi. "Nucleo" rappresenta una proiezione dettagliata e accurata nella corteccia di tutti gli elementi del recettore periferico ed è necessaria per l'implementazione di analisi e sintesi superiori. Gli "elementi sparsi" si trovano alla periferia del nucleo e possono essere dispersi lontano da esso; effettuano analisi e sintesi più semplici ed elementari. Se la parte nucleare è danneggiata, gli elementi dispersi possono, in una certa misura, compensare la perdita funzione del kernel, che è di grande importanza clinica per ripristinare questa funzione.
Prima di IP Pavlov la zona motoria differiva nella corteccia, o centri motori, giro precentrale e zona sensibile, O centri sensibili situato dietro solco centrale. I. P. Pavlov ha dimostrato che la cosiddetta area motoria corrispondente giro precentrale, esiste, come altre zone della corteccia cerebrale, un'area percettiva (estremità corticale dell'analizzatore motorio). “L’area motoria è l’area ricevente. Ciò stabilisce l’unità dell’intera corteccia cerebrale” (I.P. Pavlov).
Tutte le circonvoluzioni e i solchi del cervello umano sono stati a lungo nominati e descritti. Negli atlanti neuroanatomici la stessa materia grigia della corteccia cerebrale è dipinta in diversi colori. Questa mappa a colori ha più di cento anni. E l'idea stessa che le funzioni mentali siano localizzate in punti diversi sulla superficie della corteccia cerebrale umana è nata a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo. Il medico tedesco Franz Gall (1758-1828) creò le cosiddette mappe frenologiche del cervello, dove collocò le proprietà della psiche, che chiamò “capacità dell’anima”. Dal punto di vista della scienza moderna, le straordinarie mappe di Gall sono il frutto di conclusioni basate non su dati sperimentali, ma solo sulle sue stesse osservazioni. Tuttavia, gli scienziati hanno lottato per attuare la sua idea per due secoli.
Alla fine del XIX secolo, i fisiologi tedeschi scoprirono una zona nella corteccia cerebrale di cani e gatti, la cui stimolazione elettrica provocava la contrazione involontaria dei muscoli del lato opposto del corpo. Sono stati in grado di determinare con precisione in quali parti di questa zona sono rappresentati i diversi gruppi muscolari. Successivamente, questa zona (era chiamata motoria) fu descritta nel cervello umano; si trova davanti al solco centrale (rolandico), che divide più profondamente la corteccia cerebrale in direzione trasversale. Qui, le rappresentazioni dei muscoli della laringe, della bocca, del viso, del braccio, del busto e della gamba sono posizionate in sequenza e l'area della corteccia non corrisponde affatto alla dimensione delle parti del corpo. Il neurologo canadese Wilder Graves Penfield ed E. Baldry, confrontandoli entrambi, hanno disegnato un omino buffo in questo posto: un omuncolo. Ha una lingua, labbra, pollici enormi e le sue braccia, gambe e busto sono molto piccoli. Dietro il solco centrale vive anche l'omuncolo simmetrico, solo che non è motorio, ma sensoriale. Parti di quest'area della corteccia cerebrale sono associate alla sensibilità cutanea di varie parti del corpo. Le aree motorie e sensoriali interagiscono strettamente tra loro, quindi sono solitamente considerate come un'unica corteccia sensomotoria. Successivamente si è scoperto che tutto era un po 'più complicato: i fisiologi hanno trovato un'altra rappresentazione motoria completa di un corpo più piccolo, responsabile del mantenimento della postura e di alcuni altri movimenti lenti complessi.
Anche tutti gli organi di senso hanno la loro rappresentanza autorizzata nella corteccia cerebrale. Ad esempio, nella regione occipitale del cervello umano c'è una corteccia visiva, nel lobo temporale c'è una corteccia uditiva e la rappresentazione olfattiva è sparsa in diverse parti del cervello. Nella corteccia sono presenti anche i cosiddetti campi associativi, dove avviene l'analisi e la sintesi delle informazioni provenienti dai campi primari degli organi di senso. I campi associativi sono più fortemente sviluppati negli esseri umani, specialmente quelli situati nel lobo frontale; i fisiologi associano loro le manifestazioni più elevate della psiche: il pensiero, l'intelligenza. Già a metà del 19° secolo lo scienziato francese Paul Broca e lo psichiatra tedesco Carl Wernicke scoprirono due aree nell'emisfero sinistro del cervello umano legate alla parola: se l'area di Broca è danneggiata, si trova nel terzo posteriore dell'inferiore. giro frontale, il linguaggio del paziente è compromesso, ma se è interessata l'area di Wernicke - nel terzo posteriore del giro temporale superiore, il paziente può parlare, ma il suo discorso diventa privo di significato.
Quindi oggi i fisiologi sanno molto sulla struttura e sulle funzioni del cervello. Ma più imparano, più misteri rimangono. E nessuno dei ricercatori moderni può affermare di sapere come funziona il cervello. In termini di livello di contenuto informativo, le mappe cerebrali esistenti oggi possono probabilmente essere paragonate alle mappe geografiche del Medioevo, quando i contorni dei continenti somigliavano solo vagamente a quelli reali e le macchie bianche avevano un'area più grande di tutto altro. “E, cosa più importante, conoscendo approssimativamente la geografia, non abbiamo idea di cosa stia succedendo nei diversi “paesi”. Cosa fanno, come vivono", commenta il direttore dell'Istituto del cervello umano dell'Accademia russa delle scienze, membro corrispondente dell'Accademia russa delle scienze Svyatoslav Vsevolodovich Medvedev.
