Мозг

Мы – это на мозг. Источником наших удовольствий, радостей, смеха и шуток, точно так же, как и наших горестей, болей, печалей и слез, является наш мозг. С помощью мозга мы думаем, видим, слышим, отличаем уродливое от красивого, плохое от хорошего, приятное от неприятного, влюбляемся и ненавидим. Эта фантастическая машина определяет наши возможности, наши ограничения и наш характер. Мы – это наш мозг.

Подобно невероятному суперкомпьютеру, наш мозг по развитию опережает на много световых лет все то, что человеку удалось создать на этот момент. По оценке ученых тайны нашего мозга приоткрыты не более чем на 5-10 %…

Как возникла вселенная и как работает наш мозг? Вот два главных вопроса, на которые пытается найти ответ человечество. Итак, что нам известно о мозге человека? Весит полтора килограмма, содержит 100 миллиардов нейронов, каждый нейрон имеет до пятнадцати тысяч синапсов (связей с другими нейронами). Общая длина всех нейронных сетей мозга человека составляет 2.8 млн. км. При этом энергопотребление мозга составляет всего 10 Вт.

Из чего мы состоим? Правильно, из клеток. Каждая из клеток это самостоятельная система, которая дышит, питается, выделяет отработанные вещества и умирает. Группы клеток одного и того же вида, выполняющих одинаковые функции, называются тканями. Из тканей состоят все органы нашего тела. Органы, связанные друг с другом функционально, образуют системы. У каждого из нас есть дыхательная, пищеварительная, нервная, мышечная, половая, эндокринная система, система кровоснабжения и выделения. Нервная система регулирует деятельность всех остальных систем, обеспечивает их функциональное единство и связь с окружающим миром.

Взрослый человек в среднем состоит из 70 триллионов клеток, причем 40 триллионов — это клетки бактерий, которые в основном обитают в кишечнике. Поэтому Вы можете смело отнимать от цифры на весах 1.5 кг, именно столько весят наши сожители-бактерии.

Химический состав клетки. В организме человека обнаружено 86 постоянно присутствующих элементов периодической системы Менделеева. На 4 из них (кислород, водород, углерод, азот) приходится 98 %. Остальные присутствуют в незначительных количествах, 25 из них необходимы для поддержания жизнедеятельности.

Большинство клеток на 70-80 % состоит из воды. Вода – универсальный растворитель, в котором происходят все биохимические процессы в клетке. Вода необходима для теплорегуляции и транспортировки всех химических веществ в организме. При растворении в воде различных минеральных солей образуются ионы, участвующие в биоэлектрических процессах. Принято считать, что без воды организм не проживет и 5 дней.

Каждая клетка состоит из мембраны, ядра и цитоплазмы с целой кучей органоидов. Клетки содержат молекулы нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), белков, жиров, углеводов, воды, кислорода и углекислого газа, а так же ионы солей и минералов.

Белки – основной строительный материал клетки. В организме человека насчитывают около 20000 видов белков. В качестве строительного материала белков используются аминокислоты, которых всего 20 видов. Каждая молекула белка представляет собой набор из нескольких сотен аминокислот, имеющих сложную пространственную форму. По функциональному назначению выделяют следующие основные группы белков: двигательные белки, защитные белки (белки-антитела), строительные белки, запасающие белки, белки-рецепторы, транспортные белки, белки-ферменты, специфические белки (гормоны, медиаторы, производимые на экспорт для выполнения регуляторных функций в организме). Суточная доза потребления белков составляет примерно 100 г.

Жиры – основной строительный материал мембраны клетки. Кроме того, жиры выполняют функцию теплоизоляции организма, защитную функцию внутренних органов от механических повреждений, а так же внутренний резерв организма для извлечения воды и энергии. Так же жиры используются в качестве источника энергии в печени, почках и некоторых других органах (но не мозга!). Суточная доза потребления примерно 90 г.

Углеводы – основной источник энергии организма. Поступая с пищей, в пищеварительной системе углеводы расщепляются до глюкоза. Глюкоза поступает в каждую клетку организма. Здесь за счет окисления происходит ее расщепление до углекислого газа и воды с выделением энергии. Молекулы глюкозы могут объединятся и запасаться в печени в виде гликогена в качестве резерва для последующего расщепления до глюкозы.  Суточная доза потребления углеводов составляет около 400 граммов.

Мембрана представляет собой двойной слой молекул липидов (жиров), отделяющий каждую клетку от соседних клеток и окружающей среды. Клеточная мембрана пронизана различными белками, с помощью которых осуществляется управляемый обмен между клеткой и окружающей средой.

