Den mänskliga hjärnan ( lat. encephalon ) är ett organ i det centrala nervsystemet , som består av många sammankopplade nervceller och deras processer .
Den mänskliga hjärnan upptar nästan hela håligheten i den cerebrala delen av skallen , vars ben skyddar hjärnan från yttre mekanisk skada. I processen av tillväxt och utveckling tar hjärnan formen av en skalle .
Litteraturen ger olika uppskattningar av antalet neuroner som finns i den mänskliga hjärnan. Enligt en uppskattning innehåller den vuxna manliga hjärnan i genomsnitt 86,1 ± 8,1 miljarder neuroner och 84,6 ± 9,8 miljarder icke-neuronala celler. Samtidigt innehåller hjärnbarken 19% av nervcellerna [1] . Enligt andra uppskattningar innehåller den mänskliga hjärnan 90-96 miljarder neuroner [2] [3] .
Hjärnan förbrukar 50 % av glukosen som produceras av levern och kommer in i blodet för näring [4] .
Den mänskliga hjärnans massa sträcker sig från 1000 till mer än 2000 gram, vilket i genomsnitt är cirka 2% av kroppsvikten. Hjärnan hos män har en genomsnittlig massa på 100-150 gram mer än hjärnan hos kvinnor , men en statistisk skillnad mellan förhållandet mellan kropp och hjärnstorlek hos vuxna män och kvinnor hittades inte [5] . Det anses allmänt att en persons mentala förmågor beror på hjärnans massa: ju större hjärnans massa är, desto mer begåvad är personen. Det är dock uppenbart att så inte alltid är fallet [6] . Till exempel vägde I. S. Turgenevs hjärna 2012 [7] [8] , och hjärnan hos Anatole France - 1017 g [9] . Den tyngsta hjärnan - 2850 g - hittades hos en individ som led av epilepsi och idioti [10] [11] . Hans hjärna var funktionsdefekt. Därför finns det inget direkt samband mellan hjärnans massa och en individs mentala förmågor.
Men i stora urval har många studier funnit ett positivt samband mellan hjärnans massa och mental förmåga, såväl som mellan massan av vissa hjärnregioner och olika indikatorer på kognitiv förmåga [12] [13] . Ett antal studier tyder på att hjärnans storlek, som nästan helt beror på genetiska faktorer, inte kan förklara de flesta av skillnaderna i IQ [14] [15] [16] . Som argument pekar forskare från universitetet i Amsterdam på en betydande skillnad i den kulturella nivån mellan civilisationerna i Mesopotamien och det antika Egypten och deras ättlingar idag i Irak och det moderna Egypten [17] .
Graden av hjärnans utveckling kan i synnerhet bedömas genom förhållandet mellan ryggmärgens massa och hjärnan. Så hos katter är det 1:1, hos hundar - 1:3, hos lägre apor - 1:16, hos människor - 1:50. Hos människor i övre paleolitikum var hjärnan märkbart (10–12 %) större än hjärnan hos en modern person [18] - 1:55–1:56.
Hjärnvolymen för de flesta människor ligger i intervallet 1250-1600 kubikcentimeter och är 91-95% av skallens kapacitet. Det finns fem sektioner i hjärnan: medulla oblongata ; posterior , inklusive bron , lillhjärnan och epifysen ; mitten ; mellanliggande; och framhjärnan , representerad av hjärnhemisfärerna . Tillsammans med ovanstående indelning i avdelningar är hela hjärnan uppdelad i tre stora delar:
Hjärnbarken täcker de två hjärnhalvorna: höger och vänster.
Hjärnan, liksom ryggmärgen, är täckt med tre membran: mjuk, arachnoid och hård.
Hjärnans mjuka, eller vaskulära, membran ( lat. pia mater encephali ) ligger i direkt anslutning till hjärnans substans, går in i alla fåror, täcker alla veck. Den består av lös bindväv, i vilken många kärl förgrenar sig och matar hjärnan. Tunna processer av bindväv avgår från åderhinnan, som går djupt in i hjärnans massa.
