Как быстро передаются импульсы по нервам?

ОТВЕТ:

Нервные волокна состоят из множества аксонов различных нейронов. Некоторые аксоны очень тонки (меньше 1 микрона в диаметре), а некоторые толще (до 20 микрон в диаметре). Эти толстые аксоны упакованы в изолирующие футляры, называемые миелиновыми оболочками. Толщина нервного волокна и наличие миелиновой оболочки определяют скорость проведения электрических импульсов по аксону. Толстые аксоны проводят сигналы быстрее, чем аксоны тонкие, а аксоны, одетые миелином, проводят сигналы быстрее, чем аксоны, лишенные такой оболочки.

Сигналы по немиелинизированным, тонким аксонам проводятся со скоростью 0,5–2,0 м/с (1,8–7,2 км/час). Такие тонкие аксоны передают в организме сигналы о боли, зуде и температуре. В толстых, покрытых миелиновой оболочкой аксонах, сигналы передаются со скоростью до 120 м/с (431,9 км/час). Аксоны такого рода передают сенсорную (чувствительную) информацию и информацию о состоянии мышц (мышечное чувство).

Вы можете на собственном опыте убедиться в том, что разные сенсорные сигналы распространяются по нервам с разной скоростью. Например, если вы ушибли палец или колено, то сначала возникает ощущение прикосновения или давления. Эти ощущения проводятся по толстым миелинизированным волокнам с большой скоростью. Через несколько мгновений начинает ощущаться боль. Это означает, что импульсы, сигнализирующие о боли и переданные по тонким, немиелинизированным волокнам, тоже, наконец, добрались до головного мозга.

 

Глава 3

Люди

 

ВОПРОС:

В чем разница между нейробиологом и неврологом?

ОТВЕТ:

Нейробиология и неврология – великолепные профессии, но специалисты в этих областях получают разное образование и разную подготовку. Нейробиолог – это человек, изучающий нервную систему, и обычно этим словом обозначают ученых, занимающихся такими исследованиями. Нейробиолог может изучать строение, функции, развитие или биохимию нервной системы, а также исследует результаты заболеваний и поражений нервной системы. В противоположность нейробиологу, невролог – это врач, который диагностирует и лечит расстройства нервной системы у человека. Невролог должен разбираться в причинах нервных болезней, но в его обязанность не входит производить опыты, собирать данные или публиковать результаты исследований (хотя некоторые неврологи делают это).

Большинство нейробиологов учатся в аспирантуре или докторантуре, чтобы защитить диссертацию на соискание ученой степени доктора философии в таких отраслях, как нейробиология, психология, фармакология, биологическая инженерия, информационные технологии или биология. Ученая степень в одной из этих специальностей не дает права вести больных с неврологическими расстройствами и назначать им лечение. Напротив, врачи, окончившие медицинские учебные заведения и прошедшие специализацию по неврологии, имеют право обследовать больных, выполнять диагностические тесты и рекомендовать лечение, но если они при этом не занимаются научными исследованиями, то их нельзя считать нейробиологами.

 

ВОПРОС:

Кто такой Финеас Гейдж?

ОТВЕТ:

Финеаса Гейджа (1823–1860) можно, в зависимости от точки зрения, считать либо очень счастливым, либо очень несчастным человеком. В судьбоносный для него день, 13 сентября 1848 года, в Кавендише, штат Вермонт, Гейдж работал на строительстве железной дороги взрывником. Заложив пороховой заряд в шурф, он принялся трамбовать его металлическим стержнем. Произошел взрыв, с силой вытолкнувший стержень из шурфа, как снаряд из пушки. Стержень длиной около полутора метров и весом почти восемь килограммов проткнул Гейджу щеку, пролетел сквозь мозг и, пробив крышку черепа, пролетел еще около 25 метров. Несмотря на то, что стержень практически уничтожил левую лобную долю мозга, Гейдж сначала даже не потерял сознание. Память о Гейдже сохранилась в анналах неврологии и нейробиологии не только потому, что он выжил после этого несчастного случая, но и потому, что после травмы его поведение разительно переменилось.

До происшествия Гейдж, по отзывам знавших его людей, был уравновешенным, трудолюбивым бригадиром. Доктор Джон Харлоу, врач, лечивший Гейджа, писал об изменениях в поведении и личности своего больного. Гейдж стал агрессивным и импульсивным. Друзья даже говорили, что он перестал быть самим собой. В результате после выздоровления его не взяли на прежнюю работу, и Гейдж стал извозчиком – сначала в Новой Англии, а потом в Чили.

Нейробиолог и историк науки Малкольм Макмиллан считает, что эти изменения личности были временными и преходящими, и что со временем Гейдж смог почти полностью оправиться от тяжелейшей травмы. Мозг мог компенсировать обусловленные повреждением потери.

Несмотря на то, что природа повреждений мозга Гейджа и течение выздоровления известны нам не полностью, этот случай впервые дал ученым материал о функциях, локализованных в лобных долях головного мозга.

Библиография

Macmillan, M., Phineas Gage Information Page, November 2, 2012, accessed January 17, 2016, http://www.uakron.edu/gage/.

 

ВОПРОС:

Кто такой Г.М.?

ОТВЕТ:

Это был человек, застрявший в прошлом и настоящем – он был неспособен запомнить ничего нового, и время для него словно остановилось. Такова была жизнь Генри Густава Молейсона (известного больше по инициалам Г.М.), начавшаяся после того, как он в 1953 году перенес операцию на головном мозге в возрасте 27 лет.

