Строение, функционирование и свойства центральной нервной системы человека

В начале ХХ века произошло стремительное развитие психологии и физиологии. В это время сформировались две науки: физиология высшей нервной деятельности и психофизиология. Представители первой науки изучали органические процессы, происходящие в мозге, которые связаны с управлением телесными реакциями и приобретением организмом нового опыта. Во второй науке ученые в основном исследовали анатомо-физиологические основы психики. Большой вклад в понимание взаимосвязи работы мозга и организма человека с психическими явлениями и поведением внес И.М. Сеченов. Дальнейшее развитие эти идеи получили в работах И.П.Павлова, открывшего явление условнорефлекторного научения. В наши дни современные психофизиологические теории объясняют научение и поведение в целом (Н.А.Бернштейн, К. Халл, П.К.Анохин), а также механизмы условнорефлекторного приобретения опыта (Е.Н.Соколов).

Вскоре после открытия условнорефлекторного научения были обнаружены и описаны пути приобретения живыми существами жизненного опыта: импритинг, оперантное обусловливание, викарное научение, которые существенно расширили и дополнили знания о механизмах научения, свойственные человеку.

Е.Н. Соколов и Ч.А. Измайлов описали концептуальную рефлекторную дугу. В блок-схеме этой дуги они выделили три взаимосвязанные, но относительно автономно действующие системы нейронов: афферентную (сенсорный анализатор), эффекторную (исполнительную – органы движения) и модулирующую (управляющую связями между афферентной и эффекторной системами). Схему работы концептуальной рефлекторной дуги можно представить себе следующим образом. На рецепторы – специфические аппараты органов чувств, поступают сигналы-стимулы. Рецепторы в свою очередь связаны с селективными детекторами – нейронами, избирательно реагирующими на те или иные стимулы. От детекторов сигналы далее поступают на командные нейроны. Уровень возбуждения командных нейронов регулируется работой модулирующих нейронов. Далее сигнал передается на мотонейроны, связанные с органами движения и другими эффекторами.

Развитие нейропсихологии и психофизиологии позволило изучать поведение, двигательную активность и другие проявления психики на нейронном уровне. Теория функциональной системы П.К. Анохина показывает взаимосвязь физиологических и психологических процессов и явлений.

Мозг обнаруживает генетическую детерминированность и изменчивость. Много научной информации о генетической детерминации поведения и психологии человека дал близнецовый метод (сравнивали психологию монозиготных и дизиготных близнецов). Этот метод использует психогенетика.

Электрофизиологические исследования мозга человека, проведенные в последнее время, позволили установить важный факт о наследуемости электроэнцефалограммы (ЭЭГ) человека, а также выделить типы ЭЭГ, коррелирующие с элементарными психическими и поведенческими явлениями.

Психика человека представляет собой сложную, целостную систему, основой которой является – нервная система.

Нервная система обеспечивает на физиологическом уровне функцию объединения (интеграции) внешних стимулов, факторов, внутреннего состояния человека и его практических действий. Она анатомически расположена, устроена так, чтобы иметь прямой доступ и выход на внутренние органы человека и на внешнюю среду. Нервная система состоит из двух разделов: центрального и периферического.

Центральная нервная система (ЦНС) состоит из переднего мозга, среднего мозга, заднего мозга и спинного мозга. В этих основных отделах ЦНС в свою очередь выделяются важнейшие структуры, имеющие прямое отношение к психическим процессам, состояниям и свойствам человека: таламус, гипоталамус, мост, мозжечок и продолговатый мозг.

Наружная зона полушарий головного мозга состоит из серого вещества, коры, организованной в слоистую структуру. Площадь поверхности коры головного мозга находится в пределах 1000-1200 см². Лишь около 1/3 находится на поверхности полушарий, остальное скрыто в глубине многочисленных борозд.

С высшими психическими функциями, с мышлением и сознанием человека связана работа коры головного мозга и подкорковых структур, входящих в передний мозг. Со всеми органами и тканями организма ЦНС связана через нервы, выходящие из головного мозга и спинного мозга. Они несут в себе информацию, поступающую в мозг из внешней среды, и проводят ее в обратном направлении к отдельным частям и органам тела. Нервные волокна, идущие в мозг с периферии, называются афферентными.Эфферентными называются нервные волокна, которые проводят импульсы от центра к периферии.