Ядро — место хранения и репликации наследственной информации. Единица наследственной информации называется геном. Вся наследственная информация организма содержится в молекулах ДНК. После репликации какого-либо гена в матричную РНК, соответствующая копия направляется в рибосому, где происходит сборка соответствующего белка по шаблону данного мРНК. ДНК часто сравнивают с чертежами для изготовления белков. Развивая эту инженерно-производственную аналогию, можно сказать, что, если ДНК — это полный набор чертежей для изготовления белков, находящийся на хранении в сейфе директора завода, то мРНК — временная рабочая копия чертежа отдельной детали, выдаваемая в сборочный цех. Следует отметить, что ДНК не содержит чертежи взрослого организма, а больше похожа на «рецепт» по его изготовлению.

Каждая клетка человека (за исключением яйцеклеток и сперматозоидов) содержит 46 пар молекул ДНК. Суммарная длина всех молекул ДНК в 1 клетке примерно 2 метра, при этом средняя длина самой клетки 0.00003 м, а размер ядра клетки, в котором и располагается ДНК еще в несколько раз меньше. Как 2 метра ДНК влазит в клетку, диаметр который почти в 70 тысяч раз меньше? Для этого природа придумала уникальный механизм укладки ДНК в ядре клетки. В результате длина ДНК уменьшается в 10000 раз. Это тоже самое, что нитку длиной с останкинскую башню (500 метров) уложить в коробок спичек (5 см). Упакованная пара молекул ДНК называется хромосомой. В каждой клетке человека имеется 23 пары хромосом.

Вся наследственная информация в ДНК закодирована с помощью 4 видов нуклеотидов (аденин, гуанин, цитозин, тимин). В ходе  расшифровки генома человека было прочтено около 3 млрд. букв.  У человека обнаружили 20000-25000 генов, кодирующих структуру белка. Это составляют менее чем 1,5 % генома. Еще 1,5 % генома – известные регуляторные последовательности. Такие некодирующие последовательности нуклеотидов регулируют работу генов, помогают спирализации хромосом, отмечают точку начала и конца гена. Остальная часть генома выглядит как нечто важное, но функция которых, на текущий момент не выяснена. Фактически эти объекты занимают до 97 % всего объёма человеческого генома.

Рибосомы — комплекс РНК и белков-ферментов; здесь идет синтез белка по «инструкции» мРНК.

Эндоплазматическая сеть – система тонких разветвленных мембранных каналов, пронизывающая всю цитоплазму. Выполняет транспортную функцию внутри клетки.

Комплекс Гольджи – фабрика по упаковке в пузырьки-везикулы различных веществ.

Митохондрия -электростанция» клетки. здесь завершается окисление органических веществ (прежде всего, глюкозы); при этом расходуется О2, выделяется СО2 и из АДФ образуется АТФ.

Клетки мозга (нейроны) имею типичное для клеток строение. Центральная часть нейрона называется сома. Сома выполняет функцию обработки входной информации. Информация в сому поступает по ветвящимся отросткам, называемым дендритами. Количество дендритов может достигать 15000, но обычно составляет 3- 5 тыс. Выходной сигнал от сомы нервной клетки идет через единственный аксон. Длина аксонов некоторых нейронов достигает 1 м.

Выделяют следующие типы нейронов: сенсорные (воспринимают стимулы внешней среды или от внутренних смежных систем организма), двигательные нейроны (передают сигнал на клетки скелетных мышц, запуская их сокращение), вегетативные нейроны (передают сигналы на клетки внутренних органов), интернейроны (связывают остальные типы нервных клеток между собой, передавая, обрабатывая и сохраняя информацию).

Глиальные клетки — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани, которые выполняют функцию изоляции нейронов, механической защиты и защиты от проникновения посторонних  химических веществ (гемато-энцефаллический барьер). Глиальных клеток в 10 раз больше, чем нейронов.

Сигнал по нейрону (вернее – по его мембране) передается в виде коротких электрических импульсов – потенциалов действия (длительностью 1-2 мс, амплитудой около 100 мВ). Сигнал от нейрона к следующей клетке передается за счет выделения из окончания аксона особого вещества («медиатора»), которое воздействует на активность клетки-мишени.

Электрический импульс нейронов формируется за счет перераспределения ионов na+ и k+ в цитоплазме нейрона и в межклеточной среде. Само перераспределение осуществляется за счет специальных белков Na+ и K+ каналов и белков насосов, пронизывающих мембрану.

По умолчанию клетка обладает неким потенциалом покоя, который составляет примерно -70 мВ и может быть чуть больше или меньше в зависимости от вида нейрона. Этот потенциал покоя – некое равновесное состояние за счет диффузии Na+, K+ между цитоплазмой и межклеточным пространством через постоянно открытые каналы и за счет работы Na-K насосов (которые кстати потребляют до 80 % энергии нейрона). Диффузионные процессы стали возможны благодаря тому, что концентрация ионов Na+ вне клетки в десятки раз больше, чем в цитоплазме клетки,  а концентрация ионов K+ в клетке в сотни раз больше, чем в межклеточном пространстве.

