Получив сигнал через кортико-спинальный тракт, нейроны спинного мозга направляют сигнал к мышцам, и те сокращаются. Сигнал, активирующий мышцы одной половины тела, обычно исходит от противоположного полушария мозга. Дело в том, что большинство аксонов в кортико-спинальном тракте по достижении ствола мозга перекрещиваются и переходят из одного полушария в другое. Далее они движутся по стороне тела, противоположной тому полушарию, из которого вышли изначально.
В конце XIX в. был создан моторный гомункулус, отражающий связь участков двигательной коры с частями тела человека.
Это явление, научно называемое декуссацией (перекрестом), помогает врачам. Если «Скорая помощь» доставляет человека с такими симптомами, как головная боль, размытое зрение, помутнение сознания и онемение левой половины тела, то врач наверняка заключит, что у пациента инсульт, который поразил правое полушарие его мозга. Ведь нейроны в кортико-спинальном тракте, отвечающие за левую половину тела, возникают в правом полушарии головного мозга.
Корректировка движений
Теперь мы знаем, что решение, скажем, взять чашку кофе правой рукой начинается с клеток в двигательной коре левого полушария головного мозга. Эти клетки отправляют сигнал нейронам в спинном мозге по кортико-спинальному тракту. Затем сигнал передается мышцам правой руки. Мышцы в вашей правой руке сокращаются, и – вуаля! – кофе у вас в руках.
Звучит довольно просто, но это лишь поверхностный взгляд на моторику. В приведенном примере задействовано намного больше процессов, благодаря которым, потянувшись за кофе, вы берете чашку пальцами, а не промахиваетесь или вообще сбиваете чашку со стола. Кроме того, множество нейронов следит за тем, чтобы движение было плавным, а не резким и дерганым. Пока вы выполняете, как вам кажется, простое слитное движение, ваш мозг постоянно что-то просчитывает и поправляет, причем настолько умело, что вы этого даже не замечаете.
Для корректировки движений мозг использует множество участков, однако два самых важных из них – это мозжечок и набор структур, называемый базальным ядром.
«Маленький мозг»
Мозжечок – одна из самых узнаваемых структур мозга. Он выступает из-под задней части коры головного мозга и по форме немного напоминает сам мозг – только маленький. Отсюда и название – «мозжечок».
Несмотря на размер, мозжечок содержит множество расположенных плотно друг к другу нейронов. Он занимает около 10 % от всего объема мозга, а содержит 80 % всех находящихся в мозге нейронов4.
Сейчас вы решите, что участок мозга с таким огромным количеством нейронов выполняет множество задач. И будете правы, поскольку считается, что мозжечок отвечает и за эмоции, и за речь, и за различные формы мышления. В первую же очередь его привыкли связывать с движением.
Мозжечок выполняет различные двигательные функции. Например, отвечает за корректировку движений, о которой было сказано выше.
Давайте вернемся к примеру с чашкой кофе. Когда вы вытягиваете руку, мозжечок с помощью рецепторов в ваших мышцах и суставах получает сведения об ее расположении в пространстве (то есть проприоцептивную информацию). Затем он просчитывает, где ваша рука сейчас и где она должна оказаться, чтобы выполнить поставленную задачу. Если мозжечок видит, что рука движется не туда и может промахнуться, то вносит поправки в изначальные планы двигательной коры, благодаря чему вы благополучно дотягиваетесь до чашки.
Поскольку мозжечку приходится вносить подобные поправки постоянно, движение вашей руки – на самом деле множество мелких движений, которые обычному наблюдателю кажутся единым целым. Рука бесчисленное количество раз норовит слегка отклониться, но неизменно возвращается к намеченному курсу. Почти как самолет летит из Нью-Йорка в Сан-Франциско: маршрут кажется прямым, но из-за ветра, погодных изменений и других самолетов он никогда не будет одинаковым и идеально прямым. Если пошагово отследить полет, то будет видно, что самолет часто немного отклоняется, прежде чем вернуться к запланированному курсу.
Мозжечок вносит правки в движения буквально за миллисекунды, а само изменение настолько мало, что его не видно. В результате ваше движение непрерывно, а рука не дергается из стороны в сторону. Быстрая корректировка делает движение плавным, точным и сосредоточенным. Происходящее, кажется, не стоит нам никаких усилий, а мозг тем временем стремительно просчитывает все до последней мелочи.
И это лишь одна из двигательных функций мозжечка. Он помогает нам сохранять равновесие и планирует движения до того, как мы их совершим. Считается, что мозжечок участвует в запоминании заданий, для выполнения которых нужно совершать несколько действий в определенном порядке – как когда человек учится ездить на велосипеде.
Роль мозжечка в моторике становится очевиднее, если взглянуть на пациентов, у которых этот участок мозга поврежден. Обычно такое происходит из-за инсульта, который способен привести к мозжечковой атаксии. Термин «атаксия» используется для состояний, характеризующихся нарушениями в моторике. Мозжечковая атаксия приводит к тому, что пациенты не способны полноценно управлять своим телом, их движения могут быть медленными, рваными и перемежаться дрожью. Симптомы мозжечковой атаксии различны: в зависимости от того, какая часть мозжечка поражена, они могут представлять собой как неспособность удерживать равновесие, так и эмоциональные и когнитивные нарушения.
Мозжечок – не единственная структура, которая вмешивается в планы двигательной коры и вносит свои поправки. Группа структур, называемая базальным ядром, также играет важную роль в движении, делая его плавным и точным.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ МОЗГА К КОМПЬЮТЕРУ
Одно из самых любопытных изобретений в современной нейробиологии – нейрокомпьютерный интерфейс, или НКИ. НКИ позволяет мозгу напрямую взаимодействовать с компьютером, обычно через проводную связь. Исследователи используют эту технологию, чтобы помогать парализованным пациентам. Действует он следующим образом: НКИ отслеживает активность двигательной коры головного мозга через комплект электродов, подключенных к мозгу внутри или снаружи. Электроды регистрируют электрическую активность, отправляя сигналы внешнему компьютеру, который затем анализирует их и определяет намерения пациента. Когда человек задумывается о том, чтобы пошевелить рукой, сигнал направляется в механическую руку. Технология пока несовершенна, однако есть надежда, что однажды с ее помощью мы сможем помогать пациентам, которые по тем или иным причинам парализованы.
Базальное ядро
Глубоко в полушариях мозга располагается группа областей мозга, известная под общим названием «базальное ядро». Она отвечает за двигательные функции, а также выполняет другие задачи, не связанные с движением. Базальное ядро порой называют базальными ганглиями: «базальный» указывает на то, что входящие в эту группу системы находятся в нижней части (в «базе») мозга, а вот использование слова «ганглий», по мнению современных нейробиологов, неточно. Ганглиями (от лат. ganglia — «центры», «узлы») обычно называются скопления нейронов в периферийной нервной системе (то есть вне головного или спинного мозга). Выходит, что «ганглии», из которых состоят базальные ганглии, на деле скорее ядра.
