Na wstępie kilka słów o tym, jak kształtuje się nasz mózg w trakcie naszego rozwoju i jak wygląda jego budowa anatomiczna u dorosłego człowieka. Mózg ma swój początek w jamkach zarodkowych pęcherzyków mózgu, które utrzymują się przez cały czas kształtowania się mózgu, tworząc w wykształconym już mózgu tzw. komory mózgowe, które wypełnione są surowiczym płynem mózgowo-rdzeniowym. Z bocznych pęcherzykowatych wypukleń mózgu pierwotnego wytwarzają się oczy; z przodu tworzy się płat węchowy. Im wyżej na filogenetycznej drabinie stoją kręgowce, tym znaczniejszy obserwuje się rozwój przodomózgowia, które w końcu tworzy właściwy mózg, składający się z dwóch półkul (prawej i lewej). U człowieka przykrywają one całą resztę mózgu. Półkule te są pofałdowane, co znacznie zwiększa ich powierzchnię. Wyróżnia się na nich bruzdy i zakręty. Półkule mózgowe rozwijają się kosztem międzymózgowia i śródmózgowia. Z tyłomózgowia powstaje móżdżek, a rdzeniomózgowie zamienia się w rdzeń przedłużony. Masa mózgu ludzkiego wynosi u mężczyzny około 1375 g, u kobiety 1225 g, podczas gdy masa mózgu niemowlęcia to zwykle około 350 g. Obydwie półkule rozdzielone są głęboką bruzdą podłużną, a tylko w dolnej części złączone są wielkim spoidłem mózgowym, ze śródmózgowiem, natomiast łączą się za pomocą szypułek mózgowych. Głęboka bruzda boczna, zwana bruzdą Sylwiusza, przecina pod spodem półkule mózgowe, tak że dzieli każdą półkulę (od spodu) na 5 płatów:
-
czołowy,
-
ciemieniowy,
-
skroniowy,
-
potyliczny,
-
brzeżny (limbiczny).
Płat ciemieniowy przechodzi bez ostrej granicy w płat potyliczny. Wąska jama obecna w półkulach mózgowych podzielona jest przez ścianę podłużną na dwie równe części — w ten sposób powstają komory boczne mózgu. Tylna część tej ściany, tzw. sklepienie mózgu, wychodzi z ciał sutkowych, znajdujących się u podstawy mózgu. Komory boczne i komora trzecia (w międzymózgowiu) komunikują się ze sobą przez ciasny otwór Monroe’go. Przedłużenia bocznych komór noszą nazwę rogów Ammona. Półkule mózgowe zbudowane są z substancji szarej (zwanej korą mózgową), o miąższości około 5 mm, obfitującej w komórki zwojowe, i z białej substancji rdzennej złożonej z włókien nerwowych. Dno komory trzeciej mieszczącej się w międzymózgowiu przedłuża się ku dołowi w tzw. lejek, na którym położona jest przysadka mózgowa, gruczoł wydzielania wewnętrznego. Z międzymózgowia wychodzi również, jednak ku górze, szyszynka. Objętość mózgu człowieka jest istotnym parametrem antropologicznym, średnia światowa wynosi 1350 ml (800–2000 ml). Przeciętny mózg posiada około 86 mld neuronów, przy czym każdy z nich łączy się średnio z 7 tys. innych przez synapsy.
Mózg — jako najbardziej złożony twór wszechświata
W tym miejscu chciałem spojrzeć na najważniejszą część nas z perspektywy neurobiologii w oparciu o artykuły takich naukowców, jak Jerzy Vetulani, Vilanur S. Ramachandran, Jerome Lettwin.
Jeśli porównać mózg do komputera, to jego pojemność w zależności od osobniczej objętości wynosi 108432 bajtów i do tej pory nie jest znany komputer o takiej mocy obliczeniowej, aby to zobrazować, notabene liczba wszystkich atomów we wszechświecie jest szacowana tylko na 1078.
Mózg złożony jest ze stu miliardów bardzo precyzyjnie rozmieszczonych komórek nerwowych wspieranych przez osiemset miliardów komórek glejowych.
Ten złożony system zawiera około 240×1012 połączeń tylko dla samej kory mózgowej.
Tak skomplikowany i złożony twór musi być w odpowiedni i wydajny sposób odżywiany i utleniony, wymagania te są 15-krotnie wyższe niż dla reszty ciała. Krew przepływa przez mózg z prędkością 1000 mililitrów na minutę. Szacowana długość naczyń krwionośnych wynosi około 160 tys. kilometrów.
Prędkość dostarczania tlenu i glukozy generuje w każdej chwili moc rzędu 25 watów, co pozwoliłoby zasilić niewielką żarówkę.