После поступления единичного стимула, потенциал покоя клетки меняется на величину +-5-10-мВ. После нескольких стимулов, может быть достигнута пороговая величина в -50 мВ. После достижения пороговой величины возникает потенциал действия.

Сам по себе потенциал действия формируется за счет резкого кратковременного (на 0,5 мс) открытия электрочувствительных натриевых каналов после достижения в клетке порогового потенциала (-50 мВ). За счет этого происходит резкий вход Na+ и скачек потенциала клетки до +30 мВ. Примерно через 0.5 мс после формирования порогового потенциала электрочувствительные натриевые каналы закрываются, также открываются медленные электрочувствительные K+ каналы, за счет которых происходит резкое покидание K+ из клетки и падение потенциала клетки до величины 50 мВ, после чего электрочувствительные K+ каналы медленно закрываются. Затем (благодаря диффузии через постоянно открытые каналы и за счет Na-K насосов) потенциал клетки постепенно возвращается к потенциалу покоя. Это все возможно благодаря тому, что количество электрочувствительных каналов в мембранах нервных клеток на порядок больше, чем постоянно открытых.

Для того, чтобы понять, как происходит передача сигнала между нейронами, необходимо рассмотреть работу синапса. Работа синапса – это химический процесс. Он включает в себя следующие этапы: выработка и транспортировка медиатора, выброс медиатора в межсинаптическое пространство и его воздействие на рецепторы следующей клетки, инактивация медиатора.

Синтез медиатора может происходить как в соме клетки (с использованием мРНК и рибосом), затем его упаковывание в везикулы (контейнеры по несколько тысяч молекул медиаторов) в аппарате Гольджи и транспортировка в синапс по специальной транспортной сети. Этот путь является инерционным, поэтому эволюция придумала возможность синтеза некоторых простых медиатор непосредственно в синапсе за счет использования специальных ферментов и молекул-предшественников медиатора. Здесь же происходит упаковка медиатора в пустые везикулы, поступающие из сомы.

После поступления потенциала действия по аксону в синапс происходят следующие процессы: везикулы с медиатором перемещаются к пресинаптической мембране, затем они разрываются и выбрасывают молекулы медиатора в межсинаптическое пространство (процесс выброса медиатора называется экзоцитоз). Это стало возможным благодаря ионам Ca2+, которые поступают в синапс за счет короткого (2-3 мс) открытия электрочувствительных кальциевых каналов при поступлении ПД. Ca2+ активирует специальные белки на поверхности везикул, обеспечивающих экзоцитоз. За один ПД происходит выброс медиатора примерно из 50 везикул. Для удаления Ca2+ из синапса используются специальные белки-насосы.

После попадания медиатора в межсинаптическое пространство происходит его воздействие на белки-рецепторы постсинаптической мембраны по принципу ключ-замок. Клетка-мишень может реагировать на воздействие медиатора на рецептор изменяя проводимость ионных каналов, активность ферментов, насосов и даже некоторых генов. Наиболее типичная реакция нейрона на воздействие медиатора на рецептор, это когда специальный g-белок, входящий в состав рецептора, активирует фермент, вырабатывающий молекулы вторичного посредника, которые в свою очередь воздействует на хемочувствиельные ионные каналы нейрона. Воздействие вторичного посредника на хемочувствительные каналы Na+ формирует возбуждающий стимул, на хемочувствительные каналы K+ формирует тормозный стимул, на хемочувствительные CL- каналы формируется мощный блокирующий возбуждение стимул. Рецепторы, которые используют «вторичных посредников» называются метаботропныи или «медоенными». Кроме них существуют и ионотропные «быстрые» рецепторы, которые представляют собой более сложный белок, объединенный с  хемочувствителным каналом, который открывается сразу же после воздействия медиатора на рецептор. Обычно молекула медиатора может воздействовать на рецепторы разных типов. Это достигается за счет воздействия на рецептор разными частями молекул медиатора.

В зависимости от того, какой стимул формируется после воздействия медиатора на рецетопторы (возбуждающий или тормозный)  различают тормозные и возбуждающие синапсы. Число тормозных и возбуждающих синапсов в ЦНС примерно одинаково. Это означает, что торможение («не проводить лишние сигналы») не менее важный процесс, чем возбуждение («проведение сигналов»).

Для того, чтобы электрический импульс сформировался в какой-либо точке мембраны нейрона в определенный момент времени используется принцип временной и пространственной суммации всех электрических импульсов, поступающих от синапсов. После формирования потенциала действия в определенной точке он распространяется по всем направлениям,  подобно загоревшейся бенгальской свече. Скорость проведения нервного импульса при этом составляет от 3 до 120 м/с. Такая скорость стала возможной благодаря покрытию нервных волокон миелином (разновидность ганглиевых клеток).

