Mugurkaulnieku smadzenes — definīcija, uzbūve un funkcijas

Uzzini mugurkaulnieku smadzeņu definīciju, uzbūvi un funkcijas — no refleksiem līdz mācīšanās spējām. Skaidri, zinātniski un viegli saprotami.

Mugurkaulnieku smadzenes ir centrālās nervu sistēmas galvenā daļa. Galvas smadzenes mugurkaulniekiem (un lielākajai daļai citu dzīvnieku) atrodas priekšpusē, galvā. Tās aizsargā galvaskauss, un tās atrodas tuvu galvenajām maņām - redzei, dzirdei, līdzsvaram, garšai un ožas sajūtām. Dzīvniekam pārvietojoties uz priekšu, tā maņas apkopo datus par apkārtni, un šie dati nonāk tieši smadzenēs.

Smadzenes ir ārkārtīgi sarežģītas. Tās kontrolē citus ķermeņa orgānus, aktivizējot muskuļus vai izraisot ķīmisko vielu, piemēram, hormonu un neiromediatoru, sekrēciju. Muskuļu darbība ļauj ātri un koordinēti reaģēt uz izmaiņām vidē; hormoni un veģetatīvā nervu sistēma veic lēnākas izmaiņas organismā. Tā ir arī cilvēka un dzīvnieku ķermeņa sastāvdaļa. Pieauguša cilvēka smadzenes sver aptuveni 1300–1400 gramus.

Muguras smadzenes mugurkaulniekiem pašas par sevi var izraisīt refleksu reakcijas, kā arī vienkāršas kustības, piemēram, peldēšanu vai staigāšanu. Tomēr sarežģītai uzvedības kontrolei ir nepieciešamas centrālās smadzenes.

Visu mugurkaulnieku smadzeņu struktūra būtībā ir vienāda, tomēr tās atšķiras pēc izmēra un attīstības pakāpes. Evolūcijas gaitā mugurkaulnieku smadzenes ir mainījušās un kļuvušas efektīvākas. Tā sauktajiem "zemākajiem" dzīvniekiem lielākā daļa vai visa smadzeņu struktūra ir pārmantota, tāpēc to uzvedība lielākoties ir instinktīva. Zīdītājiem un jo īpaši cilvēkam smadzenes dzīves laikā tiek attīstītas tālāk, mācoties. Tas palīdz viņiem labāk iekļauties vidē. Spēja mācīties vislabāk izpaužas galvas smadzeņu garozā.

Galvenās anatomiskās daļas

Mugurkaulnieku smadzenes var iedalīt trijos galvenajos reģionos, kas katrs veic specifiskas funkcijas:

• Priekšsmadzenes (prosencefalons) — ietver cerebrālos puslodes (telencefalons) un diencefalonu (tostarp thalamus un hipotalāmu). Šeit notiek sensorā informācijas apstrāde, augstāka līmeņa domāšana, atmiņa, emocijas un motivācija.
• Vidussmadzenes (mesencefalons) — svarīgas redzes un dzirdes refleksiem, acu kustību un daļējai sensori-motorai integrācijai.
• Aizmugurējā smadzeņu daļa (rhombencefalons) — ietver smadzenītes (cerebellum), tiltu (pons) un pagarināto smadzeni (medulla oblongata). Šīs struktūras regulē līdzsvaru, koordināciju, elpošanu, sirdsdarbību un citas vitālas funkcijas.

Šūnas un ķīmija

Smadzenes sastāv no divu galveno tipu šūnām: neironiem, kuri pārraida elektriskos signālus, un gliālajām šūnām, kas nodrošina strukturālu un vielmaiņas atbalstu. Neironi sazinās viens ar otru caur sinapsēm, kur tiek atbrīvoti neiromediatori (piemēram, serotonīns, dopamīns, acetilholīns), kas ietekmē uzvedību, noskaņojumu un kognitīvās funkcijas.

Aizsardzība, asinsapgāde un šķidrums

Smadzenes ir aizsargātas ar vairākām struktūrām:

• Galvaskauss — cietais kaulu apvalks.
• Meninges (smadzeņu apvalki) — dura mater, arachnoidea un pia mater, kas nodrošina mehānisku aizsardzību un barjeru pret infekcijām.
• Cerebrospinālais šķidrums (CSF) — pildīts smadzeņu dobumos (ventrikulos) un subarahnoidālajā telpā, amortizē triecienus un palīdz noņemt atkritumus.
• Asinsapgāde — nodrošināta galvenokārt caur karotīdu un vertebrālo artēriju sistēmām; smadzeņu šūnas ir ļoti jutīgas pret skābekļa trūkumu.

Funkcijas

Smadzeņu galvenās funkcijas ir ļoti plašas. Galvenie uzdevumi ietver:

• Sensoro informācijas uztveri un apstrādi (redze, dzirde, tauste, garša, oža).
• Motoro plānošanu un izpildi (brīvprātīgas kustības un muskuļu koordinācija).
• Autonomu funkciju regulācija (sirdsdarbība, elpošana, termoregulācija, hormonālā homeostāze).
• Kognitīvās funkcijas — domāšana, mācīšanās, atmiņa, spriešana un valoda.
• Emociju un motivācijas vadība (limbiskā sistēma, hipotalāms).
• Refleksi un ātra reakcija uz stimuliem (gan smadzenēs, gan muguras smadzenēs).