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Il compito di rimuovere i punti vuoti da una mappa cerebrale e aumentarne la risoluzione è molto più difficile che riempire i punti vuoti della geografia. Soprattutto quando parliamo del cervello umano e delle manifestazioni più elevate della psiche umana. È davvero possibile proiettare sulla superficie del cervello i sentimenti umani, la tensione del pensiero, gli slanci della creatività? Si potrà mai dire: questa zona è responsabile delle decisioni, questo gruppo di cellule è responsabile del sentimento della bellezza, qui si annida l'invidia e qui inizia la zona dell'amore?
"Sarebbe più corretto parlare non di mappatura del cervello, ma di mappatura delle funzioni cerebrali", spiega S.V. Medvedev. - La sfida è determinare dove si trovano i neuroni coinvolti nella risoluzione di un particolare compito e capire come queste parti del cervello interagiscono tra loro. Infine, il compito ultimo del neurofisiologo – obiettivo dal quale siamo ancora molto lontani – è correlare gli eventi che accadono nel cervello con ciò che pensa una persona, per decifrare i codici dell’attività nervosa superiore”.
Il cervello parla un linguaggio elettrico
I primi dati sulla localizzazione delle funzioni cerebrali superiori furono ottenuti nell'era dei "confronti clinici e anatomici", cioè osservazioni di pazienti che presentavano danni ad alcune aree del cervello. Poi, alla fine degli anni ’20, iniziò l’era del predominio della ricerca elettrofisiologica. I fisiologi hanno imparato a registrare l'attività elettrica del cervello - l'elettroencefalogramma (EEG) di una persona attraverso elettrodi posizionati sul cuoio capelluto (questo fu fatto per la prima volta dallo psichiatra austriaco Hans Berger nel 1929). Questo metodo divenne il principale nello studio del funzionamento del cervello e delle sue malattie: i primi elettrofisiologi credevano che con l'aiuto dell'EEG fosse possibile sapere tutto. In effetti, l'EEG riflette vari processi che si verificano nel cervello, ma la difficoltà è che registra l'attività elettrica totale, riassume e calcola la media del lavoro di un numero enorme di cellule nervose: i neuroni. E questo è il suo limite metodologico.
Poi sono comparsi altri metodi per studiare l'attività elettrica del cervello, ad esempio il metodo dei potenziali evocati: si tratta di onde elettriche che si presentano in alcune aree della corteccia cerebrale in risposta a una stimolazione specifica. Nella corteccia visiva compaiono in risposta a un lampo di luce, nella corteccia uditiva - in risposta al suono, ecc. Questo metodo ha dato molto allo studio della localizzazione delle funzioni nelle aree della corteccia cerebrale, e con il suo aiuto nella mappa del cervello è stato notevolmente perfezionato. Ma presenta anche dei limiti, soprattutto quando si studia il cervello umano.
Con lo sviluppo della tecnologia dei microelettrodi è diventato possibile registrare le scariche elettriche dei singoli neuroni. Ciò avviene, naturalmente, soprattutto negli esperimenti su animali da laboratorio. Una svolta nella ricerca sul cervello umano si è verificata quando è diventato possibile registrare l’attività elettrica dei neuroni umani direttamente dal cervello utilizzando elettrodi sottocorticali impiantati. L'accademica Natalya Petrovna Bekhtereva iniziò a utilizzare questo metodo all'inizio degli anni '60. Elettrodi sottili sono stati inseriti nel cervello del paziente per scopi terapeutici: con il loro aiuto è stato possibile influenzare in modo specifico le aree del cervello. Ma poiché un elettrodo viene impiantato nel cervello del paziente, dobbiamo sfruttare questa opportunità e ottenere da lui il massimo delle informazioni. Un elettrodo di questo tipo registra l'attività dei neuroni circostanti e questo è un livello di risoluzione completamente diverso da quello che si può ottenere da un elettrodo situato sulla superficie della testa.
I neuroni sono “alfabetizzati” e “creativi”
Con l'aiuto di elettrodi sottocorticali impiantati, i fisiologi dell'Istituto del cervello umano dell'Accademia delle scienze russa sono riusciti a imparare molto su come il cervello affronta la parola. Come già accennato, le aree di Broca e Wernicke relative al discorso sono note da molto tempo. "È più corretto limitarci alla definizione di "relativo al discorso", piuttosto che usare l'espressione "zona del discorso", sottolinea S.V. Medvedev. - Ricordi la battuta sullo scarafaggio che, a quanto pare, ha "orecchie sulle zampe"? Dobbiamo renderci conto che le aree di Broca e Wernicke potrebbero non essere il centro del discorso, ma una sorta di interfaccia”.
