Открытие межполушарной асимметрии мозга

Этапы развития нервной системы

Диффузная нервная система наиболее древняя, имеется у кишечнополостных (гидра) животных. Такая нервная система характеризуется множественностью связей соседних элементов, что позволяет возбуждению свободно распространяться по нервной сети во все стороны.

Этот тип нервной системы обеспечивает широкую взаимозаменяемость и тем самым большую надёжность функционирования, однако эти реакции имеют неточный, расплывчатый характер.

Узловой тип нервной системы типичен для червей, моллюсков, ракообразных.

Он характерен тем, что связи нервных клеток организованы определённым образом, возбуждение проходит по жёстко определённым путям. Такая организация нервной системы оказывается более ранимой. Повреждение одного узла вызывает нарушение функций всего организма в целом, но она по своим качествам быстрее и точнее.

Трубчатая нервная система характерна для хордовых, она включает в себя черты диффузного и узлового типов. Нервная система высших животных взяла всё лучшее: высокую надёжность диффузного типа, точность, локальность быстроту организации реакций узлового типа.

Вклад Magendie

По словам Лихтенхелера, Магенди — революционный основатель современной экспериментальной физиологии с 6 ключевыми идеями:

1. Физиология и медицина — это еще не науки. В медицине по-прежнему доминируют эмпиризм и противоречивые спекулятивные системы.
2. Физика и химия — это уже науки. Физики и химики не выдвигают ничего, что бы они не проверяли экспериментально.
3. Физика и химия — это не только модели, они — основа физиологии.
4. Физиология должна быть экспериментальной. По методам и содержанию (физико-химия применительно к живым организмам).
5. Таким образом, физиология может стать автономной медицинской наукой.
6. Патология — это патологическая физиология. Нормальное и патологическое подчиняются одним и тем же физиологическим законам.

Во Франции Мажанди напрямую влияет на ряд исследователей, от Клода Бернара до Рене Лериша . Его влияние также заметно в Германии: Эмиль дю Буа — Реймон, Эрнст фон Брюке, Герман Гельмгольц, Альбрехт фон Грефе, Карл Людвиг, Людвиг Траубе .

Строение спинного мозга

Спинной мозг – это фактически продолжение головного мозга, окруженное теми же оболочками и спинномозговой жидкостью. Он составляет две трети ЦНС и является своего рода проводящей системой для нервных импульсов.

Спинной мозг составляет две трети ЦНС и является своего рода проводящей системой для нервных импульсов. Сенсорная информация (ощущения от прикосновения, температура, давление, боль) идет через него к головному мозгу, а двигательные команды (моторная функция) и рефлексы проходят от головного мозга через спинной ко всем частям тела. Гибкий, состоящий из костей позвоночный столбзащищает спинной мозг от внешних воздействий. Кости, составляющие позвоночник, называют позвонками;их выступающие части можно прощупать вдоль спины и задней части шеи. Различные части позвоночника называют отделами (уровнями), всего их пять: шейный (С), грудной (Th), поясничный (L), крестцовый (S) и копчиковый.

Отделы позвоночника обозначаются латинскими символами по начальным буквам соответствующих латинских названий.

Внутри каждого отдела позвонки пронумерованы.

Опухоль спинного мозга может образоваться в любом отделе –например, говорят, что опухоль обнаружена на уровне С1-С3 или на уровне L5. Вдоль всего позвоночного столба от спинного мозга отходят спинномозговые нервы в количестве 31 пары. Они связаны со спинным мозгом через нервные корешки и проходят через отверстия в позвонках к различным частям тела.

Опухоли могут развиваться внутри спинного мозга (интрамедуллярные опухоли) или с его внешней стороны (экстрамедуллярные опухоли). Так как внутри позвоночника для роста опухоли очень мало места, она начинает сдавливать спинной мозг, и именно с этим связаны наблюдаемые симптомы.