Инактивация медиатора в межклеточном пространстве необходима для обеспечения дозированного воздействия медиатора на рецепторы вследствие поступления одного ПД.

В каждом конкретном синапсе используется один из трех путей инактивации: 1) разрушение медиатора с помощью фермента; 2) обратный захват медиатора в пресинаптическое окончание с помощью специальных насосов и его повторное использование; 3) перенос медиатора в глиальные клетки с целью последующего его расщепления.

Понимание процессов формирования и передачи сигналов в головном мозге, позволяет целенаправленно повлиять на работу мозга. Знания о медиаторах имеет важнейшую практическую значимость в современной нейрофармакологии.

Именно синапс (а не нейрон) является элементарной функциональной единицей нервной системы. Чем больше синапсов, тем «умнее» мозг. «Легкий» мозг может иметь бóльшую плотность синапсов, чем «тяжелый», и обладать существенно бóльшими возможностями.

В мозге ребенка формируется до 2 млн синапсов в секунду. Считается, что к 25 годам мозг полностью формируется, достигая своей максимальной производительности и в в этом же возрасте начинается его постепенное увядание — массовая гибель нейронов (по 25-30 тыс в день), которая прогрессирует с каждым годом.

Нервные клетки не восстанавливаются (почти). Но синапсы – образуются и исчезают; активно работающие нейроны формируют новые контакты, а «бездельники» – теряют их; поврежденные нейроны могут формировать новые синапсы… «По ходу жизни» многие синапсы способны изменять свои свойства, снижая либо увеличивая выделение медиатора и число рецепторов в ответ на определенные сигналы и ситуации. Эта способность, называемая пластичностью синапсов, лежит в основе обучения, созревания и старения мозга, развития многих видов нервных и психических отклонений.

В организме человека насчитывается свыше 30 видов нейромедиаторов. Однако основные из них следующие: ацетилхолин, глутамат, ГАМК, серотонин, дофамин, норадреналин, опиоидные пептиды, аденозин. Особо интересными для нас являются медиаторы, определяющими психо-эмоциональную сферу человека (дофамин, серотонин).

Ацетилхолин (Acetilcholine) образуется непосредственно в пресинаптическом окончании с помощью фермента холин ацетил-трасфераза из молекул холина и остатка уксусной кислоты. Ацетилхолин воздействует в основном на никотиновые (ионотропные) и мускариновые (метаботропные) рецепторы. Ацетилхолин работает в нейромышечных синапсах (обеспечивает сокращение мышц), регулирует работу внутренних органов (вегетативная нервная система) и нормализует тонус головного мозга. Инактивация ацетилхолина идет в основном за счет его расщепления с помощью фермента ацетилхолинэстеразы.

Сокращение мышц происходит с использованием так называемых мотойронов. Аксон мотонейрона выходит из соответствующего отдела спинного мозга (а часть мышц головы управляется мотонейронами, исходщими из головного мозга) и направляется к группе клеток мышечных волокон (от нескольких десятков до нескольких тысяч – так называемая двигательная единица), с которыми образует огромный синапс. В результате поступления ПД по мотонейрону возникает мощный возбуждающий импульс (экзоцитоз большого количества ацетилхолина и его воздействие на никотиновые рецепторы), который гарантированно запускает ПД в мембране мышечных клеток. В результате этого в клетках мышц из ЭПС в цитоплазму поступает Ca2+, приводящий к взаимному скольжению основных белков в мышцах (миозина и актина), что  и представляет собой сокращение мышц двигательной единицы. В ответ на приход одного ПД по мотонейрону двигательная единица сокращается на 200 мс.

Вегетативная нервная система (ВНС) – часть нервной системы, управляющая работой внутренних органов. ВНС состоит из двух конкурирующих подсистем – симпатической и парасимпатической, каждая из которых включает центральные и периферические (ганглианарные) звенья. Органы, активные во время стресса, возбуждает симпатическая система и тормозит парасимпатическая (пример: сердце). Органы, обеспечивающие восстановление сил, напротив, возбуждает парасимпатическая система и тормозит симпатическая (пример: все отделы и железы желудочно-кишечного тракта – ЖКТ).