In un luogo completamente diverso nella corteccia cerebrale, i ricercatori hanno trovato un rilevatore della correttezza grammaticale di una frase significativa. Un gruppo di neuroni aumenta la propria attività elettrica se la frase che il soggetto sente è grammaticalmente corretta, mentre la diminuisce quando è grammaticalmente errata. Se a un soggetto vengono presentate le frasi “nastro blu” e “nastro blu”, questi neuroni “alfabetizzati” noteranno immediatamente la differenza. Un altro gruppo di neuroni distingue tra parole della lingua madre, parole foneticamente simili ad esse e parole straniere. "Ciò significa che la popolazione neurale analizza quasi istantaneamente la struttura fonetica della parola e la classifica nei seguenti tipi: "Capisco", "Non capisco, ma qualcosa di familiare" e "Non capisco affatto, ", dice S.V. Medvedev. A questo proposito si pone la questione se questi neuroni funzionino allo stesso modo o in modo diverso nelle persone dotate di alfabetizzazione innata e in coloro che hanno problemi con essa. Molto probabilmente ci sono delle differenze, ma per dare una risposta accurata è necessario reclutare molti soggetti.
"Abbiamo trovato gruppi di neuroni che distinguono tra parole concrete e astratte, neuroni che sembrano essere responsabili del conteggio", spiega ulteriormente Svyatoslav Vsevolodovich. - Abbiamo identificato le aree del cervello associate alla generalizzazione e al processo decisionale. Tutti i sistemi neuronali sono caratterizzati da polifunzionalità: ciò significa che le stesse cellule possono partecipare a funzioni diverse. La specializzazione dei neuroni è relativa: a seconda della situazione possono assumersi responsabilità diverse. Ad esempio, quando muore il capitano di una nave, il suo posto viene preso da un navigatore o da qualcun altro. Pertanto, il cervello è un sistema molto flessibile”. I neuroni perdono la capacità di essere intercambiabili nel tempo e diventano più specializzati. Un bambino piccolo non può camminare e parlare allo stesso tempo; se lo chiami, inciamperà e cadrà. Il fatto è che tutta la sua corteccia è occupata dall'uno o dall'altro. Lo studente non deve essere distratto durante la lezione, altrimenti non imparerà il materiale. Con il passare del tempo si verifica una divisione sempre maggiore dei territori del cervello, per cui un adulto può contemporaneamente guidare un'auto e portare avanti una conversazione, parlare al telefono e guardare documenti, ecc.
N.P. Bekhtereva e i suoi collaboratori hanno scoperto dei neuroni nel cervello che funzionano come rilevatori di errori. Qual è il loro ruolo? Reagiscono a qualsiasi violazione della sequenza stereotipata di azioni. “Esci di casa e per strada senti: “Qualcosa non va...” spiega S.V. Medvedev. "Esatto, si sono dimenticati di spegnere la luce in bagno." I neuroni rilevatori di errori si trovano in diverse parti del cervello: nella corteccia parietale dell'emisfero destro, nel solco Rolandico, nelle aree parietale superiore e parietotemporale della corteccia, nel giro del cingolo.
Ma anche il metodo degli elettrodi impiantati presenta dei limiti. Gli elettrodi, ovviamente, non vengono impiantati ovunque dove i fisiologi li vorrebbero, ma solo dove necessario per indicazioni cliniche. Ciò non significa che guardiamo dove è più luminoso e non dove ci siamo persi?
Lo scanner cerebrale funziona con positroni
I raggi X tradizionalmente utilizzati in medicina per ottenere un'immagine del cervello non sono il metodo migliore. Con l’avvento della risonanza magnetica (MRI) sono emerse possibilità completamente diverse. L'Istituto del cervello umano dell'Accademia russa delle scienze utilizza attivamente il metodo della tomografia a emissione di positroni (PET). Entrambi i metodi forniscono immagini del cervello. Qual'è la differenza tra loro?
La risonanza magnetica si basa sulle proprietà di alcuni nuclei atomici, principalmente i nuclei degli atomi di idrogeno, quando posti in un campo magnetico per assorbire energia nella gamma delle radiofrequenze ed emetterla dopo la cessazione dell'esposizione al segnale a radiofrequenza. A seconda dell '"ambiente", cioè delle proprietà del tessuto biologico in cui si trovano questi nuclei, l'intensità della loro radiazione cambia. Pertanto, è possibile vedere immagini di varie strutture cerebrali. L'essenza del metodo PET è monitorare quantità piccolissime di una sostanza marcata con un isotopo radioattivo a vita ultrabreve (emivita - minuti). L'isotopo emette positroni, che si annichilano con gli elettroni, emettendo due quanti gamma, e volano via in direzioni opposte. Se registri questi raggi gamma con un rilevatore, puoi determinare la posizione degli atomi della sostanza etichettata. La sostanza viene scelta in modo che la sua concentrazione rifletta l'attività delle cellule cerebrali. Ad esempio, se la concentrazione di glucosio radiomarcato aumenta da qualche parte, ciò significa che i neuroni lo consumano attivamente e quindi lavorano attivamente. Se in questo momento il soggetto esegue un compito, vediamo quali aree del cervello sono coinvolte nella sua attuazione. Il metodo PET consente l'utilizzo di isotopi a vita breve (O, N, C, F), poco dannosi per il paziente.
Usando la PET, puoi anche osservare i cambiamenti nel flusso sanguigno cerebrale durante un particolare comportamento. Quando viene attivata qualsiasi area del cervello, il sangue vi scorre attivamente. Se l'acqua marcata con ossigeno radioattivo viene iniettata in una vena, entra nei vasi del cervello e può essere registrata. Dove c’è più ossigeno etichettato, scorre più sangue, il che significa che è lì che aumenta l’attività.