В 1935 году Молейсон по дороге в школу был сбит велосипедистом. Мальчик ударился головой об асфальт и потерял сознание на пять минут. В возрасте десяти лет у Генри случился первый припадок, причиной которого, скорее всего, была перенесенная травма. С возрастом припадки становились все чаще и тяжелее, и, в конце концов, лекарства перестали помогать. Припадки превращали Молейсона в никуда не годного инвалида, и поэтому он решился на нейрохирургическую операцию.

В ходе операции доктор Вильям Бичер Сковилл удалил с обеих сторон мозга Генри несколько структур, включая гиппокамп, миндалину и часть височной доли. После операции припадки практически прекратились, но у Молейсона возникли тяжелые расстройства памяти. Несмотря на то, что он сохранил разум и мог адекватно поддерживать беседу, он немедленно забывал предмет разговора, как только разговор переключался на другую тему. У Молейсона появилась амнезия на только что произошедшие события. Он мог ненадолго запомнить какой‑то факт, если много раз повторял его себе, но стоило ему отвлечься, как он тотчас намертво забывал новые сведения и свои недавние мысли. Молейсон помнил события, происходившие с ним до операции, но новые воспоминания он формировать не мог. Интересно, что он мог усваивать новые двигательные навыки, но при этом не помнил, как он им научился, где и от кого.

Молейсон умер 2 декабря 2008 года. После смерти его головной мозг был рассечен на 2401 срез для того, чтобы создать трехмерную карту. Исследование подтвердило, что именно объем операции, выполненной в 1953 году, стал причиной нарушения памяти.

Молейсона иногда называют самым знаменитым объектом неврологических исследований, потому что изучение особенностей его памяти и тщательное картирование функций его мозга произвели переворот в понимании механизмов памяти. Во‑первых, стало понятно, что существует, по меньшей мере, два типа памяти: одна, направленная на запоминание фактов, имен и дат; другая, направленная на запоминание подсознательных действий – таких, как езда на велосипеде или рисование картин. Во‑вторых, до этих исследований в науке господствовало представление о том, что все отделы коры вносят одинаковый вклад в формирование памяти. Поведенческие и гистологические данные, полученные в результате исследования поведения и мозга Молейсона, показали, что в формировании новых воспоминаний решающую роль играют гиппокамп и миндалина, а запоминание навыков и фактов локализовано в других отделах головного мозга.

Нейрохирурги тоже извлекли полезный урок: при необходимости удалить гиппокамп, миндалину и вершину височной доли, это делают только на одной стороне. Жаль только, что все эти знания очень дорого обошлись Генри Молейсону.

Библиография

Corkin, S., Lasting consequences of bilateral medial temporal lobectomy: clinical course and experimental findings in H.M., Seminars in Neurology, 4:249‑59, 1984.

Corkin, S., Permanent Present Tense the Unforgettable Life of the Amnestic Patient, H.M. (New York: Basic Books, 2013).

Corkin, S., Amaral, D.G., Gonzáles, R.G., Johnson, K.A., and Hyman, B.T., H.M.’s medial temporal lobe lesion: findings from magnetic resonance imaging. Journal of Neuroscience, 17:3964‑79, 1997.

 

ВОПРОС:

Кто такой Тан?

ОТВЕТ:

В 1861 году французский невролог Поль Брока (1824–1889) обследовал 51‑летнего больного по имени Луи‑Виктор Леборнь. Леборнь страдал эпилепсией, частичным правосторонним параличом и не мог говорить. Леборня называют «Тан», потому что это был единственный звук, который он был в состоянии произнести. Леборнь понимал обращенную к нему речь, но утратил способность сам ее производить.

Вскоре после осмотра Леборнь умер. Когда Брока производил патологоанатомическое исследование его мозга, он нашел поражение, локализованное в левой лобной доле. Эту область с тех пор называют «зоной Брока». В 1874 году немецкий врач Карл Вернике (1848–1905) описал нескольких больных с поражением в левом полушарии, локализованном в другой области, нежели зона Брока. Больные Вернике страдали другим речевым расстройством: они могли говорить, но их речь была лишена смысла. Поражения мозга, приводящие к речевым расстройствам, убедили научное сообщество в том, что левое полушарие играет ключевую роль во владении языком и речью у подавляющего большинства людей.

Важность левого полушария для владения языком была подтверждена в ходе теста, названного пробой Вада, когда раствор барбитуратов (например, амитал натрия) вводят в правую или левую сонную артерию. Лекарство проникает в мозг на стороне инъекции. Таким образом, можно по выбору отключать либо правое, либо левое полушарие.

Когда отключена левая сторона мозга, наступает правосторонний паралич. Люди, кроме того, теряют чувствительность на правой стороне тела. Противоположный эффект наблюдают при выключении правого полушария – оказывается парализованной и бесчувственной левая сторона. В полном соответствии с тем, что Брока наблюдал у Тана, подавляющее большинство испытуемых (96 процентов правшей и 70 процентов левшей) при выключении левого полушария теряли способность к членораздельной речи.

Наблюдение, согласно которому какая‑то одна сторона мозга является более важной для осуществления определенных функций, привело к концепции о доминировании полушарий мозга в отношении определенных функций. Тем не менее, несмотря на такое доминирование, обе части мозга связаны между собой, и для поддержания нормального сложного, эффективного когнитивного поведения необходимы оба полушария.

 

Глава 4

Интеллект

 

ВОПРОС: