Самой важной областью мозга – той, что отвечает за наши мыслительные процессы и действия, – является передний или большой мозг. На него приходится примерно 80 % массы человеческого мозга, и он разделен на два зеркальных полушария, каждое из которых взаимодействует в основном с одной стороной тела. По неизвестным причинам каналы связи в нем располагаются крест-накрест: нервы от левой стороны тела идут к правому полушарию, а от правой стороны – к левому. Полушария связаны друг с другом мозолистым телом, информационной супермагистралью мозга: перережьте ее, и вы не сможете сказать, что находится в левой половине поля зрения, поскольку ее образ формируется в правой части мозга, а речь обрабатывается в левой части.
На поперечном разрезе мозга человека представлены его основные области.
Наружный слой переднего мозга, так называемая кора головного мозга, образован тонким слоем нервных клеток, имеющим множество складок, которые увеличивают площадь поверхности. Кроме того, складки позволяют более полно использовать внутричерепное пространство. Складчатая структура мозга делает его похожим на ядро грецкого ореха. Именно этот слой клеток толщиной четыре миллиметра позволяет нам думать, осознанно совершать действия, чувствовать, обучаться и помнить, в нем существуют области, специализирующиеся на выполнении разных функций. Под внешней оболочкой из нервных клеток находятся нервные волокна, которые тянутся в разных направлениях и связывают нервные клетки коры друг с другом. Этих соединений так много, что кора головного мозга большую часть времени разговаривает сама с собой.
Под передним мозгом лежат области, которые участвуют в управлении эмоциями, в регулировании аппетита и сна и которые действуют как ретрансляционные узлы, обрабатывающие информацию от органов чувств и направляющие ее в кору головного мозга. Еще ниже, у основания мозга, находится стволовая часть, которая связывает верхние области головного мозга со спинным мозгом. Она управляет всеми нашими бессознательными действиями: здесь находятся центры, регулирующие дыхание, кровяное давление, частоту сердцебиений, пищеварение и т. д. Эти области могут жить и функционировать, даже когда нарушаются функции головного мозга более высокого уровня, такая патология известна как устойчивое вегетативное состояние, а людей, пребывающих в нем, нередко называют «овощами». Стволовая часть мозга имеет структуру, сходную с той, что есть у многих других живых существ, и она выполняет ту же роль – иногда ее даже называют рептильным мозгом.
В задней части мозга чуть выше стволовой части расположен мозжечок (или «малый мозг»), который помогает сохранять равновесие и координирует движения. Он участвует в выполнении сложных моторных задач, таких как катание на велосипеде, вождение автомобиля и исполнение заглавной партии в балете «Сильфида». Повредите его, и вы не сможете ходить нормально, а будете шататься как пьяный.
Главный герой многих повестей Агаты Кристи, детектив Эркюль Пуаро, очень гордился своими «маленькими серыми клеточками». Он называл их так потому, что, хотя живой мозг имеет розовато-коричневую окраску, заспиртованные нервные клетки становятся серыми, и их называют серым веществом. В то же время нервные волокна выглядят белыми в заспиртованном виде (из-за миелиновых оболочек), поэтому их называют белым веществом. Мозг, однако, состоит не только из нервных клеток. В нем почти столько же поддерживающих клеток, называемых глией, которые помогают ориентировать развивающиеся нервные клетки в нужном направлении, снабжают их питательными веществами, покрывают миелиновой оболочкой и защищают от инфекций. Деликатные ткани мозга окружены мембранами (оболочками головного мозга) и защищены черепом. В черепной коробке мозг плавает в море цереброспинальной жидкости, которая выполняет роль амортизатора и защищает мозг от повреждения при ударах головы точно так же, как околоплодная жидкость защищает ребенка в утробе матери.
Мозг обильно снабжается кровью, и многие умирают, а еще больше людей становятся инвалидами в результате закупорки или разрыва кровеносных сосудов мозга, например при инсульте. Прекращение кровоснабжения в этом случае приводит к гибели прилегающих нервных клеток из-за недостатка кислорода и питательных веществ, а также накопления токсичных продуктов жизнедеятельности. Нервные клетки, однако, не имеют непосредственного контакта с кровью, их защищает гематоэнцефалический барьер. Он представляет собой слой клеток, выстилающих мельчайшие кровеносные сосуды и так плотно прижатых друг к другу, что они не допускают смешения крови и цереброспинальной жидкости. Гематоэнцефалический барьер – это надежная защита от токсичных веществ и возбудителей инфекции, таких как бактерии и вирусы, переносимые током крови.
Ствол головного мозга соединяется непосредственно со спинным мозгом. Когда вы хотите пошевелить пальцами рук и ног, сигналы головного мозга идут к их мышцам через спинной мозг и периферийные нервы. Нервы, которые выходят из спинного мозга в поясничной области и ниже, обслуживают мышцы ног; а те, что выходят из него в области шеи, передают сигналы рукам. Повреждение нервов спинного мозга ведет к прерыванию передачи электрических сигналов и к параличу или потере чувствительности, поскольку все, что находится ниже повреждения, перестает функционировать должным образом. Люди с повреждениями спинного мозга в средней части спины теряют способность ходить, но по-прежнему могут дышать и двигать руками. А при переломе шеи человек может потерять подвижность и чувствительность рук. Некоторые повреждения приводят даже к потере способности самостоятельно дышать.
Поврежденные нервные волокна головного и спинного мозга так и не восстанавливаются, и люди с такими повреждениями навсегда остаются инвалидами. Это было известно еще древним египтянам, которые указывали, что человек со «смещением шейных позвонков» не чувствует рук и ног и не поддается излечению. За прошедшие 3700 лет ничего не изменилось. Однако это не относится к периферическим нервам. Мой отец поранил пальцы и повредил их нервы, когда регулировал лезвие в старой газонокосилке. Его пальцы потеряли чувствительность, и это было страшным ударом для гончара. Но потом, примерно в течение года, чувствительность восстановилась – нервы отрастают очень медленно, менее чем на два миллиметра в день.
Как увидеть отдельную клетку
Отдельные клетки головного мозга настолько крохотны, что их невозможно было увидеть до изобретения микроскопа. Но даже и после этого огромная масса переплетенных клеток мозга и нервных стволов не позволяла ясно разглядеть отдельные клетки без специального контрастного красителя. Именно такой краситель и создал Камилло Гольджи в 1871 г.
Гольджи работал врачом в психиатрической больнице в северной Италии, но его истинным увлечением было изучение анатомии головного мозга, которым он занимался на своей старой кухне, переоборудованной в лабораторию. После многочисленных проб и ошибок он обнаружил, что сочетание бихромата калия и нитрата серебра окрашивает произвольно отдельные нервные клетки, но зато целиком. Как ни парадоксально, самым главным в методе Гольджи является то, что он срабатывает исключительно редко, но благодаря этому окрашиваются лишь несколько клеток и появляется возможность разглядеть паутинообразную структуру отдельной клетки во всей ее красе со множеством тончайших дендритов и нитевидным аксоном.