При опухолях спинного мозга возникают нарушения двух видов. Локальные (очаговые) симптомы – боль, слабость или расстройства чувствительности – связаны с ростом опухоли в конкретной области, когда этот рост затрагивает кость и/или корешки спинномозговых нервов. Более общие нарушения связаны с нарушением передачи нервных импульсов через затронутую опухолью часть спинного мозга. Может возникнуть слабость, потеря чувствительности или управления мышцами в той области тела, которая управляется спинным мозгом ниже уровня опухоли (паралич или парез). Возможны нарушения мочеиспускания и дефекации (опорожнения кишечника).

Во время операции по удалению опухоли хирургу иногда приходится удалять фрагмент внешней костной ткани (пластинку дуги позвонка, или дужку), чтобы добраться до опухоли.

Важно!

Это может впоследствии спровоцировать искривление позвоночника, поэтому такой ребенок должен наблюдаться у ортопеда.

Теория скрытых параметров

Проблема в том, что квантовое объяснение поляризации требует от нас принятия нескольких неочевидных фактов:

• законы природы фундаментально случайны. Мы не можем точно предсказать поведение системы даже если полностью знаем ее состояние

• запутанные фотоны влияют друг на друга мгновенно (или, как минимум, сильно быстрее скорости света), даже если они находятся на разных концах вселенной

Может быть есть более простое объяснение? Допустим что измерение не привносит никаких случайностей. А какие фотоны проходят через какие поляризаторы определяется заранее, при их создании. Прошедший фотон и поглощённый фотон на самом деле отличаются друг от друга, но мы просто не знаем этих деталей, пока не измерим. В конце концов, верхняя карта в перетасованной колоде тоже выглядит для нас «случайной», однако фундаментально это не так. И вообще, разве можно отличить ситуацию «значение параметра нам неизвестно» от «значение параметра в принципе не существует»? Оказывается можно и вот каким способом.

Проведём 3 статистических эксперимента со спутанными фотонами, пропуская их через 2 поляризатора, меняя их углы и считая сколько раз оба фотона прошли насквозь — назовём это «положительным исходом». Эксперименты повторяются много раз для набора статистики. Мы увидим, что результаты в точности соответствуют формуле выше. На практике используются двухканальные поляризаторы, которые не поглощают «неправильные» фотоны, а направляют их на другой детектор, «-1». В любом случае, нас интересует только случаи когда оба фотона пошли по пути «+1».

Эксперимент 0 (для разминки)

Пусть оба поляризатора установлены вертикальноЛевый угол = 0°Правый угол = 0°θ = 0°р = 1/2 * sin2θ = 0

Оба фотона никогда не приходят на «+1» одновременно — нет положительных исходов

Эксперимент 1

Отклоняем левый поляризатор на 10° влево (допустим «влево» это отрицательный угол):Левый угол = -10°Правый угол = 0°θ = 10°p = 1,5%

1,5% положительных исходов

Эксперимент 2

Отклоняем правый поляризатор на 10° вправо (левый возвращаем на место):

Левый угол = 0°Правый угол = 10°θ = 10°p = 1,5%

Тот же результат

Эксперимент 3

Отклоняем оба одновременно:Левый угол = -10°Правый угол = 10°θ = 20°p = 5,8%

Интуитивно уже кажется, что что-то не так. Как если бы у нас были 3 монетки (с надписями -10°, 0° и 10°). Монетки -10° и 0° одновременно выпадают орлом в 1,5% случаев. Монетки 0° и 10° — тоже. Но монетки -10° и 10° умудряются выпадать гораздо чаще чем в 3% случаев. На интуицию мы полагаться не будем, а посмотрим на строгое доказательство, которое как раз и предложил Белл в своей теореме.

Общие сведения о межполушарной асимметрии головного мозга

Термин «межполушарная асимметрия» применяется как разделение функций мозговых процессов (восприятие, анализ, продуцирование информации) между левой и правой половинами мозга. Исследования говорят и об анатомической разнице в размерах и морфологии половин этого органа.