Все внутренние органы также можно разделить на 4 группы («этажа»): [1] органы головы (железы, мышцы зрачка и хрусталика), [2] грудной клетки (сердце, бронхи), [3] брюшной полости (ЖКТ), [4] органы таза (мочеполовая система, нижняя часть ЖКТ). Кроме того, на всех «этажах» есть сосуды. Парасимпатическая система обеспечивает снижение силы и частоты сердцебиений, снижение давления крови, активацию всех отделов ЖКТ, сужение зрачка и бронхов. Симпатическая система обеспечивает сужение большинства сосудов, потоотделение, выделение адреналина надпочечниками и др. функции. На симпатическом и парасимпатическом преганглионарных нейронах идет экзоцитоз ацетилхолина с воздействием на никотиновые рецепторы ганглианарного нейрона. В парасимпатическом постганглионарном нейроне воздействие ацетилхолина идет на мускариновые рецепторы органа. Симпатический постганглионарный нейрон выделяет медиатор норадреналин. Норадреналин при этом выполняет более тонкую регуляцию симпатической системы.

Ацетилхолиновые нейроны в головном мозге составляют примерно 5% от общего количества. Их функцию можно определить, как нормализующую тонус мозга (т.е. при утомлении активируют ЦНС, при перевозбуждении – успокаивают).

Норадреналин (Norepinephrine-NE) образуется непосредственно в пресинаптическом окончании в результате последовательности реакций из аминокислоты Тирозин. (Тирозин-L-Dopa-Dopamine-Noradrenaline). Различают 2 типов, каждый из которых имеет 2 подтипа рецепторов NE: α-1, α-2, β-1, β-2 рецепторы, все они метаботопные. Норадреналин используется в симпатической нервной системе, а так же в головном мозге, где выполняет множество функций по сопровождению стрессовых реакций организма. Инактивация происходит в основном за счет обратного захвата и расщепления с помощью МАО.

α-1-подтип рецепторов находится на гладких мышечных клетках в стенках сосудов, сфинктерах ЖКТ, мышцах зрачков. Воздействие на α-1 рецептор приводит к открыванию дополнительных Са2+ каналов. Это приводит к росту тонуса и сжатию сосудов, сфинктеров, расширение зрачков.

α-2 подтип рецепторов характерен для пресинаптических окончаний. Они оказывают тормозящее действие на Са2+ каналы, снижая экзоцитоз медиаторов (как самого NЕ, так и любых других медиаторов).

β-1 подтип рецепторов характерен для сердца. Воздействие на них вызывает учащение и усиление сердечных сокращений, повышает кровяное давление (через цАМФ, открывание Na+ каналов и Са2+ каналов).

β-2 подтип рецепторов характерен для гладких мышечных клеток бронхов.  Воздействие на них вызывает их расслабление и расширение бронхов, делает дыхание более частым и глубоким (закрывание Са2+ каналов, открывание К+ каналов).

На основании понимания влияния Ne на органы нашего тела разработано огромное количество препаратов, влияющих на работу сердца, дыхания, ЖКТ, а так же сдерживающих воспалительные процессы, связанные с расширением кровеносных сосудов.

В головном мозге Ne-нейронов менее 1% и располагаются в основном в Голубом пятне. Тем не менее они связаны практически со всеми другими отделами головного мозга и выполняет следующие основные функции: общая активация деятельности мозга (торможение центров сна, бессонница); увеличение двигательной активности («не сидится на месте» в случае небольшого стресса); снижение болевой чувствительности (стресс-вызванная анальгезия); улучшение обучения, запоминания (на фоне умеренного стресса — учимся избегать опасности); положительные эмоции при стрессе (азарт, экстрим, победа) – на эту часть действуют наркотики.

Глутаминовая кислота (Глутамат, Glu) – главный возбуждающий медиатор нервной системы. Глутаминовых нейронов в головном мозге около 40%, они отвечают за проведение информационных потоков в мозге (сенсорика, память, мышление и т.п.). Глутамат в синтезируется в пресинаптическом окончании с помощью ферментов из глутамина или из альфа-кетоглутаровой кислоты. К Glu восприимчивы не менее трех типов ионотропных рецепторов и не менее 8 метаботропных. Все они приводят к возбуждению следующей нейронной клетки. Рецепторы разных типов различаются по скорости развития, амплитуде ВПСП и способности пропускать не только ионы Na+, но также ионы Ca2+. Ca2+, в свою очередь, способен действовать как вторичный посредник, изменяя состояние близлежащей постсинаптической мембраны, а также постсинаптической клетки в целом. Более длительные изменения обеспечиваются передачей сигнала посредством ионов Са2+ на ядерную ДНК, активацией генов, синтезом дополнительных белков-рецепторов и их встраиванием в постсинаптическую мембрану. Подобная реакция требует значительного времени (часы-сутки), но зато измененное состояние синапса сохраняется неограниченно долго («долговременная память»). Проводимость сигналов в общем случае является основой обучения и памяти. Подробнее о функционировании памяти будет рассказано в отдельной статье. Инактивация глутамата происходит либо за счет обратного всасывания и повторного использования, либо за счет всасывания глиальными клетками и его превращения с помощью специального фермента в глутамин, который снова переносится в пресинаптическое окончание и обратно преобразуется в глутамат.

