Creierul uman ( lat. encefal ) este un organ al sistemului nervos central , format din multe celule nervoase interconectateși procesele lor .
Creierul uman ocupă aproape întreaga cavitate a părții cerebrale a craniului , ale cărei oase protejează creierul de daune mecanice externe. În procesul de creștere și dezvoltare, creierul ia forma unui craniu .
Literatura de specialitate oferă diverse estimări ale numărului de neuroni din creierul uman. Potrivit unei estimări, creierul masculin adult conține în medie 86,1 ± 8,1 miliarde de neuroni și 84,6 ± 9,8 miliarde de celule non-neuronale. În același timp, cortexul cerebral conține 19% din neuroni [1] . Conform altor estimări, creierul uman conține 90-96 de miliarde de neuroni [2] [3] .
Creierul consumă 50% din glucoza produsă de ficat și care intră în sânge pentru nutriție [4] .
Masa creierului uman variază de la 1000 la mai mult de 2000 de grame, ceea ce reprezintă, în medie, aproximativ 2% din greutatea corporală. Creierul bărbaților are o masă medie de 100-150 de grame mai mult decât creierul femeilor , cu toate acestea, nu a fost găsită o diferență statistică între raportul dintre dimensiunea corpului și a creierului la bărbați și femei adulți [5] . Se crede pe scară largă că abilitățile mentale ale unei persoane depind de masa creierului: cu cât este mai mare masa creierului, cu atât persoana este mai talentată. Cu toate acestea, este evident că nu este întotdeauna cazul [6] . De exemplu, creierul lui I. S. Turgheniev a cântărit 2012 [7] [8] , iar creierul lui Anatole France - 1017 g [9] . Cel mai greu creier - 2850 g - a fost găsit la un individ care suferea de epilepsie și idioție [10] [11] . Creierul lui era defect funcțional. Prin urmare, nu există o relație directă între masa creierului și abilitățile mentale ale unui individ.
Cu toate acestea, în eșantioane mari, numeroase studii au găsit o corelație pozitivă între masa creierului și capacitatea mentală, precum și între masa anumitor regiuni ale creierului și diverși indicatori ai capacității cognitive [12] [13] . O serie de studii indică faptul că dimensiunea creierului, care depinde aproape în întregime de factori genetici, nu poate explica majoritatea diferențelor de IQ [14] [15] [16] . Ca argument, cercetătorii de la Universitatea din Amsterdam subliniază o diferență semnificativă a nivelului cultural între civilizațiile din Mesopotamia și Egiptul Antic și descendenții lor de astăzi în Irak și Egiptul modern [17] .
Gradul de dezvoltare a creierului poate fi evaluat, în special, prin raportul dintre masa măduvei spinării și creier. Deci, la pisici este 1:1, la câini - 1:3, la maimuțele inferioare - 1:16, la oameni - 1:50. La oamenii din paleoliticul superior , creierul era vizibil (10–12%) mai mare decât creierul unei persoane moderne [18] - 1:55–1:56.
Volumul creierului majorității oamenilor este în intervalul 1250-1600 de centimetri cubi și reprezintă 91-95% din capacitatea craniului. Există cinci secțiuni în creier: medulla oblongata ; posterioară , inclusiv puntea , cerebelul și epifiza ; mijloc ; intermediar; si proencefalul , reprezentat de emisferele cerebrale . Împreună cu împărțirea de mai sus în departamente, întregul creier este împărțit în trei părți mari:
Cortexul cerebral acoperă cele două emisfere ale creierului: dreapta și stânga.
Creierul, ca și măduva spinării, este acoperit cu trei membrane: moale, arahnoidă și tare.
Membrana moale, sau vasculară, a creierului ( lat. pia mater encephali ) este direct adiacentă substanței creierului, pătrunde în toate brazdele, acoperă toate circumvoluțiile. Este format din țesut conjunctiv lax, în care se ramifică numeroase vase, hrănind creierul. Procesele subțiri ale țesutului conjunctiv pleacă de la coroidă, care intră adânc în masa creierului.
Membrana arahnoidă a creierului ( lat. arachnoidea encephali ) este subțire, translucidă, nu are vase. Se potrivește perfect circumvoluțiilor creierului, dar nu intră în brazde, drept urmare se formează cisterne subarahnoidiene între membranele vasculare și arahnoidiene , umplute cu lichid cefalorahidian, datorită cărora arahnoidul este hrănit. Cea mai mare cisternă cerebeloasă-alungită, este situată în spatele celui de-al patrulea ventricul, deschiderea mediană a celui de-al patrulea ventricul se deschide în ea; cisterna fosei laterale se află în șanțul lateral al creierului; interpeduncular - între picioarele creierului; răscruce de cisterne - la locul chiasmei vizuale (răscruce).
Dura mater encephali ( lat. dura mater encephali ) este periostul pentru suprafața cerebrală internă a oaselor craniului. În acest înveliș, se observă cea mai mare concentrație de receptori pentru durere din corpul uman, în timp ce nu există receptori pentru durere în creier însuși (vezi Cefalee ).
Dura mater este construită din țesut conjunctiv dens, căptușit din interior cu celule umede plate, fuzionează strâns cu oasele craniului în regiunea bazei sale interioare. Între membranele dure și arahnoidiene se află spațiul subdural umplut cu lichid seros.
Medula oblongata ( lat. medulla oblongata ) se dezvoltă din a cincea veziculă cerebrală (în plus). Medula oblongata este o continuare a măduvei spinării cu segmentare afectată. Substanța cenușie a medulei oblongate este formată din nuclei individuali ai nervilor cranieni. Substanța albă este căile măduvei spinării și ale creierului care se extind în sus în trunchiul cerebral și de acolo către măduva spinării.
Pe suprafața anterioară a medulei oblongate conține fisura mediană anterioară, pe ale cărei părți se află fibre albe îngroșate numite piramide. Piramidele se îngustează datorită faptului că o parte din fibrele lor trece pe partea opusă, formând o răscruce a piramidelor care formează traseul piramidal lateral. Partea fibrelor albe care nu se încrucișează formează o cale piramidală dreaptă.
Podul ( lat. pons ) se află deasupra medulului oblongata. Aceasta este o rolă îngroșată cu fibre dispuse transversal. În centrul acesteia trece șanțul principal, în care se află artera principală a creierului. Pe ambele părți ale brazdei sunt vizibile elevații formate din căi piramidale. Puntea este formată dintr-un număr mare de fibre transversale care formează substanța sa albă - fibre nervoase. Între fibre există multe acumulări de substanță cenușie, care formează nucleele punții. Continuând spre cerebel, fibrele nervoase formează picioarele mijlocii.
Cerebelul (cerebelul latin ) se află pe suprafața posterioară a pontului și a medulului oblongata în fosa craniană posterioară. Este format din două emisfere și un vierme care leagă emisferele între ele. Masa cerebelului este de 120-150 g.
Cerebelul este separat de creier printr-o fisură orizontală, în care dura mater formează un cort cerebelos întins peste fosa posterioară a craniului. Fiecare emisferă a cerebelului este formată din substanță cenușie și albă.
Substanța cenușie a cerebelului este conținută deasupra albului sub forma unui cortex. Nucleii nervoși se află în interiorul emisferelor cerebeloase, a căror masă este reprezentată în principal de substanța albă. Cortexul emisferelor formează brazde paralele, între care există circumvoluții de aceeași formă. Brazdele împart fiecare emisferă a cerebelului în mai multe părți. Una dintre părți - o piesă adiacentă picioarelor mijlocii ale cerebelului, iese în evidență mai mult decât altele. Este cel mai vechi din punct de vedere filogenetic. Lamboul și nodul viermelui apar deja la vertebratele inferioare și sunt asociate cu funcționarea aparatului vestibular.
Cortexul emisferelor cerebeloase este format din două straturi de celule nervoase: cel exterior molecular și granular. Grosimea scoarței 1-2,5 mm.
