Ученые создали самую подробную карту мозга человека. Отделы мозга и их функции: строение, особенности и описание

Где обитает мысль?
«ЗНАНИЕ - СИЛА» №5-6.2000.
Российские ученые доказали, что задние отделы обоих полушарий мозга отвечают за четкость выражения мысли, передние же отделы — за связь отдельных элементов мысли в единое целое. Таким образом, результаты исследований опровергают традиционные представления о роли различных отделов мозга в формировании высказывания.

Речевые зоны человеческого мозга
28.12.2000. www.pereplet.ru
Как известно, в человеческом мозге есть две основные речевые зоны (на самом деле их три, но что делает и зачем нужна третья - нигде не указывается). Обе расположены в левом полушарии. Первая - зона Вернике - расположена в основании левой височной доли - примерно на пол-пути от виска к затылку. Может чуть выше. Зона Вернике ответственна за восприятие чужой речи, её семантический (смысловой) анализ, а также за организацию "содержания" нашей собственной речи. Не за подбор конкретных слов, но, скорее, за формулировку идей, формирование основного замысла наших высказываний. Зона Вернике мыслит в масшатбах "фраз". Далее информация передаётся одновременно в зону Брока (вторичную речевую зону) и в глубину височной доли, где "хранится" наш словарный запас. Височная доля выдаёт в зону Брока подобранные слова, подходящие к заказанному смыслу, - уже в их фонетической структуре. Зона Брока, жонглируя словами, формирует предложения, организует грамматику и синтаксис - чтобы переправить уже готовый текст в ближайшую к ней артикуляционную моторную зону. И мы говорим.

Ученые установили, как мозг воспринимает время
27.02.2001. Reuters
Американские ученые определили участок головного мозга, в котором находятся биологические часы человека. Выяснилось, что за восприятие времени отвечают так называемые базальные ядра и теменная часть коры больших полушарий . Это открытие поможет в лечении нервных болезней, связанных с нарушением чувства времени и расстройством координации движений, сообщает Reuters.
Специалисты из медицинского колледжа Висконсина (Wisconsin) сканировали при подаче звуковых сигналов головной мозг 17 здоровых добровольцев. Испытуемым требовалось оценить интервал времени между двумя сигналами и определить разницу в высоте тона . Во время выполнения этих заданий обнаружена повышенная активность базальных ядер и правой теменной доли коры мозга.
Базальные ядра обеспечивают координацию движений, которая расстроена при болезни Паркинсона и хорее Гентингтона. При этих прогрессирующих заболеваниях также наблюдается нарушение чувства времени. Подобные расстройства выявляются и при синдроме минимальной мозговой дисфункции, характеризующемся дефицитом внимания, которым, по некоторым оценкам, страдает до 20 процентов детей школьного возраста.
Результаты исследования были опубликованы в свежем номере журнала Nature Neuroscience.

Серое вещество любит классику
25.06.2001. Yтро.Ru
Медики лондонской больницы Модсли исследовали связь вкуса и мозговой деятельности. Медики пришли к выводу, что любовь к классической музыке требует большей мозговой энергии.
Согласно их исследованию, пациенты, страдающие утратой ряда функций мозга, предпочитают поп-музыку. Чем больше в мозге серого вещества, тем больше вероятность, что человек отдаёт предпочтение классической музыке. Исследования продолжаются.

Карта мозга поможет в диагностике болезней
29.07.03 НТВ и РТР
Группа ученых из шести стран мира создала самый подробный компьютерный атлас сложнейшего человеческого органа - мозга. Достижение исследователей стало результатом их десятилетней работы. Для того чтобы составить «карту мозга», ученым потребовалось просканировать 7 тыс. психически здоровых людей в возрасте от 7 до 90 лет, среди которых было 300 пар близнецов.
В ходе исследований специалисты были поражены тем, что, помимо различия формы и размеров этого органа, каждый человеческий мозг отличается от другого и особенностями своей работы. Было установлено, что одинаковые функции организма (к примеру, речь) могут управляться у разных людей различными частями мозга.
Главным итогом исследования стало то, что новая компьютерная программа содержит сведения не только о структуре мозга, но и о принципах его функционирования. Электронная многомерная карта человеческого мозга уже стала эталоном для нейрохирургов и других специалистов, изучающих деятельность мозга.
В то же время, карта, являющаяся обобщенной картиной мозга, позволяет уже на ранних этапах определить предрасположенность человека к некоторым заболеваниям. Эксперименты показали, что за каждую из болезней несет ответственность определенный участок головного мозга. Сравнив снимок головного мозга пациента с трехмерным изображением атласа, теперь медики смогут безошибочно определить, каким психическим недугом страдает пациент. Речь идет о существенном упрощении диагностики даже таких сложных заболеваний, как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера.
Сейчас научный коллектив продолжает работать над детализацией карты. В последнее время к этой работе подключились многочисленные госпитали и больницы мира - ежедневно они направляют создателям карты новые данные, позволяющие улучшать и уточнять карту человеческого мозга.

Создан атлас для чтения мыслей
11.08.2003. RussianNY .
Международное объединение врачей-нейрохирургов и психиатров создало первый в истории медицины "атлас" человеческого мозга - пока еще не очень точный, но уже дающий возможность заглянуть в сознание любого из нас и в какой-то степени даже прочитать наши мысли, хотя и весьма приблизительно.
Как известно, в мозгу человека есть особые центры, отвечающие за ту или иную эмоцию, мыслительную или моторную деятельность . До сих пор врачи, лечившие людей с проблемами с психикой, при определении диагноза руководствовались своим опытом или данными редких экспериментов, в ходе которых врачи в буквальном смысле слова "нащупывали" специальными электродами определенные участки мозга, при этом определяя реакцию пациента.
Около десяти лет назад была организована международная группа ученых - психиатров и нейрохирургов, в задачи которой входило создание своего рода "атласа" активности тех или иных частей человеческого мозга . И вот программа дала первые результаты: в ходе "прощупывания" электрической активности мозга 7 тыс. подопытных обоих полов в возрасте от 20 до 40 лет (как здоровых людей, так и людей, страдающих болезнью Альцгеймера, аутизмом, шизофренией и др.), был создан "атлас" мозга человека.
Чисто теоретически, этот атлас предоставляет возможность "читать мысли" - определять (в будущем, возможно, и дистанционно), какие эмоции испытывает человек, и какие центры его мозга задействованы в конкретный момент.

Специалисты монреальского института неврологии вычерчивают карту мозга
Исследователи института неврологии (MNI ) и больницы города Монреаля изучают самый загадочный орган человека - его мозг.
Ученые всего мира, представляющие самые разнообразные отрасли знания - терапевты, психологи, нейрохирурги, физики и специалисты в области информатики, объединились под эгидой центра McConnell Brain Imaging Centre (BIC ) монреальского неврологического института для совершенствования знаний о мозге. Каждая из представленных дисциплин служит существенным источником информации о мозге и способна значительно расширить знания о нем, будь то в области хирургии мозга или основ формирования личности. Хотя эта группа объединяет очень непохожих специалистов, у них общий масштабный предмет исследований - загадочное серое вещество.