Dagli avamposti grammaticali ai labirinti della creatività
Utilizzando le scansioni PET, i ricercatori hanno continuato a studiare il linguaggio umano utilizzando l'intero cervello. Hanno visto dove vengono elaborate le informazioni vocali: le singole parole, il significato del testo, dove vengono memorizzate. Hanno dimostrato che la corteccia extrastriata mediale è coinvolta nell'elaborazione della struttura ortografica delle parole, e una parte significativa della corteccia temporale superiore sinistra (area di Wernicke) è probabilmente coinvolta nell'analisi semantica. L'ordine delle parole viene analizzato dalla corteccia temporale antero-superiore. Quando a una persona viene mostrato un testo coerente senza nemmeno chiedergli di leggerlo (bastava contare quante volte appare una lettera), il flusso sanguigno cerebrale aumenta, il che significa che il cervello è coinvolto nel lavoro linguistico. (Se vengono presentate parole mescolate in ordine casuale, il cervello non reagisce in questo modo.)
Anche il processo “divino” della creatività si è rivelato decifrabile, almeno dai fisiologi del laboratorio di N.P. Bekhtereva si è avvicinato a questo. A una persona viene assegnato un compito creativo, ad esempio, comporre una storia da un insieme di parole e in tempo reale vede quali aree del cervello iniziano a lavorare attivamente. Si è scoperto che l'attività creativa è accompagnata principalmente da cambiamenti nelle connessioni tra le diverse aree del cervello. La maggior parte delle nuove connessioni compaiono nella zona temporale anteriore sinistra con le zone anteriori della corteccia, mentre con le zone posteriori, al contrario, la connessione è indebolita. Le connessioni tra le strutture parietale e occipitale vengono perse. E tutto ciò accade proprio quando si esegue un compito creativo, ma se il compito è privo di elementi creativi, tali cambiamenti non si verificano. Il flusso sanguigno cerebrale locale aumenta nella corteccia prefrontale destra durante un compito più creativo rispetto a uno meno creativo. Da ciò, gli scienziati concludono che questa particolare area è direttamente correlata alla “creatività”.
I ricercatori sono interessati anche al fenomeno dell'attenzione involontaria: ad esempio, una persona guida un'auto, ascolta la radio, parla e improvvisamente reagisce istantaneamente ai colpi del motore, indicando che qualcosa non va nel motore. In due laboratori utilizzando due metodi diversi: S.V. Medvedev utilizzando il metodo PET e Yu.D. Kropotov, utilizzando il metodo degli elettrodi impiantati, ha scoperto le stesse zone in cui avviene l'attivazione in tali momenti: nella corteccia temporale e frontale. L'attivazione avviene in risposta a una mancata corrispondenza tra gli stimoli attesi e quelli effettivi, ad esempio quando il suono di un motore non è quello che dovrebbe essere. Un altro fenomeno è l'attenzione selettiva, che aiuta una persona, nel continuo ronzio di voci a un cocktail, a seguire il discorso di un interlocutore, quello che gli interessa. Apparentemente, in questo caso la corteccia prefrontale è responsabile della focalizzazione dell'attenzione spaziale. Sintonizza la corteccia uditiva destra o sinistra, a seconda di quale orecchio riceve informazioni importanti.
Quando si parla di mappatura del cervello, è importante capire che il cervello, in senso stretto, non è diviso in aree chiaramente delimitate, ciascuna delle quali è responsabile solo della propria funzione. Tutto è molto più complicato, poiché nel processo di esecuzione di qualsiasi funzione, i neuroni di diverse aree interagiscono tra loro, formando una rete neurale. Lo studio del modo in cui i singoli neuroni si combinano in una struttura e la struttura in un sistema e nell'intero cervello è un compito per il futuro.
"La PET è uno strumento potente per studiare quasi tutte le funzioni, ma da sola non è sufficiente", afferma S.V. Medvedev. - Lo scopo della PET è rispondere alla domanda “dove?”, e per rispondere alla domanda “cosa sta succedendo?”, la PET dovrebbe essere combinata con metodi elettrofisiologici. Insieme ai fisiologi britannici abbiamo creato un sistema per l'analisi parallela di PET ed EEG, che si completano a vicenda. Questo approccio è probabilmente il futuro”.
Un anno fa ( articolo pubblicato nel 2004 - P.Z. ) un gruppo di scienziati provenienti da sei paesi ha annunciato la creazione di una mappa computerizzata tridimensionale del cervello umano, che può essere utilizzata per determinare la predisposizione di una persona a determinate malattie. I creatori della mappa credono di poter già associare alcune malattie, come il morbo di Alzheimer o l'autismo, a diverse parti della corteccia cerebrale. Ora sono impegnati a chiarire i dettagli della loro invenzione.
La seconda ipostasi del gene
All'inizio degli anni '50 del secolo scorso, nacque l'idea che la memoria non può essere limitata solo ai processi elettrici: per la conservazione a lungo termine delle informazioni nel cervello, deve essere preservata in forma chimica. Sebbene a quel tempo esistessero ancora idee molto generali sul genoma cellulare, nacque l'idea che esso non solo memorizzi informazioni ereditarie, ma partecipi anche alla conservazione delle informazioni acquisite durante la vita.