В 1836 году М. Дакс обнародовал наблюдения над пациентами с частичным поражением в левой области. В частности, у таких больных было нарушение речи (афазия) — симптом, которого не было у людей с повреждением головного мозга в аналогичной (зеркальной) зоне правого части.

Наблюдения позволили сделать вывод о латерации — распределении психических процессов между левым и правым полушариями.

Для исследования мозговой латерации применялось:

1. Наблюдение на больными с поражением участков мозга вследствие травмы, опухоли, паразитарной кисты.
2. Рассечение мозолистого тела, служащего проводником между частями мозга.
3. Специфические исследования с измерением электрических импульсов того или иного участка мозга при решении определенной задачи.

Было установлено, что полушарие контролирует сенсорику противоположной части тела: правое — левую сторону, левое — правую. Так, действием правой руки управляет левое, и наоборот.

Данный факт позволяет проводить психологические тесты, позволяющие определять долю участия каждого полушария (доминантность) у конкретного индивидуума. Так, у 90% людей доминантным является левое, так как большинство людей правши. Для более объективной картины применяются тесты:

1. Сенсорные — предлагается совершить действие, например, развязать узел или сложить руки на груди. Во время исполнения испытуемый увереннее манипулирует правой рукой.
2. Зрительные — тест определяет ведущий глаз.
3. Слуховые — испытание для определения восприятия звуков.

Совокупность результатов такого исследования позволяет отнести индивидуума к одной из пяти групп:

• правши;
• праворукие;
• левши;
• леворукие;
• амбидекстры.

У последних доминантность — свойство межполушарной симметрии — отсутствует. Такие люди одинаково владеют обеими руками, однако этот феномен встречается редко.

Работа в коллективе

Исследования показали, что женщины и мужчины по-разному приспосабливаются к работе в коллективе. Представительницы прекрасного пола больше склонны к тому, что в шутку называют «дружить против кого-то». Женщины легко объединяются в группы, только в том случае если понимают, что за их поведением наблюдают другие женщины. В обычных условиях двум дамам бывает довольно сложно найти общий язык. Мужчинам работать в паре куда легче, хотя, как показывают исследования, сильный пол больше предрасположен работать в большом коллективе, нежели разбиваться на «группировки». Интересно и то, что если паре из мужчины и женщины приходится работать над одним проектом, то дама обычно настроена более дружелюбно и готова к мирному сотрудничеству, чего не скажешь о ее коллеге.

Кроме того, исследователи сопоставили активность головного мозга и эффективность работы в коллективе. Оказалось, что работоспособность мужчин и женщин регулируют разные группы нейронов, поэтому эффективность работы более высокая в однополых группах напарников. По сравнению с мужским, женский мозг способен быстрее и легче перестраиваться с одной задачи на другую. Сильному полу для переключения между делами требуется довольно много энергии и усилий, мужчинам трудно одновременно выполнять несколько задач.

Принцип детерминизма (по Павлову)

Первый принцип — принцип детерминизма (причинности) гласит: «Нет действия без причины».

Всякая деятельность организма, каждый акт нервной деятельности вызван определенной причиной, воздействием из внешнего мира или внутренней среды организма. Целесообразность реакции определяется специфичностью раздражителя, чувствительностью организма к раздражителям.

Результатом рефлекторной деятельности, ее естественным завершением является подчинение внешних условий потребностям организма.

Рефлекторный акт — это прежде всего практическое взаимодействие между организмом и средой.

Всякая деятельность организма, какой бы сложной она ни казалась, всегда есть причинно-обусловленный, закономерный ответ на конкретные внешние воздействия.