"Где еще можно встретить подобное разнообразие целей исследований? - подчеркнул д-р Колин Холмс, специалист отделения SGI Advanced Systems Marketing. - В лаборатории по созданию карты мозга специалист по компьютерным технологиям, занимающийся базами данных, трудится бок о бок с нейрохирургом, который каждый день проводит операции на мозге, специалистом по радиационной химии, работающим на циклотроне и психологом, изучающим феномены сознания. Слияние столь широких интересов уникально для исследований мозга. Этот таинственный орган отвечает за каждую функцию нашего организма, и поэтому мы должны приложить все свои знания, все мастерство, чтобы понять, как функционирует мозг здорового человека. Тогда мы сможем многое сделать, чтобы исправить возможные отклонения". Подобно древним мореплавателям, исследователи сегодняшнего дня один за другим закрывают белые пятна на карте человеческого мозга.

Начиная с 1984 года, для создания карты или модели мозга в BIC применяются такие технологии, как метод магнитного резонанса (MRI) позитронная эмиссионная томография (PET). Значение карты очень велико, так как она позволяет ученым определить, какие участки мозга отвечают за те или иные функции. Это помогает в лечении заболеваний или отклонений от нормы, а также открывает новые горизонты для понимания такого неуловимого предмета, как разум.

Разумеется, формирование карты мозга куда сложнее издания атласа автомобильных дорог. В распоряжении ученых должны быть все возможности высокопроизводительных вычислений - и здесь на помощь им приходит SGI. С 1986 года для анализа сложных данных, получаемых при изучении мозга, BIC применяет технологию Silicon Graphics. Обеспечение совместного использования основанных на технологии SGI средств визуализации и анализа имеет решающее значение в развертывании международного сотрудничества на базе BIC. А в числе участников этого проекта - Albert Einstein College медицинского университета Medicine of Yeshiva University , Institut fur Neuroanatomie университета Heinrich-Heine-Universitat, больница Massachusetts General Hospital штата Массачусетс и Гарвардский университет , центр Research Imaging Center в Health Sciences Center университета штата Техас и лаборатория UCLA Laboratory of Neuro Imaging , факультет Wellcome Department of Cognitive Neurology, лондонский University College , Fukui Medical School и другие исследовательские центры всего мира.

Маршрутами мысли, или как работает мозг?
Задача формирования структурной карты мозга может потребовать для своего решения всех ресурсов даже самого крупного вычислительного центра. При помощи процесса, известного как функциональная обработка изображений, за считанные секунды можно формировать наборы данных исключительно большого размера (от 1 до 3 Гбайт). Эти методы добавляют четвертое измерение в массивы трехмерных изображений, которые и без того отличаются чрезвычайной сложностью. Извлечение компьютерными средствами критически важных характеристик, таких как извилины мозга, может занять дни или даже недели только для одного исследуемого образца. Для того чтобы понять важные изменения в этих данных, хорошо проработанные карты мозга нормальных людей должны сопровождаться стандартными списками ссылок или атласами. С тем, чтобы увеличить эффективность этих методов, требуется еще большая вычислительная мощь, способная позволить исследователям модифицировать и расширять свои эксперименты, так чтобы получать результаты немедленно, пока не завершено сканирование мозга того или иного пациента.

Высокий объем требований к вычислительным возможностям, функциям визуализации и памяти приводит к тому, что небольшие исследовательские центры или независимые ученые оказываются не в состоянии проводить столь масштабные исследования самостоятельно. С тем, чтобы расширить доступ к необходимым ресурсам, BIC и его партнеры в научных кругах опираются на опыт SGI в области хранения, управления и манипуляции обширными архивами данных для создания вычислительных сред, которые могут совместно использовать участники международных исследований. Серверы SGI Origin 3800, архитектура SGI NUMA, семейство графических подсистем SGI InfiniteReality - вот ключевые технологии, на которые опираются усилия ученых всего мира, работающих над проблемами мозга.

"Создание карты мозга - работа, которая ставит сложнейшие вычислительные задачи, в том числе обработку огромных массивов данных и обеспечение абсолютного визуального реализма, - заявил д-р Элмос Елекес, директор Medical Industry Marketing. - SGI намерена и впредь прикладывать усилия для решения этих проблем и предоставлять все необходимые ресурсы ученым, проводящим эти актуальнейшие исследования". Таким образом, в то время как интернациональная группа исследователей BIC раскрывает все новые тайны мозга - вместилища нашего разума, SGI продолжает совершенствовать программные и аппаратные средства, необходимые для этой работы.

К тайнам мозга - строго по карте?
06.09.2003. Российская Газета
Завершено создание "путеводителя" для нейрохирургов и невропатологов. Над этой картой работали ученые из шести стран мира. Данные для нее получены во время сканирования семи тысяч человек.
В ходе исследований ученые обнаружили множество удивительных явлений: например, выяснилось, что одна и та же функция речи у разных людей может управляться различными областями мозга . В настоящее время научный коллектив продолжает работу - речь идет о детализации карты. С просьбой прокомментировать значение этой работы мы обратились к директору Института мозга человека Российской академии наук Святославу МЕДВЕДЕВУ:
- Мозг состоит из большого количества отдельных образований . Для ученого очень важно знать, в каком образовании происходят некоторые процессы, какая структура мозга отвечает за определенную функцию.
Все существующие анатомические атласы делаются таким образом: берется мозг одного человека, режется послойно с интервалом, скажем, полсантиметра или три миллиметра, и рисуется его схема. Потом берется мозг другого человека, режется перпендикулярно первому срезу, и получается другая схема. Такая процедура повторяется три раза.
Но даже если попытаться внести соответствия между различными срезами, то "единого мозга" все равно не сделать. Есть и еще одна трудность: в мозге некоторых людей существуют определенные образования, но у других людей они могут отсутствовать. Поэтому стандартный атлас мозга не имеет очень четкой корреляции с тем, что мы видим у конкретного человека .
Электронный атлас мозга по замыслу тех, кто над этим работает, позволяет идти дальше - в частности, определять вероятность того, что данная точка с такими-то координатами соответствует определенной структуре.
Это вещь интересная, но абсолютно рутинная. Месяц назад я был в Нью-Йорке на ежегодной конференции "Brain Mapping" ("Конструирование карты мозга"), и там о ней специально не говорилось. Исходя из чего я могу утверждать, что появившееся сообщение почти наверняка не сенсация.

Строения и функции головного мозга человека (инфографика, видео)

Головной мозг является основным органом центральной нервной системы человека, он регулирует все процессы жизнедеятельности человека. Находится мозг в полости черепа, где он надежно защищен от внешних негативных воздействий и механических повреждений. В процессе своего развития мозг приобретает форму черепа. По внешнему виду напоминает желтоватую студенистую массу, так как в составе мозговой ткани имеется большое количество специфических липидов.