Гамма-аминомаслянная кислота (ГАМК) – главный тормозный медиатор нервной системы. ГАМК – нейронов  так же как и Glu около 40%. Они отвечают за торможение проведения ненужной информации, отвечают за внимание и концентрацию. ГАМК образуется в пресинаптическом окончании из глутамата с помощью специального фермента. У ГАМК имеются рецепторы 2 типов: ионотропный ГАМКА, совмещенный с хлорным каналом и выдающим мощный ТПСП и метаботропный ГАМКБ, воздействующий на К+ каналы с формированием ТПСП или уменьшающий экзоцитоз в случае расположения на пресинаптической мембране. Инактивация Гамк аналогична инактивации глутамата.

Дофамин (dopamine- DA) – главный медиатор системы положительного подкрепления организма. В мозге человека дофаминовых нейронов не более 1-2 % при этом они воздействуют практически на все важнейшие структуры нашего мозга, выполняя потребностно-мотивационную и эмоциональную регуляцию. Дофамин образуется непосредственно в пресинаптических окончаниях благодаря серии превращений из пищевой аминокислоты L-тирозин (L-тирозин – L-DOPA — Dopamine). Дофамин воздействует на  метаботропные рецепторы 5 типов. Воздействуя на рецепторы первого типа D1 формируется ВПСП, воздействуя на рецепторы второго типа D2 формируется ТПСП и ограничивается экзоцитоз в случае расположения рецепторов D2 на пресинаптической мембране. Рецепторы других типов мало изучены. Инактивация дофамина происходит за счет обратного захвата и его частичного расщепления ферментом МАО (моноаминооксидаза.) Воздействуя на центры одних потребностей (голод, страх, тревога, родительское поведение), дофамин оказывает тормозное воздействие, а на центры других потребностей (половое поведение, агрессия) – активирующее воздействие. Дофамин обеспечивает положительное подкрепление механизмов обучения, узнавания новой информации, двигательной активности, творчества, юмора, удовлетворения потребностей. Дофамин активирует скорость мышления и восприятия сенсорной информации. Так же дофамин оказывает легкое стимулирующее воздействие на симпатическую вегетативную систему. Практически все препараты, активирующие психические и физические функции организма, воздействуют на дофамин. При этом смысл положительных эмоций – запоминание правильных поведенческих программ, позволяющих успешнее  пройти естественный отбор.

Серотонин (5-HT) – главный медиатор, регулирующий отрицательные эмоции организма. В головном мозге 1-2 % серотониновых нейронов. Вырабатывается серотонин непосредственно в пресинаптических окончаниях с помощью специальных ферментов из пищевой аминокислоты Триптофан (триптофан-5HTP – 5 HT). Существует 5 типов рецепторов: 5-HT1 тормозит вторичный посредник и ограничивает экзоцитоз в случае расположения а пресинаптическом окончании, 5-HT2 – формирует ВПСП за счет активации вторичного посредника закрытия  К+ каналов, 5-HT3 – ионтропные активирующие ВПСП, 5-HT4-5-HT7 – метаботропные тормозные. Инактивация серотонина происходит с помощью обратного захвата и частичного разрушения с помощью МАО. Большинство анидепрессантов работают с серотониновой системой.

Помимо регуляции отрицательных эмоций, серотонин тормозит «шум» в ЦНС (блокирует незначительные сенсорные, мыслительные, болевые сигналы), помогает сосредотачиваться на конкретных сигналах и регулирует четкость мышления. Тормоз шумовых сигналов работает за счет наличия серотониновых рецепторов 5-HT-1 типа в пресинаптических окончаниях различных нейронов в головном мозге(например, Глутамат, ГАМК). При этом для исключения перетормаживания слабых сигналов на постсинаптической мембране этих нейронов расположены активирующие рецепторы 5-HT2. Так в случае введения в мозг агонистов рецепторов 5-HT2 возникает искусственная активация нервной системы. На этом основывается действие различных галлюциногенов.

Серотонин помимо функции медиатора выполняет функции тканевого гормона. Так, например, серотонин выделяется тромбоцитами в случае повреждения кровеносных сосудов и вызывает их избыточный тонус для уменьшения кровотечения в период устранения повреждения.

Глицин – вспомогательный тормозный медиатор головного мозга. Глицин используется в основном для торможения мотонейронов и предотвращает судорожное состояние в случае повышенной активности мотонейрона. У глицина имеется один тип хлорного ионотропного тормозного рецептора. Сам глицин синтезируется в пресинаптическом окончании из любой другой аминокислоты.

Гистамин – важнейший медиатор воспалительных процессов на периферии. Одновременно с этим – активирующий медиатор ЦНС (функция общей регуляции активности мозга). С этим связано, что противовоспалительные препараты имеют седативное воздействие. Имеется 3 типа возбуждающих рецепторов гистамина (H-1, H-2, H-3).