Hjärnans arachnoidmembran ( lat. arachnoidea encephali ) är tunn, genomskinlig, har inga kärl. Den passar tätt in i hjärnans veck, men går inte in i fårorna, vilket resulterar i att subaraknoidala cisterner bildas mellan kärl- och arachnoidmembranen , fyllda med cerebrospinalvätska, på grund av vilken arachnoid får näring. Den största, lillhjärnan-avlånga cisternen, ligger bakom den fjärde ventrikeln, den fjärde ventrikelns medianöppning mynnar in i den; cisternen av den laterala fossa ligger i den laterala sulcus av storhjärnan; interpeduncular - mellan benen i hjärnan; cisternkorsning - på platsen för den visuella chiasma (korsning).
Dura mater encephali ( lat. dura mater encephali ) är periosteum för den inre hjärnytan av skallbenen. I detta skal observeras den högsta koncentrationen av smärtreceptorer i människokroppen, medan det inte finns några smärtreceptorer i själva hjärnan (se Huvudvärk ).
Dura mater är byggd av tät bindväv, fodrad från insidan med platta fuktade celler, tätt smälter samman med skallbenen i regionen av dess inre bas. Mellan de hårda och arachnoidmembranen är det subdurala utrymmet fyllt med serös vätska.
Medulla oblongata ( lat. medulla oblongata ) utvecklas från den femte cerebrala vesikeln (tillägg). Medulla oblongata är en fortsättning av ryggmärgen med nedsatt segmentering. Den grå substansen i medulla oblongata består av individuella kärnor i kranialnerverna. Vit substans är ryggmärgens och hjärnans vägar som sträcker sig uppåt in i hjärnstammen och därifrån till ryggmärgen.
På den främre ytan av medulla oblongata innehåller den främre medianfissuren, på vars sidor ligger förtjockade vita fibrer som kallas pyramider. Pyramiderna smalnar av på grund av att en del av deras fibrer passerar till den motsatta sidan och bildar en korsning av pyramiderna som bildar den laterala pyramidbanan. Den del av de vita fibrerna som inte korsar bildar en rak pyramidformad väg.
Bron ( lat. pons ) ligger ovanför medulla oblongata. Detta är en förtjockad rulle med tvärgående fibrer. I mitten av den löper huvudspåret, i vilket hjärnans huvudartär ligger. På båda sidor om fåran finns märkbara förhöjningar som bildas av pyramidformade banor. Bron består av ett stort antal tvärgående fibrer som bildar dess vita substans - nervfibrer. Mellan fibrerna finns många ansamlingar av grå substans, som bildar brons kärnor. Fortsätter till lillhjärnan, nervfibrer bildar dess mellanben.
Lillhjärnan ( latin cerebellum ) ligger på den bakre ytan av pons och medulla oblongata i bakre kranial fossa. Den består av två hemisfärer och en mask som förbinder hemisfärerna med varandra. Lillhjärnans massa är 120-150 g.
Lillhjärnan är separerad från storhjärnan av en horisontell spricka, i vilken dura mater bildar ett lillhjärnstält som sträcks över den bakre fossa av skallen. Varje hemisfär i lillhjärnan består av grå och vit substans.
Den grå substansen i lillhjärnan finns ovanpå den vita i form av en cortex. Nervkärnorna ligger inuti de cerebellära hemisfärerna, vars massa huvudsakligen representeras av vit substans. Hemisfärernas cortex bildar parallella fåror, mellan vilka det finns veck av samma form. Får delar upp varje hemisfär av lillhjärnan i flera delar. En av delarna - en bit som gränsar till cerebellums mittben, sticker ut mer än andra. Det är fylogenetiskt den äldsta. Maskens flik och knut visas redan i de nedre ryggradsdjuren och är förknippade med den vestibulära apparatens funktion.
