Выжить без гипоталамуса можно только с чьей-либо постоянной помощью. (Д Свааб)

У позвоночных животных гипоталамус (hypothalamus) представляет собой главный центр, отвечающий за регуляцию внутренней среды организма. Этот отдел мозга филогенетически является древним, поэтому у наземных млекопитающих его строение относительно одинаково, относительно организации более молодых структур таких, как neocortex (новая кора).

Гипоталамус представляет относительно узкий слой мозговой ткани, расположенный в промежутке между таламусом и разрывом ножек моз­га. В нем расположены многочисленные высокодифференцированные ядра, регулирующие температуру тела, аппетит, водный баланс, углеводный и жировой обмен, сосудистый тонус и другие вегетативные функции, связанные с обменом веществ, в том числе с нейрогуморально-гормональным контролем. Здесь же находятся центры, осуществляющие регуляцию сна, сексуального и эмоционального поведения. Гипоталамус играет важнейшую роль в регуля­ции гомеостаза (постоянства внутренней среды организма), но, помимо ре­шения физиологических задач, проявляет себя и в качестве:

1. Главного «сенсорного входа» в эмоциональную систему сигналов из внут­ренней среды организма;

2. Подкоркового интегратора информации, имеющей отношение к реали­зации эмоций;

3. «Выхода» для импульсов, обеспечивающих внешнее выражение эмоци­ональных состояний.

Именно гипоталамус передает во фронтальную кору возбуждение мотивационного характера. Исключительно велика роль связи ретикулярной фор­мации с находящимися в гипоталамусе центрами, обеспечивающими пластичность и динамическую устойчивость внутренней среды организма.

Кроме того, к структурам гипоталамуса анатомически относят гипофиз — железу внутренней секреции и зрительную хиазму — место неполного перекрестья зрительных нервов.

Эта область мозга осуществляет прямой контроль над всей эндокринной системой через посредство специфических нейронов, регулирующих секрецию гормонов передней доли гипофиза, а аксоны других гипоталамических нейронов оканчиваются в задней доле гипофиза. Здесь эти окончания выделяют медиаторы, которые циркулируют в крови как гормоны.

Свои функции гипоталамус обеспечивает с помощью вегетативных, соматических и гормональных механизмов. Идею, что клетки мозга могут производить гормоны, впервые выдвинули в 1940-е гг. Эрнст и Берта Шаррер. Они увидели в микроскоп зернышки (гранулы) в больших мозговых клетках гипоталамуса и предположили, что это упакованные гормоны, поступающие в кровоток. Эта революционная концепция вызвала чересчур эмоциональную реакцию их коллег. Они отвергали ее «с яростью, а то и со злобой». Из наблюдений супругов Шаррер возникла научная дисциплина нейроэндокринология.

Гипоталамус имеет решающее значение для выживания вида, потому что именно он ответствен за размножение. А для индивидуума, потому что он управляет многими процессами в организме. Выжить без гипоталамуса можно только с чьей-либо постоянной помощью потому, что у такого индивидуума отсутствуют основные гомеостатические механизмы.

Если удалить человеку гипоталамус, функции гипофиза также совершенно исчезнут. После такой операции сильно повреждается память. Возникает расстройство сна из-за повреждения биологических часов, полностью исчезает сексуальная активность. Расстройства памяти и концентрации внимания восходят, к отсутствующей гистаминной системе, играющей важную роль в фокусировании внимания. Также нарушается пищевое поведения, полное отсутствие температурной регуляции. Этот со всей ясностью демонстрирует, сколь много важнейших жизненных функций регулируется гипоталамусом, всего лишь небольшим участком мозговой ткани.

Хотя среди скоплений гипоталамических нейронов имеется несколько четко отграниченных ядер, большая часть гипоталамуса представляет собой совокупность зон с нерезкими границами. Однако в трех зонах имеются достаточно выраженные ядра.