Z dużą dozą prawdopodobieństwa można powiedzieć, że w całej historii i całej przyszłości gatunku ludzkiego nie było i nie będzie dwóch takich samych ośrodkowych układów nerwowych. Stopień skomplikowania, jak też konieczność intensywnego odżywiania stanowi również pewnego rodzaju piętę Achillesową naszego najważniejszego organu, ponieważ problemy z dopływem krwi w jednym z wielu nawet mikroskopijnych naczyń może spowodować nieobliczalne skutki dla naszego zdrowia i życia. Udary, czyli zablokowanie dopływu krwi w różnych obszarach mózgu, są jedną z najczęstszych przyczyn śmierci i niepełnosprawności u ludzi. Stopień skomplikowania sprawia również, że błędy w połączeniach i przekaźnictwie synaptycznym, jak również procesy neurodegeneracyjne są największym problemem zdrowotnym ludzkości (choroby psychiczne i wieku podeszłego). Problemy z odpowiednio skutecznym odżywianiem tak skomplikowanej struktury stają na drodze licznym wizjom futurologów, w których za kilkaset lat człowiek na drodze ewolucji to postać z małym ciałem i nieproporcjonalnie dużą głową z dużo większym objętościowo mózgiem. Już teraz wyraźnie widać, że w związku z problemami z ukrwieniem i odżywianiem poszczególnych struktur mózgu osiągnęliśmy pewien próg wzrostu objętości tkanek w szczególności korowych. Pojawia się też pytanie o śmierć i obumieranie neuronów i okres życia, w którym ten proces jest najintensywniejszy. Okazuje się że odpowiedź jest dla większości z nas zaskakująca, to nie w wieku podeszłym obumiera największa ich liczba, do olbrzymiej redukcji dochodzi w wieku pomiędzy 8. a 15. rokiem życia, kiedy ginie nawet do 30% niepotrzebnych neuronów.
Jak badamy mózg i skąd czerpiemy wiedzę o procesach w nim zachodzących.
Do badań mózgu możemy zaliczyć badania struktur w trakcie autopsji, jak też badania obrazowe wykonywane na żyjących osobnikach.
Badania obrazowe to:
-
Rezonans magnetyczny dający statyczny obraz mózgu z bardzo dokładnym obrazem anatomicznym mózgu.
-
PET — pomiar szybkości metabolizmu komórek nerwowych dający obraz tego, które struktury mózgu są zaangażowane w procesy zachodzące w mózgu pacjenta podczas jego pracy.
-
Tomograf komputerowy — obrazujemy mózg niewielkimi dawkami promieniowania rentgenowskiego.
-
FMRI — pomiar przepływu krwi w obszarach mózgu. Zazwyczaj jest większy w obszarach zaangażowanych w procesy związane z poszczególnymi procesami umysłowymi.
Mózg — jak ewoluował i jak staliśmy się tymi, którymi jesteśmy
Zmiany ewolucyjne mózgu od zwierząt z kostnym układem kręgowym do człowieka trwały ponad 400 milionów lat, gdzie olbrzymi skok nastąpił 3 miliony lat temu. W tym okresie nastąpił rozwój części czołowych i przedczołowych, a objętość całego mózgu wzrosła ponad 3-krotnie ze szczególnym rozrostem kory czołowej. Nasze przodomózgowie włącznie z korą nową w trakcie ewolucji uległo funkcjonalnemu podziałowi na dział obsługi, dział emocji i rozumu. Dział obsługi jest ewolucyjnie najprymitywniejszą częścią mózgu. Obejmuje wzgórze i zwoje podstawy, które odpowiadają za przetrwanie w trudnym środowisku. Są odpowiedzialne za np. agresję termoregulację i motorykę. W następnej kolejności powstały struktury podkorowe, takie jak hipokamp i jądra migdałowate, które są odpowiedzialne za emocje i motywacje. Najmłodszą częścią mózgu jest kora mózgowa, która odpowiada za intelekt, przewidywanie i myślenie. Jak widać, ewolucja podążała w kierunku od zapewnienia możliwości przetrwania w ciężkim środowisku, przez ucieczkę i walkę funkcje motoryczno - reprodukcyjne, do nadzoru nad nimi i decydowania o tym, jak je wykorzystać, by lepiej rywalizować w konkurencyjnym świecie zwierząt (myślenie i inteligencja). Pewien rodzaj podporządkowania struktur starszych ewolucyjnie odpowiadających za pierwotne instynkty, agresję i przetrwanie, strukturom młodszym korowym odpowiadającym za myślenie i inteligencję, dał nam dużą przewagę w świecie zwierzęcym i pozwolił dalej ewoluować.
Jak to się dzieje, że myślimy, pamiętamy i mamy samoświadomość?