Споры о наименованиях

Споры по поводу результатов, а впоследствии и по поводу наименования открытия, начались с публикации статьи Мажанди в Journal de Physiologie Expérimentale et de patologie. Конфликт продолжался до смерти Белла в 1842 году. Некоторым историкам науки лучше было дать название в честь обоих врачей, что позволило Беллу первым почетно упомянуть, хотя другие утверждали, что это, по сути, два пересекающихся открытия. Из-за независимых выводов обоих ученых (утверждение Белла о моторной функции и Маженди о сенсорной функции) и существующего конфликта между Англией и Францией на политической арене 19 века (и до этого), дебаты о Колоколе –Закон маганди стал предметом национальной гордости. Английские профессора медицины, особенно Белл, и даже английские политики упрекали «грубые методы» французского вивисекциониста. Английский медперсонал и преподаватели были более настроены на поиск анатомических и структурных объяснений с помощью вскрытия — своего рода медицинского функционалистского подхода. Спор между ними произошел в эпоху более светского подхода к научным открытиям; позитивизм стал популярным во многих науках. Это было примерно в то же время, когда были опубликованы работы и теории Огюста Конта.. С другой стороны, Маганди считал себя, по его собственным словам, «просто мусорщиком науки, пытающимся заниматься наукой. собирая кусочки и кусочки истин природы «; он был не за грандиозной схемой, а за «инвентаризацией болтов и гаек системы». Французы также гордились многочисленными открытиями Мажанди и расширением человеческих знаний в области патологии, физиологии и фармакологии и твердо стояли за его претензии по этому поводу. Тем не менее многие французы (и большинство наших современников) согласились бы с англичанами в том, что вивисекции не для слабонервных. До своей смерти в 1842 году Белл писал против методов Мажанди, а в своих письмах и книгах он не одобрял «длительную жестокость экспериментов по вскрытию».

Теория И. П. Павлова о высшей нервной деятельности

И. П. Павлов, изучал физиология головного мозга собак. На основе этого изучения Павлов точно определил понятие высшей нервной деятельности.

Определение 1

Высшая нервная деятельность – закономерность нервного процесса головного мозга, но не психических свойств нервной системы.

Поскольку Павлов изучал ВНД животных, а не человека, то считал недопустимым сравнивать высшую нервную деятельность животных с человеческой психикой.

Сравнение ВНД и психики привело к отрицанию общественно-исторической сущности психики человека, и к биосоциальности людей.

Высшая нервная деятельность обеспечивает поведение животного организма в социальном пространстве. Низшая нервная деятельность обеспечивает рефлекторную работу внутренних органов. Ведущая роль в единстве вегетативных и двигательных рефлексов, принадлежит рефлексам двигательным.

Таким образом, можно сказать, что высшая нервная деятельность состоит из рефлексов: условных и безусловных. Условные рефлексы не образуются без безусловных рефлексов.

И. П. Павлов, давал определение понятия о высшей нервной деятельности, что это объединенная функция больших полушарий головного мозга и подкорковых центров.

Поскольку им было доказано, что без коры больших полушарий взрослые собаки теряют все условные рефлексы, приобретенные ими на протяжение всей их жизни, а образуются условные вегетативные рефлексы.

И. П. Павлов утверждал, что ВНД есть у всех животных, которые обладают нервной системой, и осуществляется она высшим отделом нервной системы. В этом состоит суть общебиологического значения в учении И. П. Павлова о высшей нервной деятельности.

Восприятие

Знаете ли вы, что у женщин более развиты слух, обоняние и вкусовые рецепторы? Зато мужчин (охотников по своей сути) природа наделила способностью лучше различать мелкие движущиеся объекты. И в этих различиях главную роль также сыграли особенности функционирования головного мозга.

Еще одно различие – разное восприятие цветов. Помните анекдот, где мужчина видит все платья синими, а для женщины это больше десятка принципиально разных оттенков? Так вот, не спешите смеяться над мужем, если в очередной раз он не увидит цветовых различий между двумя, скажем, красными вещами. Дело в том, что так устроен мужской мозг – он просто не воспринимает некоторые оттенки настолько остро, как женщины. Взять хотя бы оранжевый цвет. Любая барышня не только отчетливо рассмотрит среди цветовых пятен оранжевые, но и сможет распознать несколько апельсиновых оттенков. А вот для мужского мозга оранжевый цвет всегда выглядит больше как красный. Кроме того, сильному полу трудно улавливать разницу между оттенками желтого, синего и зеленого.