Per verificarlo, dovevamo vedere se l’apprendimento innescava la sintesi degli acidi nucleici e delle proteine nel cervello. Dopo che il principio del genoma – DNA → RNA → proteina – è diventato noto, gli esperimenti sono diventati più mirati. E questo è quello che è successo. Immediatamente dopo che agli animali viene insegnata un’abilità, la sintesi dell’RNA aumenta nel loro cervello. (Per rilevarlo, sono stati iniettati precursori di RNA marcati radioattivamente.) Ciò è accaduto con i topi addestrati a evitare la scossa elettrica in risposta a un segnale sonoro, con i polli che hanno sviluppato un'impronta su un oggetto e con i pesci rossi addestrati a nuotare con una zattera attaccata all'addome. E se la sintesi dell’RNA viene rallentata, gli animali commettono molti errori o non sono in grado di apprendere affatto l’abilità.
Allo stesso tempo, nel cervello vengono sintetizzate anche nuove proteine: ciò è stato determinato anche dall'inclusione di isotopi radioattivi. I bloccanti della sintesi proteica interrompono la memoria a lungo termine senza influenzare la memoria a breve termine. Da ciò diventa chiaro come funzionano i geni: quando viene formato su un modello di DNA, viene sintetizzato l'RNA che, a sua volta, genera nuove proteine. Queste proteine entrano in azione poche ore dopo l'acquisizione dell'informazione e ne garantiscono la conservazione. E gli iniziatori di tutti questi eventi sono i processi elettrici che si verificano sulla membrana della cellula nervosa.
Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Sistemagenesi dell'Istituto di Fisiologia Normale dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche, guidato dal Dottore in Scienze Mediche, membro corrispondente dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche K.V. Anokhina si è posta il compito di trovare metodi di ricerca che consentissero di studiare simultaneamente l'attività delle cellule nervose in tutto il cervello in relazione a qualsiasi comportamento o attività cognitiva. "Quando abbiamo iniziato il nostro lavoro, eravamo convinti che le informazioni dalle sinapsi vengano trasmesse a un altro livello più profondo: penetrano nel nucleo della cellula e in qualche modo modificano il funzionamento dei geni", afferma Konstantin Vladimirovich.
Va detto che una miriade di geni funziona nelle cellule cerebrali: negli esseri umani, la metà di tutti i geni studiati sono espressi solo lì. Il compito era trovare tra tutta la loro moltitudine quelli chiave coinvolti nella memorizzazione di nuove informazioni. La ricerca ebbe successo a metà degli anni '80, quando K.V. Anokhin e i suoi colleghi hanno prestato attenzione ai cosiddetti “geni immediati precoci”. Hanno ricevuto questo nome per la loro capacità di rispondere per primi agli stimoli extracellulari. Il ruolo dei geni "precoci" è quello di "svegliare" altri geni tardivi. I loro prodotti - proteine regolatrici - fattori di trascrizione, agiscono su sezioni della molecola di DNA e innescano il processo di trascrizione - riscrivendo le informazioni dal DNA all'RNA. Alla fine, i geni “tardivi” sintetizzano le loro proteine, che provocano i cambiamenti necessari nella cellula, ad esempio la formazione di nuove connessioni neuronali.
Il gene più curioso
Di tutto il gruppo dei geni “primitivi”, i ricercatori erano più interessati al gene c-fos K.V. Anokhin e i suoi colleghi studiano il ruolo di questo gene nell'apprendimento dal 1987: secondo loro, è adatto al ruolo di sonda universale per la mappatura del cervello. "Questo gene ha diverse proprietà uniche", spiega K.V. Anokhin - In primo luogo, in uno stato cellulare calmo è silenzioso, praticamente non ha alcun "livello di fondo" di attività. In secondo luogo, se nella cellula iniziano nuovi processi di informazione, questa risponde molto rapidamente producendo RNA e proteine. In terzo luogo, è universale, cioè è attivato in varie parti del sistema nervoso centrale, dal midollo spinale alla corteccia. In quarto luogo, la sua attivazione è associata all’apprendimento, cioè alla formazione dell’esperienza individuale”. Per dimostrare l'ultima affermazione, gli scienziati hanno condotto dozzine di esperimenti, verificando sotto quali influenze specifiche c-fos uscirà dal nascondiglio e inizierà ad agire. Si è scoperto che il gene non risponde a stimoli molto forti, come luce, suono o dolore, nei casi in cui l'effetto non contiene elementi di novità. Ma non appena la situazione si arricchisce di nuove informazioni, il gene immediatamente “si sveglia”.
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espressione genica c-fos: |
Ad esempio, in un esperimento, i topi sono stati posti in una camera dove hanno dovuto sopportare una serie di stimolazioni elettrodermiche deboli ma spiacevoli. In risposta a ciò, in diverse aree del cervello - nella corteccia, nell'ippocampo e nel cervelletto - c-fos. Tuttavia, se questa procedura viene eseguita quotidianamente, il sesto giorno il gene non risponde più. I topi reagiscono ancora alla scossa elettrica, ma per loro non si tratta più di un evento nuovo, ma di un evento atteso. Puoi riattivarti c-fos, se metti nuovamente i topi nella camera - e non li sottoponi alla procedura già familiare. In entrambi i casi, il gene segnala un evento quando gli stimoli esterni non sono coerenti con la matrice della memoria individuale. Tale discrepanza si verifica con qualsiasi assimilazione di nuove informazioni e quindi c-fos- un compagno inevitabile dei processi cognitivi nel cervello.