Головной мозг всегда был и остается необычайной загадкой для ученых, которую они пытаются разгадать уже тысячи лет и, наверное, еще столько же будут это делать. Это совершенный механизм, созданный природой, который позволяет человеку именоваться как homo sapiens, или человек разумный. Наш мозг – это труд миллионов лет эволюции.

Общие сведения о головном мозге

Головной мозг состоит из более чем 100 миллиардов нервных клеток. В структуре органа анатомически различают большой мозг, который состоит из правого и левого полушария, мозжечок и ствол мозга. Покрыт мозг 3 оболочками и занимает до 95% емкости черепной коробки.

Инфографика: строение мозга человека

Масса мозговой ткани у здоровых людей различная и в среднем находится в пределах 1100-1800 грамм. Никакой связи между способностями человека и весом головного мозга не установлено. У женщин, как правило, центральный орган НС весит на 200 грамм меньше, нежели у мужчин.

Головной мозг покрыт серым веществом – основным функциональным шаром, где находятся тела практически всех нейронов, которые и образуют кору головного мозга. Внутри находится белое вещество, которое состоит из отростков нейронов и являет собой проводящие пути, по которым информация попадает в кору для анализа и вслед за этим команды передаются вниз.

Не только в коре головного мозга находятся центры управления, которые называют экранными, они присутствуют и в глубине мозга, окруженные белым веществом. Такие центры называют ядерными или подкорковыми (скопления тел нервных клеток в виде ядер).

Внутри мозга находится полая система, которая состоит из 4 желудочков и нескольких проток. Она соединяется с каналом спинного мозга. Внутри этой системы циркулирует ликвор, или спинномозговая жидкость, которая выполняет защитную функцию.

Видео: Головной мозг – строение и функции

Функции головного мозга

Головной мозг имеет очень сложное строение, что соответствует и выполняемым функциям. Очень трудно перечислить их, так как сюда входит вся сфера деятельности человеческого организма. Остановимся на базовых функциях жизнедеятельности:

1. Двигательная активность . Все движения организма связаны с деятельностью участка коры мозга, которые находится в теменной доли в центральной передней извилине. Деятельность всех групп скелетных мышц находится под руководством этой части мозга.
2. Чувствительность. За эту функцию отвечает центральная задняя извилина в теменной доли коры мозга. Помимо кожной чувствительности (тактильная, болевая, температурная, барорецепторная), здесь находится и центр проприоцептивной чувствительности, который контролирует ощущение положения тела и его отдельных частей в пространстве.
3. Слух . Участок мозга, который отвечает за слух, находится в височных долях коры.
4. Зрение. Зрительный цент локализируется в затылочной оболасти коры.
5. Вкус и обоняние . Центр, который отвечает за эти функции можно найти на границе лобной и височной доли, в шлубине извилин.
6. Речь человека , как моторная функция, так и сенсорная (произношение слов и их понимание) находятся в центрах Брока и Вернике больших полушарий.
7. В продолговатом мозговом отделе находятся всеважные для жизни центры – дыхания, сердцебиения, регуляции просвета сосудов, пищевых рефлексов, например, глотания, всех защитного характера рефлексов (кашель, чиханье, рвотные движения, слезотечение и пр.), регуляции состояния гладких мышечных волокон внутренних органов.
8. Задний отдел органа регулирует поддержку равновесия и координацию двигательной активности, кроме того, там проходит множество путей, которые несут информацию в высшие и нижние центры мозга.
9. Средний мозг содержит подкорковые центры, которые регулируют зрительные, слуховые и двигательные функции на нижнем уровне.
10. Промежуточный мозг : таламус регулирует все виды чувствительности, а гипоталамус преображает нервные сигналы в эндокринные (центральный орган эндокринной системы человека), а также регулирует деятельность вегетативной нервной системы.

Это основные центры головного мозга, которые обеспечивают человеку жизнь, но существует масса других, например, центр письма, счета, музыкальный, центры характера человека, раздражительности, различие цветов, аппетита и пр.

Основные функциональные центры мозга

Оболочки мозга

Мозговая ткань заключена и защищена 3 оболочками, которые выступают непосредственным продолжением спинномозговых оболочек:

1. Мягкая – прилегает непосредственно с мозговому веществу, богата кровеносными сосудами. Эта оболочка повторяет все изгибы мозга, заходит глубоко в его борозды. Именно кровеносные капилляры данной оболочки продуцируют сосудистые сплетения мозговых желудочков, которые синтезируют ликвор.
2. Паутинная – образует пространство между первой оболочкой и собой. Она не проникает вглубь нервной ткани, а обеспечивает место для циркуляции ликвора, который препятствует проникновению в ЦНС патогенов (исполняет роль лимфы).
3. Твердая – непосредственно соприкасается с костной тканью черепа и выполняет защитную роль. От твердой мозговой оболочки отходят большие отростки, которые стабилизирует мозговое вещество внутри черепа, препятствует его смещению при травмах, а также отделяет различные анатомические участки мозга друг от друга.

Видео: Тайны мозга

Анатомические части головного мозга

Различают 5 отдельных анатомических части головного мозга, которые сформировались филоонтогенетически по разному. Начнем с самых старых частей, постепенно двигаясь к молодым участкам мозга.

Продолговатый мозг

Это самая древняя часть мозга, которая является продолжением спинного. Серое вещество здесь представлено в виде ядер черепно-мозговых нервов, а белое формирует проводящие пути вверх и вниз.

Здесь находятся важные подкорковые центры координации движений, регуляции метаболизма, равновесия, дыхания, кровообращения, защитных безусловных рефлексов.

Задняя часть мозга

Включает мост и мозжечок. Мозжечок называют еще маленьким мозгом. Он находится в задней черепной ямке и весит 120-140 грамм. Имеет 2 полушария, которые соединены между собой при помощи червя. Мост выглядит как толстый белый валик.

Задний мозг регулирует равновесие и координацию человека. Также там проходит большое количество нервных путей, которые несут информацию в высшие и нижние центры.

Средняя часть мозга

Состоит из 2 верхних (зрительных) бугорков и 2 нижних (слуховых). Здесь находится центр, который отвечает за рефлекс поворота головы в сторону шума.

Отделы головного мозга

Промежуточная часть

В него входит таламус, который выполняет роль своеобразного посредника. Все сигналы к полушариям мозга проходят только через пути таламуса. Также таламус отвечает за адаптацию организма и все виды чувствительности.

Гипоталамус представляет собой подкорковый центр, который регулирует деятельность вегетативной нервной системы, следовательно, всех внутренних органов. Он отвечает за потоотделение, терморегуляцию, просвет и тонус сосудов, частоту дыхания, сердцебиения, кишечную перистальтику, образование травных ферментов и пр. Также этот участок мозга отвечает за сон и бодрствование организма, пищевое поведение и аппетит.

Помимо этого, он является центральным органом эндокринной системы, где нервные импульсы коры головного мозга преображаются в гуморальный ответ. Гипоталамус регулирует работу гипофиза путем выработки релизинг-факторов.