История

Результаты были независимо описаны двумя профессорами, работающими в разные медицинские парадигмы: сэр Чарльз Белл анатом и Франсуа Мажанди — профессор патофизиологии и физиологии. Их независимые наблюдения разошлись на 11 лет. Другое окончательное экспериментальное доказательство было дано через девять лет после экспериментов Магенди Йоханнесом Петером Мюллером во время вивисекции лягушки в 1831 году.

Открытие Белла

в 1811 году в ходе самостоятельного исследования. Спонсируемая и опубликованная брошюра Charles Bell упомянула двигательные функции нервных волокон, выходящих из вентральных корешков спинного мозга, но не упомянула сенсорные функции дорсальных корешков. Отчасти это произошло потому, что его исследования были диссекционистами, а не вивисекционистами ; боль лучше всего вызывается и обнаруживается у находящихся в сознании животных. Мертвое или потерявшее сознание животное не будет производить желаемый эффект, когда стимулируются волокна заднего рога, ответственные за ощущения и передачу вредных сигналов. Племянник Белла, Джон Шоу, в 1812 году отправился в Париж, где представил систему Белла французским анатомам. Как сообщается, Шоу провел демонстрацию лицевых нервов осла без ожидаемого эффекта.

Эксперимент со щенками Магенди

Одиннадцать лет спустя, как сообщила Мэдженди, в журнале Journal de Physiologie Expérimentale et de patologie свое открытие, что волокна двигательного нейрона выходят из переднего корешка, а волокна сенсорного нейрона — из дорсального корешка: «(транс) участок задний корешок устраняет ощущения, (транс) перерезка брюшных корешков отменяет двигательную активность, а (транс) отрезки обоих корешков отменяют как ощущения, так и двигательную активность ».

Мажанди дал первое полное описание экспериментального доказательства закона Белла – Мажанди. Его эксперименты были публичными, часто проводились в присутствии студентов-медиков и любопытных граждан. Этот конкретный эксперимент проводился путем отсечения переднего и заднего корешков спинномозговых нервов в различных комбинациях нескольких собак в помете щенков. Стимуляция задних корешков вызвала боль, а стимуляцию передних — движений. Эксперимент подвергся критике за его жестокость со стороны Парижского и Лондонского гуманитарных обществ. Подробное описание эксперимента было опубликовано в том же журнале по физиологии и патологии.

Эксперимент с лягушкой Мюллера

Третьим ученым, не указанным во имя закона, был немецкий врач и физиолог. Йоханнес Петер Мюллер ; он довольно долго и безуспешно проводил нейроанатомические и физиологические эксперименты на кроликах.

Затем он решил упростить свои эксперименты и, следовательно, анализ, сведя объект исследования к менее сложному нервному состоянию. система — лягушка. Ему помогал тогдашний студент, а позже известный немецкий физиолог и анатом Теодор Шванн.

Теодор Шванн

Поскольку спинной мозг лягушки относительно просто и легко удалить, а взаимосвязь между нервными корешками более очевидна, Мюллер мог упростить свою конструкцию, что также привело к лучшей воспроизводимости эксперимента. Его эксперимент включал иннервацию задних лап лягушки. Одна из процедур заключалась в том, что сначала перерезали задние корешки спинномозгового нерва, ведущего к ноге, в результате чего нога потеряла чувствительность, но не была парализована. Вторая часть его эксперимента включала перерезание передних корней, так что конечность была парализована, но не потеряла чувствительность. Эксперимент Мюллера с лягушкой стал любимым экспериментом профессоров физиологии — это был легко воспроизводимый эксперимент, который широко использовался в преподавании нейрофизиологии.