Substanța cenușie a cerebelului se ramifică în alb (pe secțiunea mediană a cerebelului, puteți vedea ca o ramură a unui tuia veșnic verde), așa că este numită arborele vieții cerebelului.
Cerebelul este conectat la trunchiul cerebral prin trei perechi de picioare. Picioarele sunt reprezentate de mănunchiuri de fibre. Picioarele inferioare (caudale) ale cerebelului merg la medulla oblongata și sunt numite și corpuri de frânghie. Acestea includ tractul cefalorahidian posterior.
Picioarele mijlocii (punte) ale cerebelului sunt conectate la pont, în care fibrele transversale trec către neuronii cortexului cerebral. Prin picioarele mijlocii trece o cale de punte corticală, datorită căreia cortexul cerebral acționează asupra cerebelului.
Picioarele superioare ale cerebelului sub formă de fibre albe merg în direcția mezencefalului, unde sunt situate de-a lungul picioarelor mezencefalului și sunt aproape adiacente acestora. Pedunculii cerebelosi superiori (cranieni) constau în principal din fibre din nucleele săi și servesc ca principalele căi pentru conducerea impulsurilor către talamusul optic , hipotalamus și nucleii roșii.
Picioarele sunt situate în față, iar anvelopa este în spate. Între anvelopă și picioare se află apeductul mezencefalului (apeductul Sylvius). Conectează al patrulea ventricul de al treilea.
Funcția principală a cerebelului este coordonarea reflexă a mișcărilor și distribuția tonusului muscular.
Capacul mezencefalului ( lat. mezencephalon ) se află deasupra capacului său și acoperă apeductul mezencefalului de sus. Capacul conține o placă a anvelopei (quadremium). Cele două coline superioare sunt asociate cu funcția analizorului vizual, acționează ca centre de orientare a reflexelor la stimuli vizuali și, prin urmare, sunt numite vizuale. Cei doi tuberculi inferiori sunt auditivi, asociati cu reflexele de orientare la stimulii sonori. Coliculii superiori sunt legați de corpii geniculați laterali ai diencefalului prin intermediul mânerelor superioare, iar coliculii inferiori sunt legați prin mânerele inferioare de corpurile geniculate mediale.
Din placa anvelopei începe tractul spinal, care leagă creierul cu măduva spinării. Impulsurile eferente trec prin el ca răspuns la stimulii vizuali și auditivi.
Creierul este împărțit printr-o brazdă în două emisfere (Hemisphaerium cerebri): stânga și dreapta. Emisferele cerebrale includ: cortexul cerebral (pelerina) , ganglionii bazali , creierul olfactiv și ventriculii laterali . Emisferele creierului sunt separate printr-o fisură longitudinală, în adâncitura căreia este conținut corpul calos , care le conectează. Pe fiecare emisferă se disting următoarele suprafețe:
În fiecare emisferă există părți care ies cel mai mult: în față - polul frontal, în spate - polul occipital, în lateral - polul temporal. În plus, fiecare emisferă a creierului mare este împărțită în patru lobi mari: frontal, parietal, occipital și temporal. În adâncirea fosei laterale a creierului se află un mic lob - o insuliță. Emisfera este împărțită în lobi prin brazde. Cea mai adâncă dintre ele este laterală, sau laterală, mai este numită și brazdă silviană. Şanţul lateral separă lobul temporal de frontal şi parietal. De la marginea superioară a emisferelor, șanțul central sau șanțul lui Roland coboară în jos. Separă lobul frontal al creierului de parietal. Lobul occipital este separat de parietal numai de partea suprafeței mediale a emisferelor - șanțul parietal-occipital.
Emisferele cerebrale sunt acoperite cu substanță cenușie din exterior, formând cortexul cerebral sau mantie. Există 15 miliarde de celule în cortex, iar dacă luăm în considerare că fiecare dintre ele are de la 7 la 10 mii de conexiuni cu celulele învecinate, atunci putem concluziona că funcțiile cortexului sunt flexibile, stabile și de încredere. Suprafața cortexului crește semnificativ din cauza brazdelor și circumvoluțiilor. Cortexul filogenetic este cea mai mare structură a creierului, aria sa este de aproximativ 220 mii mm 2 .