Un altro esperimento ha coinvolto pulcini appena nati, che sono stati divisi in quattro gruppi. I pulcini del primo gruppo sono nati al buio e non hanno mai visto la luce, il secondo gruppo è stato più fortunato - è stato tenuto sotto un normale ciclo di luce di 12 ore, i pulcini del terzo gruppo sono stati trasferiti in un ambiente visivo arricchito subito dopo la nascita e i pulcini del quarto gruppo sono stati prima tenuti in condizioni ambientali normali e il secondo giorno sono stati trasferiti in un mezzo arricchito. L'espressione genica è stata valutata in tutti i polli sperimentali c-fos il secondo giorno dopo la schiusa. Quello che è successo? I primi tre gruppi, nonostante le condizioni così diverse in cui hanno trascorso due giorni della loro breve vita, c-fos non si è mostrato. Ma nel quarto gruppo, che ha cambiato l'ambiente in uno visivamente arricchito, c-fosè diventato più attivo. Per loro era una novità, mentre le galline del terzo gruppo si erano già abituate.
Espressione c-fos aumentò e nei pulcini che beccarono la perla che li interessava, risultò amara, e i pulcini impararono ad evitarla in futuro. Ma in generale si è scoperto che l'attivazione dei geni non dipende affatto dal successo dell'apprendimento e accompagna allo stesso modo azioni errate. Gene c-fos Inoltre reagisce semplicemente a un nuovo oggetto: per attivarlo è sufficiente una sola presentazione di un nuovo oggetto all'animale per soli 10 secondi.
I ricercatori lo hanno suggerito c-fos e altri geni precoci sono il vero ponte attraverso il quale l'esperienza individuale di un animale interagisce con il suo apparato genetico.
Cosa ti dice la mappa genetica del cervello?
Come “catturare” l'espressione genica? Può essere rilevato dalla sintesi di molecole di RNA. A questo scopo viene utilizzata la cosiddetta ibridazione in situ, un metodo che consente di vedere i luoghi in cui avviene la sintesi di determinati RNA. Il prodotto proteico di un gene può essere reso visibile legandolo ad anticorpi specifici e colorandolo. Tutto questo, naturalmente, avviene dopo che il cervello dell’animale è stato fissato e da esso sono state ricavate sezioni sottili. Lo stesso viene fatto per rilevare l'espressione. c-fos. Agli sperimentatori restano da un'ora e mezza a due ore dopo l'addestramento dell'animale, fino alla concentrazione delle proteine c-fos nel suo cervello è al suo apice.
Durante qualsiasi processo cognitivo, molti neuroni in aree diverse iniziano a lavorare in modo sincrono nel cervello. Avendo uno strumento come una sonda genetica, puoi vedere quali neuroni sono coinvolti in questo processo. "Ad esempio, possiamo vedere una differenza nel funzionamento del cervello di un topo quando vede un altro topo e quando vede un gatto", dice Konstantin Vladimirovich. - In altre parole, per scoprire quali strutture cerebrali vede come un topo e quali come un gatto. Allo stesso modo, quando una persona vede sullo schermo un volto familiare, come Bill Clinton, i “neuroni di riconoscimento di Bill Clinton” nel suo cervello vengono attivati. Sebbene il cervello umano sia, ovviamente, molto più difficile da studiare utilizzando le sonde genetiche. Ad oggi, gli scienziati non hanno ancora sviluppato metodi per l’imaging intravitale dell’espressione genica nel cervello. “In un'opera è stato possibile registrare l'espressione c-fos una persona in un pezzo di tessuto cerebrale prelevato per l'analisi bioptica, dice K.V. Anokhin. - Altri ricercatori sono riusciti a vederlo dopo la morte cerebrale. Ma ovviamente questo non è esattamente lo stesso di un cervello vivente”.
Se viene creata una mappa genetica del cervello, mostrerà quali strutture cerebrali sono responsabili delle diverse forme di memoria. Osservando la mappa genetica, un neurofisiologo vedrà immediatamente dove esattamente i neuroni devono essere studiati, ad esempio registrando la loro attività elettrica. Gli scienziati del dipartimento di sistemagenesi proprio con l'aiuto c-fos hanno scoperto quali aree del cervello dei polli sono responsabili dell’imprinting. Il metodo ha anche importanti applicazioni pratiche: può essere utilizzato per ricercare farmaci che potenzialmente migliorino la memoria (del resto, sono proprio tali sostanze che dovrebbero stimolare l'attivazione c-fos), o studiare come l'alcol e le droghe influenzano il cervello.
I ricercatori hanno condotto dozzine di esperimenti con una varietà di modelli di apprendimento: alimentare e difensivo, classico e strumentale, con stimoli visivi, uditivi, gustativi e altri, apprendimento singolo e ripetuto. Agli esperimenti hanno preso parte topi, ratti, polli e altri animali. È stato riscontrato che diversi tipi di apprendimento coinvolgono diverse parti del cervello, ma ce ne sono anche di sempre coinvolte, ad esempio la corteccia cingolata.
Finora i fisiologi non sono arrivati al punto di spiegare in dettaglio il meccanismo di attivazione dei geni, cioè ammettono di non sapere del tutto come funziona una cellula nervosa. Forse, ricevendo un'influenza esterna, lo confronta con il modello esistente e, in caso di disadattamento, innesca il meccanismo genetico. Questa è l’ipotesi ad oggi più convincente.