U podstaw większości procesów zachodzących w mózgu jest teoria plastyczności neuronalnej, którą w połowie ubiegłego wieku zaproponował Donald Olding Hebb. Mózg zbudowany jest z ogromnej liczby neuronów tworzących sieci neuronalne i kontaktujących się ze sobą chemicznie i elektrycznie. Chemicznie przez przekazywanie neuroprzekaźników w szczelinie synaptycznej i elektrycznie przez kontakt. Do najważniejszych neuroprzekaźników należy glutaminian, dopamina, norepinefryna, acetylocholina. Podstawą teorii jest efekt troficzny, czyli każda myśl, słowo, obraz powoduje przepływ impulsu w sieci neuronalnej podporządkowanej danemu bodźcowi (wzrok, dotyk, myśl), powodując zmiany zarówno strukturalne, jak i w zwiększonej ilości neuroprzekaźnika. Zwiększona ilość neuroprzekaźnika powoduje powstawanie większej liczby punktów styku przekazujących impuls pomiędzy neuronami (kolców dendrytycznych). Jak również wzrost ilości neuronów w rejonach obsługujących dany szlak. Każda myśl, oglądany obraz, jak też wypowiedziane słowo zmieniają nasz mózg chemicznie i strukturalnie, raz obejrzany przez nas kwiat róży ma w naszym mózgu swój obraz w postaci zmiany strukturalnej oraz chemicznej. Jeśli dana ścieżka lub sieć neuronalna położona w strukturze odpowiedzialnej za zmysły, np. wzroku, słuchu, itp., jest nieużywana, dochodzi do desyntetyzacji, spada ilość neuroprzekaźnika, zanikają połączenia pomiędzy neuronami i bardzo często następuje zanik samego neuronu, co powoduje spadek objętości odpowiedzialnej za to struktury mózgu. Bardzo często eliminowane są neurony niepracujące, które nie wysyłają ani nie odbierają sygnałów. Powodem jest ewolucyjne usuwanie neuronów niepotrzebnych, z uwagi na bardzo energochłonne otoczenie. Z tego powodu warto pamiętać, by w każdym wieku dostarczać pracy naszemu najważniejszemu narządowi.
Mózg jest trochę podobny do komputera, ale w komputerze są tylko dwa stany — jest impuls lub go nie ma, natomiast w mózgu występuje nieskończona ilość stanów zależna od siły przekazywanego impulsu. Dowodem na teorię troficzną jest badanie ślimaka morskiego Aplysia California, za które Kandel i Prittenger otrzymali nagrodę Nobla. Aplyzja to idealne zwierzę do tego typu badań, ponieważ posiada tylko 18 do 20 tys. neuronów, które dodatkowo są największe w świecie zwierząt. W badaniach wykorzystano fakt, że Aplyzja po podrażnieniu kurczy skrzela. Jeżeli drażniona jest słabym impulsem, to po pewnym czasie przestaje na nie reagować i następuje przyzwyczajenie. Jeżeli drażnienie jest silniejsze, cały czas o tej samej amplitudzie, to następuje uwrażliwienie i za każdym razem reakcja jest coraz silniejsza. Badanie morfologiczne wykazało w przypadku przyzwyczajenia do impulsu spadek ilości połączeń pomiędzy neuronami czuciowymi i ruchowymi, jak również spadek ilości pęcherzyków synaptycznych zawierających neuroprzekaźnik. W przypadku odwrotnym uwrażliwienia na impuls ilość neuroprzekaźnika wzrastała tak jak ilość połączeń pomiędzy neuronami. W zależności od dopływu bodźców ze środowiska neurony w korze mózgowej mogą się rozwijać lub zanikać. Takie zmiany zanikowe mogą być bardzo poważne. U zwierząt pozbawionych bodźców wzrokowych w krytycznym okresie rozwojowym powoduje zanik ścieżek neuronalnych w drodze wzrokowej u kota i królika (Globus i Scheibel 1976), (Antonini i Stryker 1993). Zwierzęta te nigdy nie będą widzieć. Dzieci urodzone z wrodzoną kataraktą w krajach, gdzie dawniej panowała niska kultura medyczna nawet po usunięciu katarakty w starszym wieku, nigdy nie odzyskały prawidłowego widzenia. Bardzo długo uważano, że w mózgu od pewnego wieku zanika proces neurogenezy i nie powstają nowe neurony. Obecnie mamy wiele dowodów zarówno ze świata zwierzęcego, jak też ludzi, że nowe neurony mogą powstawać w trakcie całego życia. Wykazano, że hipokamp taksówkarza londyńskiego jest dużo większy od hipokampu przeciętnego londyńczyka. Hipokamp jest odpowiedzialny za pamięć przestrzenną, taksówkarze ci musieli po prostu zapamiętać trasy i adresy, oczywiście przed czasami, gdzie GPS doprowadza nas wszędzie.
JAROSŁAW GUSTAW
farmaceuta
Porady i artykuły zamieszczone w niniejszym artykule nie zastępują porady lekarskiej, stanowią jedynie źródło informacji. Przed skorzystaniem z zamieszczonych porad należy skonsultować się z lekarzem.
Operator strony nie ponosi odpowiedzialności za błędy i treści zamieszczonych przez podmioty trzecie artykułów.