Creierul unui bărbat adult este, în medie, cu 11–12% mai greu și cu 10% mai mare ca volum decât cel al unei femele [19] [20] , ceea ce corespunde diferenței de greutate corporală și dimensiune între sexe. Nu a fost găsită nicio diferență statistică între raportul corp-creier la bărbați și femei [21] [5] . Metodele de scanare tomografică au făcut posibilă înregistrarea experimentală a diferențelor în structura creierului femeilor și bărbaților [22] [23] . S-a stabilit că creierul masculin are mai multe conexiuni între zonele din emisfere, iar creierul feminin are mai multe conexiuni între emisfere. Aceste diferențe în structura creierului au fost cele mai pronunțate când se compară grupurile cu vârsta cuprinsă între 13,4 și 17 ani. Cu toate acestea, odată cu vârsta în creierul femeilor, numărul de conexiuni între zonele din cadrul emisferelor a crescut, ceea ce minimizează diferențele structurale distincte anterior între sexe [23] .
În același timp, în ciuda existenței unor diferențe în structura anatomică și morfologică a creierului femeilor și bărbaților, nu există semne sau combinații decisive ale acestora care să ne permită să vorbim despre un creier specific „masculin” sau specific „feminin”. [24] . Există caracteristici ale creierului care sunt mai frecvente în rândul femeilor și există cele care sunt observate mai des la bărbați, cu toate acestea, ambele se pot manifesta la sexul opus și practic nu există ansambluri stabile de astfel de semne.
Dezvoltarea care are loc înainte de naștere, dezvoltarea intrauterină a fătului. În perioada prenatală, există o dezvoltare fiziologică intensivă a creierului, a sistemelor sale senzoriale și efectoare.
Diferențierea sistemelor cortexului cerebral are loc treptat, ceea ce duce la maturarea neuniformă a structurilor individuale ale creierului.
La naștere, copilul a format practic formațiuni subcorticale și este aproape de stadiul final de maturizare a zonelor de proiecție ale creierului, în care se termină conexiunile nervoase care provin de la receptorii diferitelor organe de simț (sisteme de analiză) și își au originea căile motorii . 25] .
Aceste zone acționează ca un conglomerat al tuturor celor trei blocuri ale creierului . Dar printre acestea, structurile blocului de reglare a activității creierului (primul bloc al creierului) ating cel mai înalt nivel de maturizare. În al doilea (blocul de primire, procesare și stocare a informațiilor) și al treilea (blocul de programare, reglare și control al activității) blocuri, numai acele zone ale cortexului care aparțin lobilor primari, care primesc informațiile primite (al doilea bloc) şi formează impulsuri motorii ieşite, se dovedesc a fi cele mai mature.(blocul 3) [26] .
Alte zone ale cortexului cerebral nu ating un nivel suficient de maturitate până la nașterea copilului. Acest lucru este dovedit de dimensiunea redusă a celulelor incluse în ele, lățimea mică a straturilor lor superioare care îndeplinesc o funcție asociativă, dimensiunea relativ mică a zonei pe care o ocupă și mielinizarea insuficientă a elementelor lor.
La vârsta de doi până la cinci ani, are loc maturizarea câmpurilor secundare, asociative ale creierului, dintre care unele (zonele gnostice secundare ale sistemelor de analiză) sunt situate în al doilea și al treilea bloc (zona premotorie). Aceste structuri asigură procesele de percepție și execuția unei secvențe de acțiuni [25] .
Următoarele care se maturizează sunt câmpurile terțiare (asociative) ale creierului. Mai întâi se dezvoltă câmpul asociativ posterior - regiunea parietal-temporal-occipitală, apoi câmpul asociativ anterior - regiunea prefrontală.