Аденозин – продукт распада АТФ. Сигнализирует об утомлении организма. Аденозиновые рецепторы тормозят активность клетки организма (вход Ca2+ падает, выход К+ растет). Кофе, шоколад, энергетики направлены на блокирование рецепторов Аденозина и тем самым маскируют утомление и являются простейшим разрешенными психо-моторным стимулятором.

Анандамид – один из немногих медиаторов, который выделяется из постсинаптической мембраны и тормозит экзоцитоз медиатора основной клетки. Рецепторы анандамида обнаружены в большом количестве в различных отделах головного мозга и на переферии. На рецепторы анандамида (каннабиноидные рецепторы) оказывает действие группа препаратов агонистов – каннабиноиды (марихуанна, гашишь). Все они оказывают успокаивающее, обезболивающее действие. Одновременно с этим возникает легкая эйфория, общительность, мечтательность, смешливость, повышение сенсорной чувствительности. В настоящий момент каннабиноидная система организма мало изучена.

Пептиды это нестойкие молекулы, состоящие из  нескольких остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Известно более 50 семейств пептидов. В каждом семействе 20-30 видов молекул, которые очень точечно регулируют функцию передачи сигналов внутри нервной, эндокринной и иммунной систем, а также между этими системами. Однако большинство из них крайне нестабильны. Соответственно на их работу повлиять в основном невозможно (пока не научились).

Опиоиды и опиоидные пептиды. Это около 20 видов пептидных молекул, являющихся медиаторами и выполняющих в основном функции контроля болевой чувствительности на периферии (блокируют слабые болевые сигналы) и контроля положительных эмоций в соответствующих отделах ЦНС (блокировка избыточных положительных эмоций). Опиоидные рецепторы аналогичны каннабиоидным. Располагаются на пресинаптическом окончании и тормозят экзоцитоз медиатора. Агонисты опиоидных рецепторов являются сильнейшим анальгетиком (обезболивающим) за счет торможения прохождения болевых сигналов в Glu нейронах, а так же сильнейшим эйфоретиком, за счет блокирования активности тормозных ГАМК нейронов, сдерживающих активность центров положительных эмоций. Опиоидные агонисты обеспечивают самую сильную эйфорию и самое сильное разрушение рецепторов и нервных клеток.

Теперь поговорим об анатомии мозга.

ЦНС состоит из головного и спинного мозга.

Спинной мозг – трубка из нервной ткани, которая разделена на 31 часть (сегмент). В соответствии с этим наше тело от шеи до копчика делится на 31 этаж, и каждый сегмент связан со своим этажом.

Спинной мозг выполняет следующие задачи: прием сигналов (Болевая, кожная, мышечная и внутренняя чувствительность от этажа тела), передача двигательных и вегетативных команд к этажу тела (к мышцам и органам этажа).

Существует несколько подходов при рассмотрении головного мозга и выделении его отделов.

У коучей и психологов стало модным говорить о следующей структуре мозга: Неокортекс, лимбический мозг, рептильный мозг. Неокортексом называют большие поушария – мыслительную часть мозга. Лимбическим мозгом – эмоциональную зону мозга, рептильный мозг – зона мозга, управляющая базовыми функциями организма (дыхание, сердцебиение, глотание и т.п.).

В нейронауке выделяют огромное количество отделов головного мозга, которые как правило отвечают за определенную функцию.

Рассмотрим одну из таких классификаций самого высокого уровня. Мозг делят на следующие отделы:

Ствол, который включает в себя Мост, Продолговатый мозг, Промежуточный мозг, Средний мозг,

Мозжечок

Конечный мозг (Кора больших полушарий, лимбическая система, базальные ганглии)

Мозжечок отвечает за воспроизведение автоматизированных движений организма. Там храняться врожденные двигательные программы, туда происходит запись автоматизированных двигательных программ, которым обучается организм в течение жизни

Продолговатый мозг и мост: выполняют ряд жизненно важных функций; здесь находятся: дыхательный центр (запуск вдохов и выдохов); сосудодвигательный центр (работа сердца, тонус сосудов); центры, обеспечивающие врожденное пищевое поведение (центр вкуса, сосания, глотания, слюноотделения, рвоты и др.); главный центр бодрствования («блок питания» ЦНС) и др.

Промежуточный мозг

Промежуточный мозг: гипофиз и эпифиз (регуляция эндокринной системы); таламус, гипоталамус

Гипоталамус является главным центром эндокринной и вегетативной регуляции, а также главным центром биологических потребностей (и связанных с ними эмоций). Здесь – центры голода и жажды, страха и агрессии, половой и родительской мотивации и др. («центр бессознательного»).