Центральная нервная система представляет собой скопление нервных клеток – нейронов. Они состоят из тела клетки, дендритов, древовидных отростков, отходящих от этого тела, и аксона, удлиненного отростка, соединяющего тела одних нейронов с телами или дендритами других нейронов. Часть аксонов покрыта специальной миелиновой оболочкой, которая способствует более быстрому проведению импульса по нерву. Воздействие раздражителя на рецепторы трансформируется нейронами в электрические процессы. Функциональная связь между нейронами осуществляется через синапс, место контактов аксона с дендритами или телом клетки других нейронов. Синапсы могут быть электрическими и химическими. В электрическом синапсе мембраны нервных клеток соприкасаются через специализированный субстрат, улучшающий проведение импульса. В химических синапсах передача сигналов происходит при помощи химического посредника – нейромедиатора. В синапсах обеспечивается избирательное проведение импульсов возбуждения в определенном направлении.

В большинстве своем нейроны являются специализированными, т.е. выполняют специфические функции в работе ЦНС, например, сенсорный нейрон проводит нервные импульсы от рецепторов к ЦНС, двигательный нейрон проводит нервные импульсы от ЦНС к органам движения, нейрон локальной сети проводит нервные импульсы от одного участка ЦНС к другому. Рядом с нейронами обычно находятся клетки глии, служащие обмену веществ в ЦНС, и выполняющие специальные обменные функции капилляры кровеносной системы.

Верхняя часть головного мозга образована большими полушариями, которые покрыты корой, состоящей из нейронов. Ниже полушарий в затылочной части находится мозжечок. К большим полушариям примыкает мозговой ствол (таламус - верхняя часть и гипоталамус - нижняя часть). Мозг покрыт тремя оболочками: твердой, паутинной, сосудистой. Ткань мозга состоит из серого (скопления нервных клеток) и белого (скопление главным образом отростков нервных клеток) вещества.

Мозг человека состоит из 10¹² нервных клеток. Обычная нервная клетка получает информацию от сотен и тысяч других клеток и передает ее сотням и тысячам. Аксоны проводят электрические разряды быстрее (со скоростью до 1,5 м/с) и дальше (до 1,5 м), чем дендриты.

По времени появления отделов коры головного мозга в филогенезе ее подразделяют на новую, старую и древнюю. Старая кора состоит из одного слоя, который полностью отделился от подкорки. Древняя кора имеет один слой нервных клеток, который полностью не отделен от подкорковых структур. Новая кора постепенно увеличивалась и заняла больше места, чем старая и древняя. Обнаружена многослойность нейронов в новой коре, которая кроме собственной сложной структуры имеет и достаточно развитые связи внутри себя и со всеми другими отделами мозга. На долю новой коры приходится 95,6% площади всей коры головного мозга, древняя кора занимает 0,6%, старая – 2,6%.

Кора головного мозга представляет собой верхний слой переднего мозга, образованный в основном вертикально ориентированными нейронами, их отростками-дендритами и пучками аксонов, идущих от этих клеток вниз, к нижерасположенным отделам мозга, а также аксонами, поступающими от нижележащих мозговых структур. Кору головного мозга разделяют на ряд областей: затылочная, теменная, лобная, височная. В кору головного мозга поступают импульсы, идущие от подкорковых структур и нервных образований ствола мозга. Афферентные импульсы поступают в кору головного мозга в основном через систему специфических ядер (скопления нервных клеток) таламуса, причем его волокна заканчиваются в первичных проекционных зонах.

Ученые обнаружили асимметрию функционирования больших полушарий мозга. Установлено, что функцией левого полушария является оперирование вербально-знаковой информацией в ее экспрессивной форме, а также чтение, письмо, счет, логическая память, словесно-логическое мышление, произвольная речевая регуляция психических процессов и состояний. Функция правого полушария - оперирование образами, ориентация в пространстве, различие музыкальных тонов, мелодий и невербальных звуков, распознавание сложных объектов (в частности, человеческих лиц), продуцирование сновидений. Основные различия между полушариями определяется особенностями используемого материала (вербальный и невербальный) и типом мышления. «Левополушарное» мышление является дискретным и аналитическим, поскольку с его помощью осуществляется ряд последовательных операций, обеспечивающих логически непротиворечивый анализ предметов и явлений по определенному числу признаков. «Правопушарное» (пространственно-образное) мышление является одновременным и синтетическим, поскольку создает возможность одномоментного «схватывания» многочисленных свойств объектов, что обеспечивает целостность восприятия и многозначность образов.