Cortex i de cerebellära hemisfärerna består av två lager av nervceller: den yttre molekylära och granulära. Barktjocklek 1-2,5 mm.
Den grå substansen i lillhjärnan förgrenar sig i det vita (på mitten av lillhjärnan kan du se som en gren av en vintergrön tuja), så det kallas lillhjärnans livsträd.
Lillhjärnan är ansluten till hjärnstammen med tre par ben. Benen representeras av buntar av fibrer. Lillhjärnans nedre (caudala) ben går till medulla oblongata och kallas även repkroppar. De inkluderar den bakre cerebrospinalkanalen.
De mellersta (bro) benen i lillhjärnan är anslutna till pons, i vilka tvärgående fibrer passerar till nervcellerna i hjärnbarken. En kortikal-bro-bana passerar genom mittbenen, tack vare vilken hjärnbarken verkar på lillhjärnan.
Lillhjärnans övre ben i form av vita fibrer går i riktning mot mellanhjärnan, där de ligger längs mellanhjärnans ben och ligger tätt intill dem. De överlägsna (kraniella) cerebellära stjälkarna består huvudsakligen av fibrer från dess kärnor och fungerar som huvudvägarna för att leda impulser till thalamus opticus , hypotalamus och röda kärnor.
Benen är placerade fram och däcket är bak. Mellan däcket och benen ligger mellanhjärnans akvedukt (Sylvius-akvedukten). Den förbinder den fjärde ventrikeln med den tredje.
Lillhjärnans huvudfunktion är reflexkoordinationen av rörelser och fördelningen av muskeltonus.
Mellanhjärnans hölje ( lat. mesencephalon ) ligger ovanför dess lock och täcker akvedukten i mellanhjärnan ovanifrån. Locket innehåller en platta av däcket (quadremium). De två övre kullarna är förknippade med den visuella analysatorns funktion, fungerar som centrum för att orientera reflexer till visuella stimuli och kallas därför visuella. De två nedre tuberklerna är auditiva, förknippade med att orientera reflexer mot ljudstimuli. De övre colliculi är förbundna med de laterala geniculate kropparna av diencephalon med hjälp av de superior handtagen, och de inferior colliculi är förbundna med de nedre handtagen till de mediala geniculate kropparna.
Från däckplattan börjar ryggmärgen, som förbinder hjärnan med ryggmärgen. Efferenta impulser passerar genom den som svar på visuella och auditiva stimuli.
Hjärnan är uppdelad av en fåra i två hemisfärer (Hemisphaerium cerebri): vänster och höger. Hjärnhemisfärerna inkluderar: hjärnbarken (manteln) , basala ganglierna , lukthjärnan och laterala ventriklar . Hjärnhalvorna är åtskilda av en längsgående spricka, i vars fördjupning finns corpus callosum , som förbinder dem. På varje halvklot särskiljs följande ytor:
I varje halvklot finns det delar som sticker ut mest: framför - frontalpolen, bakom - occipitalpolen, på sidan - temporalpolen. Dessutom är varje hemisfär i den stora hjärnan uppdelad i fyra stora lober: frontal, parietal, occipital och temporal. I fördjupningen av hjärnans laterala fossa ligger en liten lob - en holme. Halvklotet är uppdelat i lober av fåror. Den djupaste av dem är den laterala, eller laterala, den kallas också för den sylviska fåran. Den laterala sulcus separerar tinningloben från frontal och parietal. Från den övre kanten av hemisfärerna går den centrala sulcusen, eller Rolands sulcus, ner. Det separerar hjärnans frontallob från parietal. Occipitalloben är separerad från parietal endast från sidan av den mediala ytan av hemisfärerna - parietal-occipital fåran.
Hjärnhemisfärerna är täckta med grå substans från utsidan och bildar hjärnbarken eller manteln. Det finns 15 miljarder celler i cortex, och om vi tar hänsyn till att var och en av dem har från 7 till 10 tusen förbindelser med närliggande celler, kan vi dra slutsatsen att funktionerna i cortex är flexibla, stabila och pålitliga. Ytan på cortex ökar avsevärt på grund av fåror och veck. Den fylogenetiska cortexen är den största strukturen i hjärnan, dess yta är cirka 220 tusen mm 2 .