Таламус – фильтрует информацию, поднимающуюся в кору больших полушарий, пропуская сильные и новые сигналы (непроизвольное внимание), а также сигналы, связанные с текущей деятельностью коры («по заказу» коры, произвольное внимание).

Средний мозг: четверохолмие, центральное серое в-во, красное ядро, черная субстанция — отвечает за многие функции, такие, как зрение, слух, контроль движений, регуляция циклов сна и бодрствования, общего уровня возбуждения ЦНС, концентрации внимания, ориентировочные, защитные и оборонительные рефлексы, регуляция болевой чувствительности, репродуктивного поведения, температуры тела.

Базальные ганглии – скопление серого вещества в глубине больших полушарий. Участвуют в программе и регуляции сложных двигательных реакций, автоматизации и оттачивании двигательных реакций. Участвуют в работе системы потребностей, мотиваций и эмоций.

Лимбическая система находится между новой корой и конечной частью ствола мозга обеспечивает формирование эмоций и мотивации, долговременной памяти. Обеспечивает согласование процессов, регулирующих вегетативные, соматические и психические реакции организма. Обеспечивает сохранение гомеостаза и сохранение жизни организма.

Кора больших полушарий– древняя, старая и новая

Древняя – обонятельная кора

Старая кора — гиппокамп (центры кратковременной памяти).

Новая кора – характерна для млекопитающих, обеспечивает высшие психические функции.

Доли новой коры: височная, лобная, теменная, затылочная, островковая, ассоциативная теменная кора, ассоциативная лобная кора.

1. Затылочная доля – зрительная кора. 2. Височная доля – слуховая кора. 3. Передняя часть темен-ной доли – болевая, кожная и мышечная чувствительность. 4. Внутри боковой борозды (островковая доля) – вестибулярная чувст-вительность и вкус. 5. Задняя часть лобной доли – двигательная кора. 6 Задняя часть теменной и височной долей – ассоциативная теменная кора: объединяет потоки сигналов от разных сенсорных систем, речевые центры, центры мышления,  (образного и абстрактно-логического, здесь формируется модель окружающего мира). 7. Передняя часть лобной доли – ассоциативная лобная кора: с учетом сенсорных сигналов, сигналов от центров потребностей, памяти и мышления принимает решения о запуске поведенческих программ («центр воли и инициативы»).

Развитие головного мозга.

В утробе матери мозг развивается с эмбриональных стволовых клеток до примерно 70 % от общего развития головного мозга человека. В этот период происходит за счет дифференциации стволовых клеток формирование всех структур головного мозга. В этот момент решающее значение в развитии мозга играют гены родителей, здоровье и гормональное состояние матери, обеспечение матери достаточным количеством необходимых питательных веществ и минералов, отсутствие токсинов в крови матери.

После рождения и до 3 лет у ребенка формируется головной мозг с максимальным за всю жизнь избыточным количеством нейронов и их отростков. Все последующие годы эти нейроны и их отростки будут использоваться для формирования синапсов и уникальных нейросетей в соответствии с жизненным опытом каждого человека.

В возрасте до 3 лет клетки мозга создают по 2 миллиона новых связей — синапсов в секунду! Это время наивысшей активности мозга.  В этом возрасти закладываются основы модели мира, базовые установки восприятия мира. Здесь происходит развитие первичных поведенческих программ, сенсорных систем, эмоциональной и речевой сферы, воображения, памяти, овладение грубыми моторными навыками.

Начиная с трех лет, начинается резкое торможение в темпах развития клеток мозга, а после шести лет оно практически полностью заканчивается. Мозг шестилетнего ребенка практически полностью совпадает с мозгом взрослого человека! До 6 лет закладывается целостная модель мира человека.

С 6 до 25 лет — происходит совершенствование навыков моторики, речи, социального поведения, мышления, интеллекта, обучение и совершенствование различных программам поведения. Это происходит за счет формирования синапсов между существующими клетками и их отростками.

К 25 годам завершается миниелизация лобной части головного мозга. Что делает человека осознанным (способным к наблюдению за самим собой со стороны и пониманию причин формирующихся чувств, эмоций, суждений).

После 25 лет происходит усиливающаяся с каждым годом оптимизация существующих нейронных сетей (отмирание неиспользуемых нейронов и синапсов или их модификация) к которой после 60 лет добавляется массовая гибель нейронов, связанная с естественными дегенеративными процессами стареющего мозга.

Все отделы Головного мозга непрерывно функционируют и взаимодействуют друг с другом,  со всеми системами нашего тела, включая сенсорные системы. Мозг  руководит всеми процессами, протекающими в организме, определяет наш характер и поведение. Понимая механизмы работы мозга перед нами открываются возможности оказывать влияние на его работу.