С двигательной памятью человека, и особенно со сложными формами автоматизированных движений, осуществляемых на подсознательном уровне, связана работа мозжечка. Таламическая область, как предполагают, нужна для первоначального кодирования некоторых видов информации, получаемой через органы чувств. Есть данные, что кора головного мозга связана с долговременной памятью. Анатомо-физиологической основой низших или простейших эмоций являются лимбические структуры ЦНС, а также процессы, происходящие в таламусе и гипоталамусе.

С точки зрения психологии, нельзя говорить о «локализации» отдельной психической функции в том или ином участке мозга. Психологические функции представляют собой функциональные системы, реализуемые совместной работой нескольких мозговых зон. А.Р. Лурия предложил выделить три анатомически относительно автономные блока головного мозга, обеспечивающие нормальное функционирование соответствующих групп психических явлений:

1) блок тонуса коры (энергетический блок мозга) - блок мозговых структур, поддерживающих определенный уровень его активности; источниками тонуса являются как приток информации из внешнего мира, так и импульсы из внутренней среды;

2) блок приема, переработки и хранения информации связан с познавательными психическими процессами, включает в свой состав аппараты, расположенные в задних и височных отделах коры головного мозга, имеет модально-специфический характер (зрительная, слуховая или тактильная информация). Каждая зона коры, входящая в состав этого блока, построена иерархически, включая три уровня: первичные зоны несут информацию раздробления (анализа) поступающей информации; вторичные зоны несут функцию объединения (синтеза) или сложной переработки доходящей до субъекта информации; третичные зоны служат для объединения информации, поступающей от отдельных анализаторов;

3) блок программирования, регуляции и контроля деятельности играет решающую роль в формировании намерений, программы действий и контроле деятельности человека. Он включает в себя передние отделы больших полушарий, ведущее место в нем занимают лобные отделы большого мозга. Этот блок также построен иерархически (первичные, вторичные и третичные отделы).

Спинной мозг и мозговой ствол осуществляют безусловнорефлекторные формы деятельности, кора больших полушарий - условнорефлекторные, прижизненные формы деятельности. Спинной мозг делится на четыре отдела: шейный, грудной, поясничный и крестцовый.

Периферическая специализированная часть анализатора, посредством которой только определенный вид энергии (механической, электромагнитной, химической и др.) преобразуется в энергию нервных импульсов – называется рецептором. Особенно много специализированных рецепторов в органах чувств: глаза, уши, внутренние полости носа, язык, на поверхность кожи. У человека голова является ведущей частью тела, наиболее сложной и насыщенной разнообразными рецепторами. Дистантные рецепторы, в отличие от других, способны воспринимать воздействия источников энергии, находящихся на некотором расстоянии от тела человека.

Характеризуя комплекс мозговых и других органических структур, участвующих в восприятии, переработке и хранении специфической информации, связанной с деятельностью отдельных органов чувств, И.П.Павлов ввел понятие анализатора. Это автономная органическая система, обеспечивающая переработку специфической сенсорной информации на всех уровнях ее прохождения через ЦНС. Основными органами чувств являются зрительный, слуховой, вкусовой, кожный и некоторые другие анализаторы. Каждый анализатор состоит из трех анатомически различных отделов, выполняющих специализированные функции в его работе: рецептор, нервные волокна и центральный отдел, в котором воспринимаются, перерабатываются соответствующие раздражители, хранится информация о них.

Вес мозга новорожденного составляет примерно 350 г. После рождения человека вес мозга увеличивается. По данным исследований, у современных европейцев он достигал максимальной величины к 25–летнему возрасту. Существует разница между весом мозга у мужчин и женщин. Было обнаружено, что вес мозга мужчины в Европе составляет - 1375 г., женщины – 1245 г. Между 25 и 50 годами масса мозга остается постоянной, а после 50 лет начинает постепенно уменьшаться. Это уменьшение составляет примерно 30 г на каждые последующие десять лет жизни человека.