Hjärnan hos en vuxen man är i genomsnitt 11–12 % tyngre och 10 % större i volym än en kvinnas [19] [20] , vilket motsvarar skillnaden i kroppsvikt och storlek mellan könen. Ingen statistisk skillnad hittades mellan kropp-till-hjärna-förhållandet hos män och kvinnor [21] [5] . Tomografiska skanningsmetoder har gjort det möjligt att experimentellt registrera skillnader i hjärnans struktur hos kvinnor och män [22] [23] . Det har konstaterats att den manliga hjärnan har fler kopplingar mellan zonerna inom hemisfärerna, och den kvinnliga hjärnan har fler kopplingar mellan hemisfärerna. Dessa skillnader i hjärnans struktur var mest uttalade när man jämförde grupper i åldern 13,4 till 17 år. Men med åldern i hjärnan hos kvinnor ökade antalet kopplingar mellan zoner inom hemisfärerna, vilket minimerar de tidigare distinkta strukturella skillnaderna mellan könen [23] .
Samtidigt, trots förekomsten av skillnader i den anatomiska och morfologiska strukturen i hjärnan hos kvinnor och män, finns det inga avgörande tecken eller kombinationer av dem som gör att vi kan tala om en specifikt "manlig" eller specifikt "kvinnlig" hjärna [24] . Det finns funktioner i hjärnan som är vanligare bland kvinnor, och det finns de som oftare observeras hos män, men båda kan manifestera sig i det motsatta könet, och det finns praktiskt taget inga stabila ensembler av sådana tecken.
Utveckling som sker före födseln, intrauterin utveckling av fostret. Under prenatalperioden sker en intensiv fysiologisk utveckling av hjärnan, dess sensoriska och effektorsystem.
Differentiering av hjärnbarkens system sker gradvis, vilket leder till ojämn mognad av individuella hjärnstrukturer.
Vid födseln har barnet praktiskt taget bildat subkortikala formationer och är nära det sista stadiet av mognad av hjärnans projektionsområden, där nervförbindelserna som kommer från receptorerna från olika sinnesorgan (analysatorsystem) slutar och motorvägar har sitt ursprung [ 25] .
Dessa områden fungerar som ett konglomerat av alla tre blocken i hjärnan . Men bland dem når strukturerna i hjärnaktivitetsregleringsblocket (det första blocket i hjärnan) den högsta mognadsnivån. I det andra (blocket för att ta emot, bearbeta och lagra information) och det tredje (blocket för programmering, reglering och kontroll av aktivitet) block, endast de områden av cortex som tillhör de primära loberna, som tar emot inkommande information (andra blocket) och bildar utgående motorimpulser, visar sig vara den mest mogna (3:e blocket) [26] .
Andra områden av hjärnbarken når inte en tillräcklig mognadsnivå när barnet föds. Detta bevisas av den lilla storleken på cellerna som ingår i dem, den lilla bredden på deras övre skikt som utför en associativ funktion, den relativt lilla storleken på området de upptar och otillräcklig myelinisering av deras element.
Vid en ålder av två till fem år inträffar mognaden av sekundära, associativa fält i hjärnan, av vilka några (sekundära gnostiska zoner i analysatorsystemen) är belägna i det andra och tredje blocket (premotoriskt område). Dessa strukturer tillhandahåller perceptionsprocesser och utförandet av en sekvens av handlingar [25] .
Näst mogna är de tertiära (associativa) fälten i hjärnan. Först utvecklas det bakre associativa fältet - den parietal-temporala-occipital regionen, sedan det främre associativa fältet - den prefrontala regionen.