Перивентрикулярная зона непосредственно примыкает к третьему мозговому желудочку, который проходит через центр гипоталамуса. Выстилающие желудочек клетки передают нейронам перивентрикулярной зоны информацию о важных внутренних параметрах, которые могут требовать регуляции, – например, о температуре, концентрации солей, уровнях гормонов, секретируемых щитовидной железой, надпочечниками или гонадами в соответствии с инструкциями от гипофиза.

Медиальная зона содержит большинство проводящих путей, с помощью которых гипоталамус осуществляет эндокринный контроль через гипофиз. Весьма приближенно можно сказать, что клетки перивентрикулярной зоны контролируют действительное выполнение команд, отданных гипофизу клетками медиальной зоны.

Через клетки латеральной зоны осуществляется контроль над гипоталамусом со стороны более высоких инстанций коры большого мозга и лимбической системы. Сюда же поступает сенсорная информация из центров продолговатого мозга, координирующих дыхательную и сердечно-сосудистую деятельность. Латеральная зона – это то место, где высшие мозговые центры могут вносить коррективы в реакции гипоталамуса на изменения внутренней среды. В коре, например, происходит сопоставление информации, поступающей из двух источников – внутренней и внешней среды. Если, скажем, кора сочтет, что время и обстоятельства не подходят для принятия пищи, донесение органов чувств о низком содержании сахара в крови и пустом желудке будет отложено в сторону до более благоприятного момента Игнорирование гипоталамуса со стороны лимбической системы менее вероятно. Скорее эта система может добавить эмоциональную и мотивационную окраску к интерпретации внешних сенсорных сигналов или же сравнить представление об окружающем, основанное на этих сигналах, с аналогичными ситуациями, имевшими место в прошлом.

С точки зрения нейроэндокринной регуляции важно, что нервные клетки гипоталамуса постоянно оценивают концентрацию основных гормонов, которые находятся в нашей крови. Гормоны щитовидной железы, половых желез, надпочечников – все эти гормоны отслеживаются гипоталамусом. Гипоталамус врожденно «знает», сколько их должно быть, и у него есть способы донести до конкретных эндокринных желез сигнал о том, что надо выделять больше или меньше гормонов. При этом гипоталамус использует в основном воздействие на гипофиз.

Гипоталамус регулирует уровень выделение гормонов эндокринными железами с помощью гипофиза. На высвобождение гормонов из гипофиза влияют гормоны, производимые нейронами гипоталамуса, они оказывают стимулирующее действие (рилизинг-гормоны) или тормозящее (ингибирующие гормоны). Эти гормоны высвобождаются гипоталамусом и через кровь попадают в переднюю долю гипофиза. Секреция рилизинг-гормонов зависит от содержания в плазме крови гормонов периферических эндокринных желез.

Есть конкретная эндокринная железа – щитовидная. Она выделяет тироксины – важные гормоны, от которых зависит общий уровень активности каждой клетки нашего организма. Для того чтобы щитовидная железа выделяла правильное количество тироксинов, есть гипофиз, выделяющий тиреотропный гормон, и этот гормон говорит щитовидке, с какой активностью работать. Но над гипофизом находится гипоталамус, который с помощью своих гормонов, называющихся рилизинг-гормоны, говорит гипофизу, сколько выделять тиреотропных гормонов и в конечном итоге менять активность щитовой железы. Если тироксинов слишком мало, гипоталамус это чувствует, выделяет тиролиберин, от этого гипофиз начинает выделять больше тиреотропного гормона, и щитовидная железа начинает выделять больше тироксина. Подобного рода регуляторные контуры характерны не только для щитовидной железы, но для коры надпочечников, половых желез, подобным образом контролируется выделение гормонов роста.

Общий принцип регуляции заключается в том, что при повышении содержания в плазме крови гормонов периферических эндокринных желёз уменьшается выброс соответствующих рилизинг-гормонов в область гипоталамуса, что влияет на уменьшение секреции гормона в гипофизе, а это в свою очередь уменьшает выделение гормона периферической железой.