Конечный (полушария мозга)

Это правое и левое полушария, которые объединяются в одно целое мозолистым телом. Конечный мозг является самой последней в эволюционном плане частью мозгового вещества у человека и занимает до 80% всей массы органа.

Поверхность имеет большое количество извилин и борозд, которые покрыты корой, где и находятся все высшие центры регуляции деятельности организма.

Полушария разделены на доли – лобную, теменную, височную и затылочную. Правое полушарие отвечает за левую часть тела, а левое наоборот. Но существуют центры, которые локализируются только в одной части и не дублируются. Как правило, у правшей они находятся в левом полушарии, а у левшей наоборот.

Кора головного мозга

Строение коры очень сложное и представляет собой многоуровневую систему. Причем не на всех участках строение одинаковое. В некоторых различают только 3 слоя клеток (старая кора), а в некоторых все 6 (новая кора). Если кору расправить, то ее площадь составит примерно 220 тысяч миллиметров квадратных.

Вся кора головного мозга функционально разделена на отдельные поля или центры (поля по Бродману), которые отвечают за ту или иную функцию в организме. Это своего рода карта того, что умеет человек, и где эти навыки спрятаны в мозгу.

Локализация функций организма в коре головного мозга

Несмотря на удивительные способности (интеллектуальные и экстрасенсорные) некоторых людей, мозг человека работает далеко не на все 100%, а только на 5-7%. Благодаря этому мозговая ткань обладает неограниченными резервными способностями, что позволяет восстанавливать нормальную функцию даже после обширных инсультов. Это также создает целое направление для научных исследований, которые стремиться заставить работать человеческий мозг на всю свою мощность. Интересно, что тогда будет под силу человеку?

Другие материалы категории:

Прогнозы и предсказания ученого на мир будущего до 2099 года

Кухонный Робот-ложка Obi (фото, видео, цена)

Все извилины и борозды человеческого мозга давно поименованы и описаны. В нейроанатомических атласах одинаковое серое вещество коры больших полушарий раскрашено в разные цвета. Этой цветной карте уже более ста лет. А сама идея, что психические функции локализованы в разных местах на поверхности коры мозга человека, возникла и вовсе на рубеже XVIII и XIX веков. Немецкий врач Франц Галль (1758–1828) создал так называемые френологические карты мозга, где разместил свойства психики, которые назвал «способностями души». С точки зрения современной науки поразительные карты Галля - плод умозаключений, основанных не на экспериментальных данных, а только на собственных наблюдениях. Однако над реализацией его идеи учёные бьются в течение двух столетий.

В конце XIX века немецкие физиологи нашли в коре мозга собак и кошек зону, электрическая стимуляция которой вызывала непроизвольное сокращение мышц противоположной стороны тела. Им удалось точно определить, в каких участках этой зоны представлены разные группы мышц. Позднее эту зону (её назвали моторной) описали и в человеческом мозгу, она находится спереди от центральной (роландовой) борозды, наиболее глубоко разделяющей кору полушарий в поперечном направлении. Здесь последовательно расположены представительства мышц гортани, рта, лица, руки, туловища, ноги, причём площадь участков коры вовсе не соответствует размеру частей тела. Канадский невролог Уайлдер Грейвс Пенфилд и Е. Болдри, сопоставив то и другое, нарисовали в этом месте забавного человечка - гомункулуса. У него огромный язык, губы, большие пальцы на руках, а ручки-ножки и туловище совсем маленькие. Симметричный гомункулус живёт и позади центральной борозды, только он не моторный, а сенсорный. Участки этой зоны коры мозга связаны с кожной чувствительностью различных частей тела. Моторная и сенсорная зоны тесно взаимодействуют между собой, так что обычно их рассматривают как единую сенсомоторную кору. Позднее выяснилось, что всё устроено немного сложнее: физиологи нашли ещё одно полное двигательное представительство тела меньшего размера, отвечающее за поддержание позы и некоторые другие сложные медленные движения.

Своё полномочное представительство в коре больших полушарий имеют и все органы чувств. Например, в затылочной области мозга человека находится зрительная кора, в височной доле - слуховая, обонятельное же представительство разбросано по нескольким частям мозга. В коре есть и так называемые ассоциативные поля, где происходят анализ и синтез информации, поступающей из первичных полей органов чувств. Ассоциативные поля наиболее сильно развиты у человека, особенно те из них, которые расположены в лобной доле, с ними физиологи связывают высшие проявления психики - мышление, интеллект. Ещё в середине XIX века французский учёный Поль Брока и немецкий психиатр Карл Вернике обнаружили в левом полушарии мозга человека две области, которые имеют отношение к речи При повреждении зоны Брока - в задней трети нижней лобной извилины, у больного нарушается речь, если же затронута зона Вернике - в задней трети верхней височной извилины, больной может говорить, но его речь становится бессодержательной.

Так что на сегодня физиологам немало известно о строении и функциях мозга. Но чём больше они узнают, тем больше загадок остаётся. И никто из современных исследователей не может утверждать, что знает, как работает мозг. Существующие на сегодня карты мозга по степени информативности, вероятно, можно сравнить с географическими картами средних веков, когда очертания материков лишь отдалённо напоминали реально существующие, а белые пятна по площади превышали всё остальное. «И самое главное, зная приблизительно географию, мы не имеем представления, что происходит в разных «странах». Чем они занимаются, как живут«, - комментирует директор Института мозга человека РАН член-корреспондент РАН Святослав Всеволодович Медведев.

Задача убрать белые пятна с карты мозга и увеличить её разрешение гораздо более сложна, чем заполнение белых пятен в географии. Особенно если речь идёт о человеческом мозге и высших проявлениях человеческой психики. Возможно ли действительно спроецировать на поверхность мозга человеческие чувства, напряжение мысли, муки творчества? Можно ли будет когда-нибудь сказать: эта зона отвечает за принятие решения, эта группа клеток - за чувство прекрасного, вот здесь гнездится зависть, а тут начинается зона любви?

«Правильнее говорить не о картировании мозга, а о картировании мозговых функций, - объясняет С.В. Медведев. - Задача состоит в том, чтобы определить, где расположены нейроны, которые принимают участие в решении той или иной задачи, и понять, как эти части мозга взаимодействуют между собой. Наконец, сверхзадача для нейрофизиолога - цель, от которой мы пока ещё очень далеки, - соотнести происходящие в мозгу события с тем, что человек думает, расшифровать коды высшей нервной деятельности».

Мозг говорит на электрическом языке

Первые данные о локализации высших мозговых функций были получены в эпоху «клинико-анатомических сопоставлений», то есть наблюдений за больными, у которых были повреждены какие-то участки мозга. Затем, в конце 20-х годов прошлого века, наступила эпоха господства электрофизиологических исследований. Физиологи научились регистрировать электрическую активность мозга - электроэнцефалограмму (ЭЭГ) человека через электроды, наложенные на кожу головы (впервые это сделал австрийский психиатр Ганс Бергер в 1929 году). Этот метод стал основным в изучении работы мозга и его заболеваний - первые электрофизиологи верили, что при помощи ЭЭГ можно познать всё. Действительно, ЭЭГ отражает разнообразные процессы, происходящие в мозгу, но сложность в том, что она регистрирует суммарную электрическую активность, суммирует и усредняет работу огромного количества нервных клеток - нейронов. И в этом состоит её методическое ограничение.