Ovviamente, col tempo appariranno nuove capacità tecniche per la mappatura genetica: è già possibile studiare l'espressione di diversi geni in un volume tridimensionale del cervello. L’anno scorso, uno dei fondatori di Microsoft, Paul Allen, ha stanziato 100 milioni di dollari per creare uno speciale centro di ricerca incaricato di mappare l’espressione di tutti i geni che lavorano lì su una mappa del cervello di un topo. Risolvere questo problema richiederà più di un anno di duro lavoro, ma risolverlo è un obiettivo molto allettante, poiché è la strada per comprendere come i geni controllano la funzione e il comportamento del cervello, anche negli esseri umani.
Candidato di Scienze Biologiche N. Markina
"Chimica e vita - XXI secolo"
Nella corteccia sono raggruppate le cellule corticali, i cui campi recettivi si trovano nelle vicinanze della superficie del corpo. Di conseguenza, nella corteccia somatosensoriale primaria si forma una rappresentazione della superficie controlaterale del corpo, che può essere mappata utilizzando la tecnologia dei microelettrodi. La mappa della superficie del corpo e del viso umano, situata sul giro postcentrale, è chiamata “omuncolo sensoriale”. Le immagini su questa mappa sono sproporzionate perché il volume maggiore di tessuto nervoso appartiene ad aree del corpo con innervazione particolarmente densa - l'area intorno alla bocca, il pollice e il resto delle dita (Fig. 34.11, Fig. 7.15a)) . Questa rappresentazione è talvolta chiamata omuncolo somatosensoriale.
Questo fenomeno è stato scoperto per la prima volta dal neurochirurgo canadese Wilder Penfield durante un intervento chirurgico al cervello in anestesia locale. Per assicurarsi che alcune escissioni cerebrali non portassero a conseguenze catastrofiche, Penfield stimolò la corteccia in vari punti e chiese al paziente cosa provasse. Poiché la dimensione dell'RP delle cellule corticali varia così tanto, la mappa risultante è estremamente non isomorfa. Va notato che nella corteccia somatosensoriale non c'è un omuncolo, ma quattro - uno in ciascuna sottoregione - cioè Campi Brodmann 1, 2, 3a e 3b. Queste carte sostanzialmente coincidono tra loro.
Cervello umano- l'organo più complesso nella sua organizzazione ed essenzialmente perfetto.
Pensa, fornisce tutto nella nostra vita: la capacità di camminare, respirare, vedere, ascoltare, parlare, pensare, vivere!
Il cervello inoltre coordina e regola tutte le funzioni vitali del corpo umano il cervello controlla il suo comportamento.
Se il cervello smette di funzionare, il corpo umano entra in uno stato passivo, quando non c'è reazione a nessuna stimolazione, esterna o interna. Una persona non sarà in grado di sentire, vedere, sentire, muoversi consapevolmente: è come un vegetale che semplicemente esiste, ma in completo isolamento, privazione dal mondo esterno.
Sappiamo tutti che il cervello di un mammifero superiore è diviso in due parti principali: dorsale E Testa.
La struttura del cervello simmetrico.
- Quando nasce un bambino, il suo cervello pesa circa 300 g.
- Man mano che una persona cresce aumenta e nell'adulto pesa circa 1500 g.
- Il cervello degli uomini tende ad essere leggermente più pesante di quello delle donne.
In un adulto sano, il cervello pesa circa il 2% del peso totale della persona.
Non bisogna pensare che più pesa il cervello, più una persona è intelligente e brillante. Gli scienziati hanno da tempo dimostrato che il livello di intelligenza e genialità non è completamente correlato al peso del cervello.
Il genio e l'intelligenza dipendono da numero di connessioni nervose che il cervello stesso crea.
Cos'è il cervello umano, quali parti contiene?
1) Midollo, che controlla le funzioni vegetative del corpo umano.
È il principale responsabile regolazione della respirazione, attività cardiovascolare, riflessi digestivi, metabolismo.
2)Cervello posteriore: cervelletto e ponte.
È lui il responsabile coordinazione dei movimenti
3) Mesencefalo -è responsabile dei riflessi di orientamento primari del corpo umano agli stimoli esterni.
Movimento degli occhi, girare la testa verso la fonte del suono o della luce: questo è il lavoro del mesencefalo, il cosiddetto nostro centro visivo.
4) Diencefalo:
UN) talamo , che garantisce l'elaborazione della maggior parte degli impulsi provenienti dai nostri recettori (beh, ad eccezione di quelli olfattivi), ed è anche responsabile colorazione emotiva delle informazioni;
B) ipotalamo, che regola le funzioni vegetative del corpo
Contiene i centri per i sentimenti di sazietà, fame, sete, piacere e provvede regolazione del sonno e della veglia umana.
5) Prosencefalo rappresenta due emisferi: sinistro e destro. La sua superficie è ricoperta da scanalature e convoluzioni, che aumentano la superficie e quindi garantiscono una migliore funzione cerebrale. Gli emisferi costituiscono fino all'80% della massa dell'intero cervello.
Grazie alla corteccia cerebrale è possibile il lavoro delle funzioni mentali superiori.
Si crede che emisfero sinistroè responsabile dei processi mentali, del conteggio e della scrittura, e quello destro è della percezione dei segnali dal mondo esterno. L'emisfero sinistro è logico-astratto, Giusto- creativo e fantasioso.
Tuttavia, al momento, gli scienziati considerano questa divisione abbastanza arbitraria, perché entrambi gli emisferi sono ugualmente coinvolti nell'attuazione dell'attività mentale e del comportamento superiore di una persona, sebbene ovviamente svolgano ruoli diversi nella formazione delle immagini di percezione.
Corteccia responsabile di una serie di funzioni specifiche.
- Il lobo temporale è responsabile dell'udito e dell'olfatto,
- occipitale per la visione,
- parietale per tatto e gusto,
- frontale per la parola, il movimento e il pensiero.
Inoltre, quanto più l'azione è complessa, tanto maggiore è la parte della corteccia che ne è responsabile.
In psicologia e neuropsicologia esiste un concetto come omuncolo.
Omuncolo– questa è una sorta di metafora fisiologica e psicologica.
Gli alchimisti medievali parlavano di una creatura simile all'uomo che poteva essere creata artificialmente. Ad esempio, Paracelso nel XVI secolo propose la seguente “ricetta”: lo sperma umano deve essere racchiuso in un recipiente speciale, quindi con esso devono essere eseguiti processi di lavorazione a lungo termine (alcune manipolazioni) e diventerà un omuncolo che deve essere “nutrito” con sangue umano.
Nei secoli XVII-XVIII si credeva che l'omuncolo fosse contenuto nello sperma umano e quando entrò nel corpo della futura mamma si trasformò in un essere umano. L'omuncolo agisce qui come un "gene di trasmissione", una certa creatura che vive nel corpo umano, regolandone la morale e i valori, che controlla il comportamento umano.
Naturalmente, queste sono solo ipotesi e congetture caratteristiche dello sviluppo del pensiero e della scienza di quel tempo. Tuttavia, il termine è rimasto e ha preso piede per definire il complesso lavoro della corteccia cerebrale umana.
Si scopre omuncolo nella scienza modernaè una rappresentazione schematica delle funzioni motorie e sensoriali umane sulla proiezione corticale. Vediamo le proporzioni del corpo umano, le sue funzioni e azioni, il suo comportamento, in relazione alla quantità di corteccia coinvolta nel funzionamento di queste funzioni.
Quanto più complessa è l'azione, tanto più fini sono le capacità motorie, tanto maggiore è la funzione mentale ampia area della cortecciaè responsabile per lui.
Quindi, riassumiamo:
1) il normale funzionamento dei suoi dipartimenti garantisce il funzionamento dell'intero organismo, la salute umana, la possibilità dell'attività umana, il suo potenziale, la sua reazione a tutti i tipi di stimoli, le sue reazioni comportamentali.
2) il lavoro degli emisferi cerebrali - il funzionamento della corteccia cerebrale, che fornisce l'intera vasta gamma delle sue funzioni mentali: sensazione e percezione, attenzione, pensiero e parola, memoria, immaginazione, ecc. - in una parola, tutto che costituisce l'essenza della sua attività mentale, la sua coscienza.
La coscienza umana è la più alta forma di riflessione della realtà; è strettamente connessa con il lavoro del cervello umano: con la parola, il pensiero (astratto e logico), la memoria. La coscienza è una funzione del cervello
È questo che garantisce l'unità e la regolamentazione dell'attività e del comportamento umano.
24 giugno 2015, 01:12
Negli anni Quaranta e Cinquanta, il neurochirurgo canadese Wilder Penfield e i suoi colleghi condussero esperimenti su pazienti affetti da epilessia, stimolando il loro cervello con l'elettricità per capire quali aree della corteccia motoria erano responsabili del movimento di alcuni muscoli del corpo. Ha presentato i risultati sotto forma di un “omuncolo motorio” allungato su una fetta di uno degli emisferi cerebrali dalla mano abile di un maniaco dello smembramento. Il torso della vittima è drappeggiato con noncuranza sulla parte superiore del cervello, una mano gonfia pende su una testa urlante e straziante e una lingua mozzata si contrae convulsamente sotto la mascella inferiore.
Omuncolo motore
Il controllo dei muscoli del collo, a giudicare dallo sfortunato omuncolo, avviene da qualche parte tra le aree che controllano le dita e il viso (freccia nera). Tuttavia, questo non è del tutto vero, a giudicare dai nuovi dati ottenuti dai neuroscienziati della Emory University (USA). Utilizzando moderne tecniche di risonanza magnetica funzionale, hanno dimostrato che l’area che controlla il movimento del collo si trova in realtà tra la zona del tronco e quella delle spalle (freccia rossa). Questa posizione non solo è più coerente con l’effettiva posizione del collo sul corpo umano, ma anche con l’“omuncolo sensoriale”, che descrive la posizione delle aree del cervello che elaborano il tocco in diverse parti del corpo.
Omuncolo somatosensoriale
Per ottenere dati accurati in uno studio MRI, il partecipante deve tenere la testa ferma, quindi i ricercatori la fissano con delle cinghie. Quindi hanno chiesto al soggetto di provare a girare la testa a sinistra e a destra: le articolazioni non si muovono, ma i muscoli del collo si tendono e sul monitor è possibile vedere dove si verifica l'eccitazione nella corteccia cerebrale.
I risultati ottenuti sono preziosi non solo per la gioia dell'omuncolo riguardo al chiarimento della sua neuroanatomia, ma anche perché potranno essere utilizzati in futuro nello studio dei disturbi del movimento che colpiscono il collo, compresi tremori della testa e distonia cervicale (torcicollo).
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