Нейроны гипоталамуса, вырабатывающие рилизинг-гормоны и ингибирующие гормоны, иннервированы многочисленными интраи- и экстрагипоталамическими нейронами. Наиболее сильные импульсы поступают из среднего мозга через норадренергические, адренергические и серотонинергические нейроны, а также из лимбических структур, особенно из миндалевидного тела и гиппокампа. Эта иннервация позволяет интегрировать внешние и внутренние воздействия (главным образом через средний мозг) и эмоциональные стимулы (главным образом через лимбические структуры) с нейроэндокринной регуляцией. В свою очередь средний мозг и лимбические структуры получают афферентные сигналы из гипоталамуса, в результате чего происходит обмен информацией. Образование рилизинг-гормонов и ингибирующих гормонов тоже регулируется по принципу обратной связи и зависит от концентрации гипофизарных гормонов или результата их действия.

Кроме этих функций, нейроны гипоталамуса и сами способны выделять гормоны прямо в кровь – такие гормоны, как, например, окситоцин и вазопрессин. Аксоны нервных клеток центральной зоны гипоталамуса (серый бугор гипоталамуса) идут в заднюю долю гипофиза, где прямо в кровь из этих аксонов выделяются окситоцин и вазопрессин. Окситоцин – это известный гормон, влияющий на сокращение матки при родах, молочных желез при кормлении ребенка. Кроме того, окситоцин известен сейчас как медиатор привязанности. Вазопрессин (антидиуретический гормон) – это гормон, влияющий на работу почек и центров жажды. От концентрации вазопрессина зависит наша текущая потребность в жидкости.

Вместе с кортикальным и лимбическим компонентами гипоталамус выполняет также множество рутинных интегрирующих действий, причем на протяжении значительно более длительных периодов времени, чем при осуществлении кратковременных регуляторных функций. Гипоталамус заранее «знает», какие потребности возникнут у организма при нормальном суточном ритме жизни. Он, например, приводит эндокринную систему в полную готовность к действию, как только мы просыпаемся. Он также следит за гормональной активностью яичников на протяжении менструального цикла; принимает меры, подготавливающие матку к прибытию оплодотворенного яйца. У перелетных птиц и у млекопитающих, впадающих в зимнюю спячку, гипоталамус с его способностью определять длину светового дня координирует жизнедеятельность организма во время циклов, длящихся несколько месяцев.

Литература:

Бизюк А. П. | Основы нейропсихологии

Блум Ф., Лейзерсон Α., Хофстедтер Л. | Мозг, разум и поведение

Свааб Дик | Мы – это наш мозг. От матки до Альцгеймера

Шмидт Р., Тевс Г. | Физиология человека

Источник: (telegram канал): Naked Monkey

Чаще других такую необычную способность проявляли музыканты

Если мы внимательно что-то разглядываем, то можем не услышать, как нас кто-то позвал. Или, внимательно слушая человека, можем, например, не обратить внимания на какие-то детали его внешнего вида. Это происходит потому, что активно работающая зона мозга, отвечающая за обработку визуальных сигналов, обычно подавляет активность других зон, и наоборот. Но, как показало новое исследование, из этого правила есть и исключения.

Интерес авторов новой работы подогрели популярные в сети «шумные гифки» — короткие ролики, в которых многие люди довольно отчетливо слышат звук, хотя на самом деле его там нет (смотрите gif тут). Этот феномен исследователи назвали «визуальным ухом» (vEAR, visually-evoked auditory response, или просто visual ear).

Большинство экспертов считают его одним из вариантов синестезии — особенности психики, когда, например, восприятие музыки сопровождается зрительными образами или каждая буква алфавита «окрашена» для человека в определенный цвет и тому подобное. По данным авторов новой статьи «визуальное ухо» характерны для 20% людей, тогда как другие типы синестезии — лишь примерно для 4%.

В эксперименте участвовало 36 человек, среди которых были 16 музыкантов из лондонского Королевского колледжа музыки. Испытуемым показывали и давали прослушать последовательности кодов азбуки Морзе. При этом стимулировали либо зрительные (затылочные), либо слуховые (височные) зоны головного мозга с помощью метода транскраниальной стимуляции переменным током.