Обходимся без неравенства Белла

Можно придти у тому же выводу и без использования математических теорем. Доказательство будет менее строгим, но более наглядным. Скрытые параметры двух запутанных фотонов без ограничения общности можно представить в виде таблицы:

«Угол поляризатора» -> «Какой из двух фотонов проходит»(Один и тот же угол проходит ровно один из двух фотонов)

Например:

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
0°	левый
1°	левый
2°	правый
…

Допустим, при рождении фотоны как-то «договариваются» между собой, заполняя эту таблицу. Потом копия таблицы остаётся у каждого из фотонов, и при измерении фотоны с ней «сверяются».

Очевидно, такая таблица должна:

• Содержать все возможные углы (фотоны «не знают» заранее как их будут мерить)

• Быть детерминированной. Процедура ее генерации может быть случайной, но после того как фотоны разлетелись, значения должны зафиксироваться. (Ситуация когда оба запутанных фотона пройдут/не пройдут один и тот же угол должна быть исключена.)

• Содержать одинаковое количество «левый» и «правый» (вероятность прохождения для случайного поляризатора — 1/2)

Рассмотрим положительные результаты экспериментов выше. О чем «договорились» фотоны в них? Большая часть таблицы скрыта от нас, но кое-что мы знаем: 

Таблица для эксперимента 1

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
-10°	левый
0°	правый

Таблица для эксперимента 2

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
0°	левый
10°	правый

Таблица для эксперимента 3

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
-10°	левый
10°	правый

Что произошло бы, если бы мы померили последнюю пару фотонов под углом 0°?  Другими словами, каково значение в их таблице для 0°? Мы не знаем. Но мы знаем что возможны ровно 2 варианта.

Вариант 3а

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
-10°	левый
0°	правый
10°	правый

Такая пара фотонов также даст положительный результат в эксперименте 1, сравните таблицы!

Вариант 3б

Угол поляризатора	Какой из двух фотонов проходит
-10°	левый
0°	левый
10°	правый

Также даст положительный результат в эксперименте 2

Итак, любая пара фотонов, которая положительна в эксперименте 3 также положительна либо в 1, либо в 2. Но это противоречит их вероятностям!

Судя по эксперименту 3, доля фотонов удовлетворяющих 3а или 3б равна 5.8%. Но судя по 1 и 2 эта доля не может быть больше 3%. Мы снова пришли к противоречию.

Клетки головного и спинного мозга

Головной и спинной мозг состоят из клеток, чьи названия и характеристики определяются их функциями. Клетки, характерные только для нервной системы, – это нейроныи нейроглия.

Нейроны – это «рабочие лошадки» нервной системы. Они посылают и принимают сигналы от головного мозга и к нему через сеть взаимосвязей, столь многочисленных и сложных, что их совершенно невозможно подсчитать или составить их полную схему. В лучшем случае можно приблизительно сказать, что в мозгу находятся сотни миллиардов нейронов и во много раз больше связей между ними.

К опухолям головного мозга, возникающим из нейронов или их предшественников, относятся эмбриональные опухоли (ранее их называли примитивные нейроэктодермальные опухоли — ПНЭО), такие как медуллобластомы и пинеобластомы.

Мозговые клетки второго типа носят название нейроглии. В буквальном смысле это слово означает «клей, скрепляющий нервы» – таким образом, уже из самого названия видна вспомогательная роль этих клеток. Другая часть нейроглии содействует работе нейронов, окружая их, питая и удаляя продукты их распада. Нейроглиальных клеток в головном мозге гораздо больше, чем нейронов, и более половины опухолей головного мозга развивается именно из нейроглии.

Опухоли, возникающие из нейроглиальных (глиальных) клеток, в общем случае называют глиомами. Однако в зависимости от конкретного типа глиальных клеток, вовлеченных в опухоль, она может иметь то или иное специфическое название. Самые распространeнные глиальные опухоли у детей – мозжечковые и полушарные астроцитомы, глиомы ствола мозга, глиомы зрительныйх путей, эпендимомы и ганглиоглиомы. Виды опухолей подробнее описаны в этой статье.