Затем появились другие способы изучения электрической активности мозга, например метод вызванных потенциалов - это электрические волны, возникающие в тех или иных областях коры мозга в ответ на специфическую стимуляцию. В зрительной коре они появляются на вспышку света, в слуховой - на звук и т. д. Этот метод много дал для изучения локализации функций в зонах коры больших полушарий, и с его помощью мозговая карта была существенно уточнена. Но и у него есть ограничения, прежде всего при изучении мозга человека.

С развитием микроэлектродной техники стало возможным регистрировать электрические разряды отдельных нейронов. В основном это делается, естественно, в экспериментах на лабораторных животных. Прорыв в исследованиях мозга человека появился тогда, когда возникла возможность регистрировать электрическую активность человеческих нейронов непосредственно из мозга с помощью имплантированных подкорковых электродов. Этот метод в начале 60-х стала применять академик Наталья Петровна Бехтерева. Тонкие электроды вводили в мозг пациента в лечебных целях - с их помощью можно было прицельно воздействовать на участки мозга. Но коль скоро в мозг пациента вживлён электрод, то надо использовать эту возможность и получить от него максимум информации. Такой электрод регистрирует активность окружающих нейронов, и это уже совсем другой уровень разрешения, чем можно получить с электрода, расположенного на поверхности головы.

Нейроны «грамотные» и «креативные»

С помощью имплантированных подкорковых электродов физиологам из Института мозга человека РАН удалось узнать много нового о том, как мозг справляется с речью. Как уже упоминалось, области Брока и Вернике, имеющие отношение к речи, были известны давно. «Правильнее ограничиться определением «имеющие отношение к речи», а не употреблять выражение «зона речи», - подчеркивает С.В. Медведев. - Помните анекдот про таракана, у которого, оказывается, «уши на ногах»? Нужно осознавать, что и зоны Брока и Вернике, возможно, не центр речи, а некий интерфейс».

В совершенно другом месте коры мозга исследователи нашли детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Группа нейронов усиливает свою электрическую активность, если фраза, которую слышит испытуемый, грамматически правильная, и ослабляет её, когда она грамматически неправильна. Если испытуемому предложить фразы «голубая лента» и «голубой лента», эти «грамотные» нейроны сразу заметят разницу. Другая группа нейронов различает слова родного языка, слова, похожие на них фонетически, и иностранные слова. «Это означает, что нейронная популяция практически мгновенно анализирует фонетическую структуру слова и относит её к типам: «понимаю», «не понимаю, но что-то знакомое» и «совсем не понимаю», - говорит С.В. Медведев. В связи с этим возникает вопрос, одинаково или по-разному работают эти нейроны у людей, одарённых врождённой грамотностью, и у тех, у кого с этим проблемы. Скорее всего, отличия есть, но, для того чтобы дать точный ответ, нужно набрать достаточно много испытуемых.

«Мы нашли группы нейронов, различающих конкретные и абстрактные слова, нейроны, которые, по-видимому, отвечают за счёт, - рассказывает дальше Святослав Всеволодович. - Мы выявили области мозга, которые связаны с обобщением, с принятием решения. Для всех систем нейронов характерна полифункциональность: это означает, что в разных функциях могут участвовать одни и те же клетки. Специализация нейронов относительна - в зависимости от ситуации они могут принимать на себя разные обязанности. Например, когда погибает капитан корабля, на его место становится штурман или кто-то другой. Поэтому мозг - очень гибкая система». Свойство взаимозаменяемости нейроны со временем теряют и приобретают большую специализацию. Маленький ребёнок не может одновременно идти и разговаривать, если его окликнуть, он споткнётся и упадёт. Дело в том, что у него вся кора занята либо одним, либо другим. Школьник не должен отвлекаться на уроке, иначе он не усвоит материал. Со временем происходит всё большее и большее разделение мозговых территорий, поэтому взрослый человек может одновременно вести машину и поддерживать беседу, разговаривать по телефону и просматривать документы и т. д.

Н.П. Бехтерева и её сотрудники нашли в мозге нейроны, которые работают как детектор ошибок. Какова их роль? Они реагируют на любое нарушение стереотипной последовательности действий. «Вы уходите из дома и на улице чувствуете: «Что-то не так…» - объясняет С.В. Медведев. - Так и есть - забыли выключить свет в ванной». Нейроны-детекторы ошибок расположены в разных частях мозга - в теменной коре правого полушария, в роландовой борозде, в верхнетеменной и теменно-височной областях коры, в поясной извилине.

Но и метод имплантированных электродов имеет ограничения. Электроды, само собой разумеется, вживлены не везде, где этого бы хотелось физиологам, а только там, где нужно по клиническим показаниям. Не значит ли это, что мы ищем там, где светлее, а не там, где потеряли?

Сканер для мозга работает на позитронах

Традиционно используемый в медицине рентген для получения картины мозга - не лучший метод. Совсем другие возможности возникли с появлением магниторезонансной томографии (МРТ). В Институте мозга человека РАН активно используется метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). И тот и другой метод даёт изображение мозга. В чём разница между ними?

МРТ основана на свойствах некоторых атомных ядер, прежде всего ядер атомов водорода, при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном диапазоне и излучать её после прекращения воздействия радиочастотного сигнала. В зависимости от «окружения», то есть от свойств биологической ткани, в которой находятся эти ядра, меняется интенсивность их излучения. Поэтому удаётся видеть изображения различных структур мозга. Суть же метода ПЭТ - в слежении за исчезающе малыми количествами вещества, помеченного радиоактивным ультракороткоживущим (период полураспада - минуты) изотопом. Изотоп излучает позитроны, которые аннигилируют с электронами, испуская два гамма-кванта, и разлетаются в противоположные стороны. Если зарегистрировать детектором эти гамма-кванты, то можно определить местонахождение атомов меченого вещества. Вещество выбирают такое, чтобы его концентрация отражала активность клеток мозга. Например, если где-то увеличивается концентрация глюкозы с радиоактивной меткой, это значит, что нейроны активно её потребляют, а следовательно, активно работают. Если в это время испытуемый выполняет какое-либо задание, то мы видим, какие области мозга участвуют в его выполнении. Метод ПЭТ позволяет применять короткоживущие изотопы (О, N, С, F), не очень вредные для пациента.

С помощью ПЭТ можно также наблюдать изменение мозгового кровотока при том или ином поведении. При активации какой-либо области мозга кровь активно к ней приливает. Если ввести в вену меченную радиоактивным кислородом воду, она поступает в сосуды мозга, и её можно зарегистрировать. Туда, где оказывается больше меченого кислорода, поступает больше крови, значит, именно там усиливается активность.

От грамматических форпостов к лабиринтам творчества

С помощью ПЭТ исследователи продолжили изучение человеческой речи уже на целом мозге. Они увидели, где происходит обработка речевой информации: отдельных слов, смысла текста, где происходит его запоминание. Они показали, что медиальная экстрастриарная кора вовлечена в обработку орфографической структуры слов, значительная часть левой верхневисочной коры (зона Вернике), вероятно, участвует в семантическом анализе. Порядок слов анализируется передней частью верхневисочной коры. Когда человеку показывают связный текст, даже не предлагая его читать (нужно было просто считать количество появлений какой-либо буквы), мозговой кровоток усиливается, а значит, мозг вовлекается в лингвистическую работу. (Если предъявлять слова, перемешанные в случайном порядке, мозг так не реагирует.)

Даже «божественный» процесс творчества оказался подвластен расшифровке, по крайней мере, физиологи в лаборатории Н.П. Бехтеревой к этому приблизились. Человеку предлагают некое творческое задание, например составить рассказ из набора слов, и в реальном времени видят, какие области мозга начинают активно работать. Оказалось, творческая деятельность сопровождается главным образом изменением связей между разными зонами мозга. Больше всего новых связей появляется у левой передневисочной зоны с передними зонами коры, а с задними, наоборот, связь ослабляется. Теряются связи теменных и затылочных структур между собой. И всё это происходит именно при выполнении творческого задания, если же задача лишена творческих элементов, таких изменений нет. Локальный мозговой кровоток при выполнении более творческого задания по сравнению с менее творческим усиливается в правой префронтальной коре. Отсюда учёные делают вывод, что именно эта область непосредственно связана с «креативностью».

Интересует исследователей и феномен непроизвольного внимания: например, человек ведёт машину, слушает радио, беседует и вдруг мгновенно реагирует на стук мотора, говорящий о том, что с двигателем что-то не в порядке. В двух лабораториях с помощью двух разных методов: С.В. Медведев методом ПЭТ и Ю.Д. Кропотов методом имплантированных электродов, обнаружили одни и те же зоны, где в такие моменты происходит активация, - в височной и в лобной коре. Активация возникает в ответ на рассогласование ожидаемого и реального стимулов, например когда звук от мотора не такой, каким должен быть. Другой феномен - селективное внимание, помогающее человеку в сплошном гуле голосов на коктейль-приёме следить за речью одного собеседника, того, который ему интересен. По-видимому, за фокусировку пространственного внимания в этом случае отвечает префронтальная кора. Она настраивает либо правую, либо левую слуховую кору, в зависимости от того, в какое ухо подаётся важная информация.

Говоря о картировании мозга, важно понимать, что мозг, строго говоря, не поделен на чётко разграниченные участки, каждый из которых отвечает только за свою функцию. Всё гораздо сложнее, поскольку в процессе выполнения любой функции нейроны разных областей взаимодействуют между собой, составляя нейронную сеть. Исследование того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура в систему и целостный мозг, - задача будущего.

«ПЭТ - мощный инструмент для изучения практически любой функции, но его одного недостаточно, - говорит С.В. Медведев. - Задача ПЭТ - ответить на вопрос «где?«, а чтобы ответить на вопрос «что происходит?», следует сочетать ПЭТ с электрофизиологическими методами. Совместно с британскими физиологами мы создали систему для параллельного анализа ПЭТ и ЭЭГ, которые дополняют друг друга. Вероятно, именно за таким подходом - будущее».

Год назад (статья опубликована в 2004 г. - П. З. ) группа учёных из шести стран мира объявила о создании трёхмерной компьютерной карты человеческого мозга, по которой можно определить предрасположенность человека к некоторым заболеваниям. Создатели карты полагают, что уже могут связать те или иные болезни, например болезнь Альцгеймера или аутизм, с разными участками коры мозга. Сейчас они заняты уточнением деталей своего изобретения.

Вторая ипостась гена

В начале 50-х годов прошлого века возникла идея, что память не может ограничиваться только электрическими процессами - для долговременного хранения информации в мозгу она должна быть законсервирована в химическом виде. Хотя в ту пору существовали ещё весьма общие представления о геноме клетки, появилась мысль, что он не только хранит наследственную информацию, но и участвует в хранении информации, приобретённой в течение жизни.

Чтобы это проверить, нужно было посмотреть, вызывает ли обучение синтез нуклеиновых кислот и белков в мозге. После того как стал известен принцип работы генома - ДНК → РНК → белок, эксперименты стали более целенаправленными. И вот что выяснилось. Сразу после того, как животных обучали какому-либо навыку, в их мозге усиливается синтез РНК. (Для того чтобы это обнаружить, им вводили вещества-предшественники РНК с радиоактивной меткой). Это происходило и с мышами, которых обучали избегать электрического тока в ответ на звуковой сигнал, и с цыплятами, у которых вырабатывали запечатление на объект, и с золотыми рыбками, которых обучали плавать с прикреплённым к брюшку плотиком. А если синтез РНК затормозить, то животные совершают много ошибок или вообще не способны усвоить навык.

В это же время в мозгу синтезируются и новые белки - это также удалось определить по включению радиоактивных изотопов. Блокаторы синтеза белка нарушают долговременную память, не затрагивая память краткосрочную. Из этого становится понятно, как работают гены: при обучении на матрице ДНК синтезируется РНК, которая, в свою очередь, порождает новые белки. Эти белки вступают в действие через несколько часов после приобретения информации, и они-то обеспечивают её хранение. А инициаторы всех этих событий - электрические процессы, происходящие на мембране нервной клетки.

Группа исследователей из отдела системогенеза Института нормальной физиологии РАМН под руководством доктора медицинских наук члена-корреспондента РАМН К.В. Анохина поставила перед собой задачу найти такие методы исследования, которые бы позволяли одновременно исследовать активность нервных клеток во всём мозгу в связи с каким-либо поведением или познавательной (когнитивной) деятельностью. «Начиная работу, мы были убеждены, что информация от синапсов передаётся на другой, более глубокий уровень - проникает в ядро клетки и каким-то образом изменяет работу генов, - говорит Константин Владимирович - Осталось найти эти гены».

Надо сказать, что в клетках мозга работает несметное множество генов - у человека половина из всех изученных генов экспрессируется только там. Задача была в том, чтобы из всего их множества найти ключевые, участвующие в сохранении новой информации. Поиск увенчался успехом в середине 1980-х годов, когда К.В. Анохин и его коллеги обратили внимание на так называемые «непосредственные ранние гены». Такое название они получили за способность первыми откликаться на внеклеточные стимулы. Роль же «ранних» генов заключается в том, чтобы «разбудить» другие - поздние гены. Их продукты - регуляторные белки - транскрипционные факторы, воздействуют на участки молекулы ДНК и запускают процесс транскрипции - переписывания информации с ДНК на РНК. В конце концов «поздние» гены синтезируют свои белки, которые вызывают в клетке необходимые изменения, например образуют новые связи нейрона.