По итогам этого эксперимента участников разделили на тех, кто слышал отсутствующие звуки, и тех, у кого такого эффекта не наблюдалось. При этом оказалось, что у последних глушение работы слуховой зоны активировало зрительную, и наоборот, то есть наблюдалась классическая конкурентная картина. Однако со второй группой испытуемых (с vEAR) ничего такого не происходило: их слуховая и зрительная зоны могли работать одновременно.

Читайте также: Удивительное взаимопонимание. Как исследовать, что происходит с мозгом, когда мы говорим

Авторы статьи приходят к выводу, что и «визуальное ухо», и, возможно, другие типы синестезии обусловлены активными связями между разными зонами мозга, отвечающими за разные виды восприятия. Более того, похоже, такая индивидуальная особенность дает свои преимущества. Ранее авторы статьи выяснили, что такие люди в среднем лучше решали оба типа задач — как ориентированные на слуховое восприятие, так и на визуальное. Авторы считают, что новые результаты объясняют этот успех: по-видимому, люди подключают к решению задач сразу оба чувства.

Интересная деталь: у музыкантов, участвовавших в исследовании, «визуальное ухо» встречалось намного чаще, чем у остальных испытуемых (они слышали несуществующие звуки в 75% случаев против 12% у не музыкантов). Исследователи предполагают, что музыкальная подготовка может помогать одновременно воспринимать звуки и визуальную информацию (например, движения дирижера), либо, наоборот, люди с такими особенностями легче обучаются музыке.

Источник Чердак

Мозг — это загадочная система, все тайны которой мы не сумели разгадать до сих пор. Чтобы использовать его по максимуму, нужно понимать принципы его работы. Об этом в своих лекциях подробно рассказывает Татьяна Черниговская — заслуженный деятель науки, выдающийся ученый в области нейронауки, психолингвистики и теории сознания.

Нейрофизиологи сделали, кажется, предпоследний шаг на пути к целевой редактуре воспоминаний

Наши воспоминания во многом определяют нашу личность. Особенно сильно это касается эпизодической памяти — той, что хранит воспоминания о прожитых годах и сохраняет все перипетии вашей биографии. Она настойчиво напоминает нам, кто мы есть и кем мы были раньше. Но вот в чем проблема — нам не всегда хочется быть тем, кто мы есть. Почти у каждого есть моменты биографии, которые было бы неплохо забыть. Некоторые приключения могут даже привести к формированию посттравматического стрессового расстройства, часто мучающего ветеранов боевых действий и жертв несчастных случаев. Может быть, их можно стереть?

Если вы считаете, что дневник или записная книжка — это удачная метафора для памяти, то поспешу вас расстроить. Исследования показывают, что наша память ничуть не похожа ни на письменный текст, ни на видеозапись. Это, скорее, мягкая, динамическая структура из ассоциаций и чувств, еще и перезаписывающаяся при каждом воспроизведении. Сложно? Ну а что вы хотите! Мало того, что мозг сам по себе сложнейший объект для изучения — шутка ли, система из почти 100 миллиардов нейронов с несколькими триллионами нервных связей, контролирующая тело и создающая внутренний мир сознания. Так эволюции этого показалось мало — она еще и засунула туда настоящую машину времени, позволяющую нам мысленно вернуться в прошлое и прожить его заново.

Читайте также: Куда переезжает память? Гостевой материал нейробиолога Николая Кукушкина, специально для «Чердака»

В принципе если на молекулярном и клеточном уровне мы уже немного представляем себе устройство памяти, то четко сказать, что она представляет собой в масштабах целого мозга, уже намного сложнее. Так же сложно дать ее универсальное определение, которое подходило бы и мозгу в целом, и каждому нейрону в отдельности. Мы даже толком не можем сказать, где именно «сидит» память: у человека в припоминании участвуют почти все структуры больших полушарий. Так что прицельное и полное удаление конкретного воспоминания кажется едва ли возможным, даже в далекой перспективе.