Câmpurile terțiare ocupă cea mai înaltă poziție în ierarhia interacțiunii dintre diferitele zone ale creierului și aici se realizează cele mai complexe forme de procesare a informațiilor. Zona asociativă din spate oferă sinteza tuturor informațiilor multimodale primite într-o reflectare holistică supramodală a realității care înconjoară subiectul în ansamblul conexiunilor și relațiilor sale. Zona asociativă anterioară este responsabilă pentru reglarea voluntară a formelor complexe de activitate mentală, inclusiv selecția informațiilor necesare acestei activități, formarea programelor de activitate pe baza acesteia și controlul asupra cursului corect al acestora.
Astfel, fiecare dintre cele trei blocuri funcționale ale creierului atinge maturitatea deplină în momente diferite, iar maturizarea se desfășoară în succesiune de la primul până la al treilea bloc. Acesta este drumul de jos în sus - de la formațiunile subiacente la cele supraiacente, de la structurile subcorticale la câmpurile primare, de la câmpurile primare la cele asociative. Deteriorarea în timpul formării oricăruia dintre aceste niveluri poate duce la abateri în maturizarea următoarei din cauza lipsei efectelor stimulatoare de la nivelul afectat de bază [25] .
Din punctul de vedere al ciberneticii , creierul este o mașină analogică gigantică de învățare statistică, realizată din elemente ionice vii, fără o structură rigidă de conexiuni între elemente, cu un consum de energie de aproximativ 25 de wați. Estimările capacității de memorie cerebrală de către diverși autori variază de la 10 6 la 10 16 biți [27] [28] . Activitatea nervoasă superioară constă în lucrul cu imagini ale lumii exterioare printr-o metodă ierarhică în mai multe etape de procesare paralelă a informației [29] [30] . Memoria creierului este aranjată după un principiu special - informația memorată este în același timp adresa memorării în cortexul cerebral și nu se reține doar informațiile, ci și frecvența repetării acesteia. [28] Conexiunile neuronilor creierului formează o structură de rețea pe mai multe niveluri [31] .
Se fac primele încercări de a crea modele matematice ale creierului bazate pe teoria automatelor, rețelelor neuronale, logica matematică, cibernetica [32] [33] [34] .
Oamenii de știință americani au încercat să compare creierul uman cu un hard disk al unui computer și au calculat că memoria umană poate conține aproximativ 1 milion de gigaocteți (sau 1 petaoctet) (de exemplu, motorul de căutare Google procesează zilnic aproximativ 24 de petaocteți de date). Având în vedere că creierul uman consumă doar 25 de wați de energie pentru a procesa o cantitate atât de mare de informații, acesta poate fi numit cel mai eficient dispozitiv de calcul de pe Pământ [35] .
Una dintre cele mai importante proprietăți ale creierului este capacitatea sa de a construi modele, atât atunci când încearcă să descrie procese care au loc în natură, cât și pentru descrierea unor fenomene abstracte fictive, atât conștient, cât și inconștient [36] .
Creierul uman, fiind o rețea neuronală foarte mare, analizează constant semnalele organelor de simț și ale organelor interne ale corpului, informații acumulate anterior, construiește și corectează modele ale lumii înconjurătoare și face predicții pe baza acestor modele. Procesul de prognoză are loc atât în mod conștient, cât și fără participarea conștiinței, în mod constant, atât în stare de veghe, cât și în somn. O persoană acționează ghidată de aceste previziuni și efectuează acțiuni conștiente, și inconștient, inclusiv reflexiv. Într-o situație în care creierul a făcut o greșeală în analiză, o persoană poate vedea, auzi și (sau) simți ceva care nu există în realitate. În cazurile în care prognoza se dovedește a fi incorectă, o persoană poate întreprinde acțiuni la care nu se aștepta de la sine (nu a vrut să facă).
| Cerebru uman : creier anterior ( telencefal , cortex cerebral , emisferic , substanță cenușie ) | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
lobul frontal |
| ||||||||||||||
lobul parietal |
| ||||||||||||||
Lobul occipital |
| ||||||||||||||
lobul temporal |
| ||||||||||||||
| Brazde interlobare |
| ||||||||||||||
| gir boltit |
| ||||||||||||||
lobul insular |
| ||||||||||||||
| Alte | |||||||||||||||