Самый любознательный ген

Из всей группы «ранних» генов исследователей более всего заинтересовал ген c-fos К.В. Анохин и его коллеги с 1987 года занимаются изучением роли этого гена в обучении - по их мнению, именно он подходит на роль универсального зонда для картирования мозга. «Этот ген обладает несколькими уникальными свойствами, - объясняет К.В. Анохин - Во-первых, в спокойном состоянии клетки он молчит, у него практически нет «фонового уровня» активности. Во-вторых, если в клетке начинаются какие-либо новые информационные процессы, он очень быстро откликается на них, нарабатывая РНК и белки. В-третьих, он универсален, то есть активируется в самых разных частях центральной нервной системы - от спинного мозга до коры. В-четвёртых, его активация связана с обучением, то есть с формированием индивидуального опыта». Чтобы доказать последнее утверждение, учёные провели десятки экспериментов, проверяя, при каких именно воздействиях c-fos выйдет из подполья и начнёт действовать. Оказалось, ген не реагирует на очень сильную стимуляцию, например световую, звуковую или болевую, в тех случаях, когда воздействие не несёт в себе элементов новизны. Но как только ситуация обогащается новой информацией, ген тут же «просыпается».

Например, в эксперименте мышей помещали в камеру, где им пришлось перенести серию слабых, но неприятных электрокожных раздражений. В ответ на это в нескольких областях их мозга - в коре, гиппокампе и мозжечке бурно экспрессировался c-fos . Однако если эту процедуру проводить ежедневно, то на шестой день ген уже не отвечает. Мыши по-прежнему реагируют на удар током, но он для них стал уже не новым, а ожидаемым событием. Можно вновь вызвать активацию c-fos , если в очередной раз поместить мышей в камеру - и не подвергать их уже привычной процедуре. И в том и в другом случае ген отмечает событие, когда внешние стимулы не согласуются с матрицей индивидуальной памяти. Такое рассогласование происходит при любом усвоении новой информации, и поэтому c-fos - неизбежный спутник познавательных процессов в мозге.

В другом опыте участвовали новорождённые цыплята, которых разделили на четыре группы. Цыплята первой группы вылуплялись в темноте и ни разу не видели света, второй группе повезло больше - её содержали при обычном 12-часовом световом цикле, цыплят из третьей группы сразу после рождения переносили в условия обогащённой зрительной среды, а цыплят четвёртой группы сначала держали в обычных условиях, а на второй день переносили в обогащённую среду. У всех подопытных цыплят оценивали экспрессию гена c-fos на второй день после вылупления. Что оказалось? У первых трёх групп, несмотря на такие разные условия, в которых они провели два дня своей короткой жизни, c-fos не проявил себя. Зато у четвёртой группы, которым сменили среду на зрительно обогащённую, c-fos активизировался. Для них она была внове, в то время как цыплята третьей группы уже успели к ней привыкнуть.

Экспрессия c-fos увеличивалась и у цыплят, которые клевали заинтересовавшую их бусинку, она оказывалась горькой, и птенцы с одного раза обучались избегать её в дальнейшем. Но вообще выяснилось, что активация гена вовсе не зависит от успешности обучения и точно так же сопровождает ошибочные действия. Ген c-fos реагирует и просто на новый объект - для его активации достаточно однократного предъявления животному нового объекта всего на 10 секунд.

Исследователи предположили, что c-fos и другие ранние гены - тот самый мостик, через который индивидуальный опыт животного вступает во взаимодействие с его генетическим аппаратом.

О чём расскажет генная карта мозга

Как «поймать» экспрессию гена? Можно обнаружить её по синтезу молекул РНК. Для этого служит так называемая гибризидация in situ - метод, позволяющий увидеть места, где идёт синтез определённых РНК. Можно сделать видимым белковый продукт гена, если связать его со специфическими антителами и покрасить. Всё это, естественно, происходит уже после того, как мозг животного фиксируют и изготавливают из него тонкие срезы. Так же поступают и для обнаружения экспрессии c-fos . В запасе у экспериментаторов полтора-два часа после обучения животного, пока концентрация белка c-fos в его мозгу находится на пике.

При любом когнитивном (познавательном) процессе в мозгу начинают синхронно работать множество нейронов в разных областях. Имея такой инструмент, как генный зонд, можно увидеть, какие именно нейроны принимают участие в данном процессе. «Например, мы можем увидеть разницу в работе мозга крысы тогда, когда она видит другую крысу, и тогда, когда она видит кошку, - говорит Константин Владимирович. - Иными словами, узнать, какими структурами мозга она видит крысу, а какими кошку. Точно так же, когда человек видит на экране знакомое лицо, к примеру Билла Клинтона, в его мозгу активируются «нейроны узнавания Билла Клинтона». Хотя мозг человека, безусловно, намного сложнее изучать при помощи генных зондов. На сегодняшний день учёные пока не придумали методов прижизненной визуализации экспрессии генов в мозге. «В одной работе удалось зарегистрировать экспрессию c-fos человека в кусочке мозговой ткани, взятой для анализа на биопсию, - говорит К.В. Анохин. - Другие исследователи смогли увидеть её после смерти мозга. Но очевидно, что это не совсем то, что в живом мозгу».

Если генная карта мозга всё же будет создана, она покажет, какие его структуры отвечают за разные формы памяти. Посмотрев на генную карту, нейрофизиолог сразу увидит, где именно нужно изучать нейроны, например регистрировать их электрическую активность. Учёные из отдела системогенеза именно при помощи c-fos нашли, какие области мозга цыплят отвечают за импринтинг - запечатление. У метода есть и важные практические применения: с его помощью можно вести поиск лекарственных средств, потенциально улучшающих память (ведь именно такие вещества должны стимулировать активацию c-fos ), или изучать, как действуют на мозг алкоголь и наркотики.

Исследователи провели десятки экспериментов с самыми разными моделями обучения: пищевым и оборонительным, классическим и инструментальным, со зрительными, слуховыми, вкусовыми и иными стимулами, однократное и многократное обучение. В опытах участвовали мыши, крысы, цыплята и другие животные. Было установлено, что в разные виды обучения вовлекаются разные участки мозга, но есть и такие, которые участвуют всегда, например цингулярная кора.

Пока физиологи не подошли к тому, чтобы детально объяснить механизм генной активации, - то есть фактически они признают, что не знают до конца, как работает нервная клетка. Возможно, получая внешнее воздействие, она сравнивает его с имеющейся моделью и в случае рассогласования запускает генетический механизм. На сегодняшний день это наиболее убедительная гипотеза.

Очевидно, со временем появятся новые технические возможности для генного картирования Уже сейчас можно исследовать экспрессию разных генов в трёхмерном объёме мозга. В прошлом году один из основателей компании «Майкрософт» Пол Аллен выделил 100 млн. долларов на создание специального научного центра, перед которым поставлена задача нанести на карту мозга мыши экспрессию всех генов, которые там работают. Решение этой задачи потребует не одного года напряжённой работы, но решить её - очень заманчивая цель, поскольку это путь к понимаю того, как гены управляют работой мозга и поведением, в том числе и у человека.