Тем более невозможно себе представить подходы, которые позволили бы нам побывать на месте героев «Вечного сияния чистого разума», удалив воспоминания о конкретном человеке, — уж слишком сложный комплекс ассоциаций и эмоций будет включать этот пакет воспоминаний.

Но вот уподобиться герою сериала «Возвращение домой», которого по возвращению из Ирака пичкали лекарствами, чтобы стереть травматические воспоминания о войне и таким образом вернуть боеспособность, судя по всему, вскоре станет вполне возможно. Об исследовании, ход которого весьма напоминает приквел к пятичасовой истории о мятущейся совести психолога в исполнении Джулии Робертс, рассказывает свежая публикация в научном журнале Science Advances.

Уже ясно, что важнейшую, если не ключевую, роль в формировании и воспроизведении эпизодической памяти играет гиппокамп. Классический взгляд на эту часть мозга предполагает, что, помимо всего прочего, он является временным хранилищем памяти — эдаким информационным перевалочным хабом, нужным как для формирования воспоминания, так и для его воспроизведения. Повреждения гиппокампа крайне часто приводят к нарушениям эпизодической памяти. Особенно показателен тут пример Кента Кокрейна, знаменитого пациента K.C., который лишился сразу обоих гиппокампов и потерял способность как запоминать события своей жизни, так и вспоминать факты своей биографии. Любопытно, что другие типы памяти, например семантическая, включающая знание о фактах и устройстве мира, остались у Кента практически нетронутыми.

Что ж, вырезать гиппокамп жертве постравматического расстройства — очень плохая идея, но, может быть, можно как-то воздействовать на него фармакологически, чтобы помешать воспоминанию закрепиться, а в идеале — вообще разрушить его? Оказывается, сегодня человечеству известны несколько подходов к решению этой проблемы.

Всем известно, что волнующие, в том числе и по-настоящему страшные события, очень хорошо запоминаются. Главный виновник этого — миндалина, эта часть мозга примыкает к гиппокампу. В стрессовой, а значит, важной для выживания ситуации ее адренорецепторы активируются под действием норадреналина, а сама она заставляет гиппокамп фиксировать все в мельчайших подробностях, со всеми эмоциональными оттенками и ассоциациями.

Другую интересную, хотя и пока лишь потенциальную, возможность ученые разглядели, изучив механизм образования долговременной памяти.

Источник Чердак

Создание в лаборатории миниатюрных копий отдельных органов — органоидов — позволяет ученым разбираться в скрытых процессах развития органов, патологиях раннего развития и так далее. Человеческий мозг, выращенный в чашке Петри, особенно интересный объект для изучения, поскольку о раннем нейрогенезе до сих пор известно не так много.

Кембриджский органоид был выращен из стволовых клеток человека, состоял примерно из двух миллионов нейронов и за год жизни достиг уровня развития, соответствующего 12—16 неделе внутриутробного развития. Затем в этой же чашке Петри разместили клетки спинного мозга и связанные с ними мышечные ткани параспинальных мышц, которые взяли у эмбриона мыши.

Далее аксоны органоида — длинные отростки нервных клеток, связывающие нейрон с другими нейронами и иннервируемыми органами, — начали самостоятельно связываться с клетками спинного мозга.

Когда эта связь закрепилась, электрический сигнал от нейронов мозга стал переходить по аксонам в спинной мозг. Тот, в свою очередь, передавал сигнал в мышцу, и та начала сокращаться.

Читайте также: Нейрофизиологи научились поддерживать жизнь в мозге, извлеченном из тела. Там есть сознание?

Авторы работы считают, что подобные живые модели можно использовать для изучения процесса развития головного мозга и нервной системы в целом. Созданная технология выращивания мозгового органоида позволит создавать их достаточно развитыми, а дальше наблюдать, как нейроны организуются для решения задач связывания между собой, управления другими частями организма и так далее. Кроме того, возможно, удастся увидеть, и как протекают патологические процессы, приводящие, например, к эпилепсии, шизофрении и другим неврологическим и психиатрическим заболеваниям.

Подробности на Чердаке