Tertiära fält intar den högsta positionen i interaktionshierarkin mellan olika hjärnområden, och här utförs de mest komplexa formerna av informationsbehandling. Det bakre associativa området tillhandahåller syntesen av all inkommande multimodal information till en supramodal holistisk reflektion av verkligheten kring ämnet i helheten av dess kopplingar och relationer. Det främre associativa området ansvarar för den frivilliga regleringen av komplexa former av mental aktivitet, inklusive valet av den information som är nödvändig för denna aktivitet, bildandet av aktivitetsprogram på grundval av dess och kontroll över deras korrekta förlopp.
Således når vart och ett av de tre funktionella blocken i hjärnan full mognad vid olika tidpunkter, och mognad fortsätter i sekvens från det första till det tredje blocket. Detta är vägen nerifrån och upp - från de underliggande formationerna till de överliggande, från de subkortikala strukturerna till de primära fälten, från de primära fälten till de associativa. Skador under bildandet av någon av dessa nivåer kan leda till avvikelser i mognad av nästa på grund av bristen på stimulerande effekter från den underliggande skadade nivån [25] .
Ur cybernetikens synvinkel är hjärnan en gigantisk lärande statistisk analog maskin gjord av levande joniska element utan en stel struktur av kopplingar mellan element, med en strömförbrukning på cirka 25 watt. Uppskattningar av hjärnans minneskapacitet av olika författare sträcker sig från 10 6 till 10 16 bitar [27] [28] . Högre nervös aktivitet består i att arbeta med bilder av den yttre världen genom en hierarkisk flerstegsmetod för parallell bearbetning av information [29] [30] . Hjärnans minne är ordnat enligt en speciell princip - den memorerade informationen är samtidigt adressen för memorering i hjärnbarken, och inte bara information kommer ihåg, utan också frekvensen av dess upprepning. [28] Anslutningar av hjärnneuroner bildar en nätverksstruktur på flera nivåer [31] .
De första försöken görs för att skapa matematiska modeller av hjärnan baserade på teorin om automater, neurala nätverk, matematisk logik, cybernetik [32] [33] [34] .
Amerikanska forskare försökte jämföra den mänskliga hjärnan med en dators hårddisk och beräknade att mänskligt minne kan innehålla cirka 1 miljon gigabyte (eller 1 petabyte) (till exempel bearbetar Googles sökmotor cirka 24 petabyte data dagligen). Med tanke på att den mänskliga hjärnan bara förbrukar 25 watt energi för att bearbeta en så stor mängd information, kan den kallas den mest effektiva datorenheten på jorden [35] .
En av hjärnans viktigaste egenskaper är dess förmåga att bygga modeller, både när man försöker beskriva processer som sker i naturen, och för att beskriva fiktiva abstrakta fenomen, både medvetet och omedvetet [36] .
Den mänskliga hjärnan, som är ett mycket stort neuralt nätverk, analyserar ständigt signalerna från sinnesorganen och kroppens inre organ, tidigare ackumulerad information, bygger och korrigerar modeller av omvärlden och gör förutsägelser baserade på dessa modeller. Prognosprocessen sker både medvetet och utan medvetandets deltagande, ständigt, både i vakenhet och i sömn. En person agerar styrd av dessa prognoser och utför medvetna handlingar, och omedvetet, inklusive reflexmässigt. I en situation där hjärnan gjorde ett misstag i analysen kan en person se, höra och (eller) känna något som inte finns i verkligheten. I de fall prognosen visar sig vara felaktig kan en person vidta åtgärder som han inte förväntade sig av sig själv (inte ville göra).
| Mänsklig storhjärna : framhjärna ( telencephalon , hjärnbark , hemisfärisk , grå substans ) | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| frontalloben _ |
| ||||||||||||||
| parietalloben _ |
| ||||||||||||||
| Occipitallob _ |
| ||||||||||||||
| tinningloben _ |
| ||||||||||||||
| Interlobar fåror |
| ||||||||||||||
| välvd gyrus |
| ||||||||||||||
| insulär lob |
| ||||||||||||||
| Övrig | |||||||||||||||