Кандидат биологических наук Н.Маркина
«Химия и жизнь - XXI век»

Wikimedia Commons

Американские ученые составили полный атлас человеческого мозга, имеющий самое высокое разрешение на сегодняшний день. Его интерактивная электронная версия доступна на соответствующем ресурсе, а печатная заняла весь текущий выпуск .

Детальное описание анатомической и микроскопической структуры мозга необходимо для понимания его развития, функций и заболеваний. Однако имеющиеся атласы человеческого мозга гораздо менее подробны (в плане как полноты, так и разрешения), чем атласы мозга червей, мух или птиц. Причина этого заключается в технических ограничениях, вызванных размером и сложностью устройства мозга человека.

Для создания своего атласа сотрудники Алленовского института исследований мозга применили ряд лучевых и гистологических методик визуализации. На первом этапе работы они провели магнитно-резонансную и диффузионно-тензорную томографии цельного мозга, извлеченного при вскрытии 34-летней женщины. После этого из мозга приготовили микросрезы целых полушарий и провели их микроскопию по веществу Ниссля и с иммуногистохимическим окрашиванием, для чего ученым пришлось разработать специальный сканер. В итоге получилось 1356 крупноформатных изображений с разрешением в микрометр на пиксель, что соответствует размерам одной клетки. Использование одного и того же мозга позволило интегрировать полученные при томографии и микроскопии данные в целостный источник информации.

Интерфейс атласа

Allen Brain Atlas

Allen Human Brain Reference Atlas содержит информацию о 862 отделах мозга, в том числе 117 пучках белого вещества и нескольких структурах, не выделенных ранее. Описание новой коры (неокортекса) проведено по отдельным извилинам, бороздам и модифицированным цитоархитектоническим полям Бродмана . Оно позволяет связать анатомические и клеточные особенности этих структур.

Интерактивный цифровой атлас также интегрирован с созданным в Алленовском институте ранее атласом экспрессии генов в мозге.

«Атлас представляет собой отход от классических изданий в плане формата публикации. На сегодняшний день он один совмещает строгость рецензируемой научной публикации с представлением в форме книги и общедоступного интерактивного онлайн-ресурса», - заявил участник проекта и главный редактор Journal of Comparative Neurology Патрик Хоф (Patrick Hof).

Allen Human Brain Reference Atlas предназначен для неврологов, нейробиологов, ученых других специальностей и просто любителей науки. Авторы планируют дополнить его картами мозга, полученными в ходе функциональных и цитологических исследований. Такими дополнениями могут послужить, например, детальная карта функциональных участков коры мозга, с применением машинного обучения, и карта семантического словаря мозга, с помощью функциональной МРТ.

Недавно японским ученым впервые создать полную модель нейрональных связей (коннектома) одного полушария мозга плодовой мухи дрозофилы.

Даже самые простые сети нейронов в головном мозге состоят из миллионов соединений, и изучение этих огромных сетей имеет решающее значение для понимания того, как работает мозг. Ученые уже давно пытаются изучить микроскопические процессы, стоящие за теми или иными реакциями мозга на внешние возбудители.

В последнем выпуске журнала Nature была опубликована статья, авторы которой сделали важный шаг к пониманию работы нейронных сетей. Международная группа ученых провела наиболее полное на сегодняшний день исследование сети нейронов коры головного мозга, в которой происходит активная обработка внешних сигналов-возбудителей. В результате было обнаружено несколько важных особенностей того, как организованы нейронные сети. По сути,

ученые создали первую в мире карту нейронов мозга, на которой совмещена информация об электрической мозговой активности и схема физического соединения нейронов между собой.

До сих пор на протяжении десятилетий ученые исследовали эти области по отдельности, будучи не в состоянии связать их между собой.

Так, совсем недавно было опубликовано , авторы которого при помощи метода магнитно-резонансной томографии построили карту нейронных связей в головном мозге человека и выяснили, как образ жизни влияет на количество этих связей. Тем не менее в этой работе была отражена лишь физическая сущность нейронных связей.

В текущей работе ученые исследовали зрительную кору мозга мыши. Сначала они определили, какие нейроны откликаются на определенные зрительные стимулы, например на вертикальные или горизонтальные полосы на экране. Затем были получены детальные изображения срезов головного мозга с миллионами интересующих нейронов и синапсов — контактов между нейронами — или получающими нейронный сигнал клетками другого типа. В дальнейшем по этим плоским изображениям была построена трехмерная карта нейронных сетей мозга.

По словам ученых, уникальность их исследования состоит в том, что в своей работе они совместили методы оптической томографии и электронной микроскопии. До сегодняшнего дня макроскопические методы изучения мозговой активности и микроскопические методы изучения нейронов и их синапсов, которые имеют размеры порядка нанометров, были не связаны между собой. Между тем очень важно понять, какие именно микроскопические механизмы стоят за процессами активности мозга.

«Мы получили микроскопические данные беспрецедентного масштаба и детализации, — говорит один из авторов работы, Р. Клэй Рид из Института наук о мозге Аллена (США).

— Сначала мы определяли, какую функцию выполняет конкретный нейрон, а затем смотрели, как он соединяется с похожими нейронами и с нейронами другого типа».

«Это исследование стало кульминацией исследовательской программы, которая началась почти десять лет назад, — добавляет Клэй Рид. — Мозговые сети слишком велики и сложны для понимания по частям, поэтому мы использовали методы высокой пропускной способности для сбора огромных массивов данных мозговой активности и взаимосвязей нейронов».

Анализируя полученные данные, ученые пришли к следующим выводам. Во-первых, они подтвердили гипотезу о том, что нейроны, отвечающие за один вид активности, чаще связаны друг с другом, чем нейроны, выполняющие разные функции. Во-вторых, соединения между такими нейронами прочнее, несмотря на то что они перепутаны со многими другими нейронами, которые выполняют совершенно разные функции.

«Мы обнаружили первые свидетельства наличия модульной архитектуры сети нейронов коры головного мозга и определили структурную основу функциональной связи между нейронами,

Несмотря на то что это исследование является знаковым моментом нашей работы, это только начало. Теперь у нас есть инструменты для того, чтобы создать более точную компьютерную модель мозга, зная связи между схемами соединений нейронов и сетевых вычислений». «Это как симфонический оркестр, музыканты которого сидят в случайном порядке, — добавляет Клэй Рид. — Если вы будете слышать только тех музыкантов, которые сидят рядом с вами, в этом не будет никакого смысла. А вот если вы услышите всех, вы поймете музыку — она даже станет проще».

Авторы работы уверены, что их достижение окажет огромную помощь всем ученым, которые занимаются исследованиями мозга и созданием искусственных нейронных сетей, — отдел науки «Газеты.Ru» уже о том, как суперкомпьютер позволил ученым смоделировать работу тысяч нейронов. Однако для того, чтобы успешно симулировать работу мозга, необходимо лучше понять, как работают нейронные сети в реальных живых организмах.