Attīstība un plastiskums

Smadzenes attīstās embrionālajā posmā no neirālās caurules. Evolūcijas gaitā pieaugot sarežģītībai, īpaši zīdītājiem, ir attīstījies liels smadzeņu garozas laukums, kas ļauj sarežģītu uzvedību un spējīgu mācīšanos. Pieauguša cilvēka smadzenes demonstrē neiroplastiskumu — spēju mainīt sinaptiskos savienojumus mācīšanās un pieredzes rezultātā. Tomēr pieaugušā ķermenī neiroģenēze ir ierobežota un notiek galvenokārt noteiktos reģionos, piemēram, hipokampā.

Salīdzinājums starp mugurkaulniekiem

Lai gan pamatstruktūras ir līdzīgas, smadzeņu lielums, malu attīstība un funkciju specializācija atšķiras. Piemēram, putniem ir ļoti attīstīta smadzeņu zona ātrai sensor-motorai integrācijai, savukārt zīdītājiem īpaši attīstīta lielā smadzeņu garoza. Cilvēkam, salīdzinot ar citiem dzīvniekiem, ir izteikti attīstīta garoza, kas nodrošina abstraktu domāšanu, valodu un kultūras uzkrāšanu.

Kāpēc tas ir svarīgi

Smadzenes nosaka, kā organisms reaģē uz pasauli, kā tiek pieņemtas lēmumi un kā veidojas atmiņa un identitāte. Sapratne par smadzeņu uzbūvi un funkcijām ir būtiska medicīnai, neirozinātnēm, izglītībai un psiholoģijai — tā palīdz diagnosticēt un ārstēt slimības, kā arī veidot efektīvas mācīšanās metodes.

Šis pārskats sniedz pamatu izpratnei par mugurkaulnieku smadzenēm, to uzbūvi, funkcijām un nozīmi. Padziļināta zinātniska informācija ietver molekulāru neirofizioloģiju, neiroķīmiju un klīniskas pieejas, kas tiek pētītas un attīstītas nepārtraukti.

Krustkaulnieku smadzeņu reģioni

Vairākas smadzeņu zonas ir saglabājušas savu identitāti visos mugurkaulnieku veidos, sākot ar hagfišām un beidzot ar cilvēkiem. Šeit ir saraksts ar dažām svarīgākajām zonām un īsu to funkciju aprakstu, kā tās pašlaik tiek saprastas. Par šīm funkcijām joprojām var būt zināmas diskusijas. Sākot no muguras (vai, cilvēkam, no apakšējās daļas), šie reģioni ir šādi:

• Muguras smadzenēs (un muguras smadzenēs) ir daudz mazu kodolu, kas nodarbojas ar dažādām autonomajām funkcijām. Tās ietver sirdsdarbību un asinsspiedienu, elpošanu un vemšanu. ^{44., 45. nodaļa.}
• Ponss ir retranslācijas stacija, kas pārraida ziņojumus starp smadzenēm, smadzenēm un smadzenītēm.
• Hipotalāms ir neliels reģions priekšējo smadzeņu pamatnē. Tas ir miega/budrības ciklu, ēšanas un dzeršanas kontroles, hormonu izdalīšanās kontroles un daudzu citu funkciju centrālā vadības stacija. Tas atrodas tieši virs hipofīzes un izdala hormonus hipofīzē. Šie hormoni nomāc vai stimulē hipofīzes darbību. Savukārt hipofīzes dziedzeris ražo hormonus, kas ietekmē pārējo ķermeni.
• Talams atrodas virs hipotalāma un zem smadzeņu garozas. Tas ir dažādu funkciju kodolu kopums. Tas darbojas kā retranslācijas stacija, kas apkopo visa veida maņu informāciju (izņemot ožas) un nodod to tālāk galvas smadzeņu garozai. Tai ir arī nozīme apziņā un miegā.
  Ir darbības sistēmas vairākiem uzvedības veidiem, tostarp ēšanas, dzeršanas, defekācijas un kopulācijas.
• Smadzenītes koriģē citu smadzeņu sistēmu darbību, lai padarītu tās precīzākas. Smadzenīšu izņemšana neliedz dzīvniekam veikt kādu konkrētu darbību, bet padara to gausāku un neveiklāku. Šī precizitāte nav iebūvēta, bet gan iemācīta ar izmēģinājumu un kļūdu palīdzību. Iemācīšanās braukt ar velosipēdu ir piemērs nervu plastiskuma veidam, kas lielā mērā var notikt smadzenītēs. ^{42. nodaļa.}
• Tektums, ko bieži dēvē par "optisko tektumu", novirza darbības uz punktiem telpā. Tā vislabāk izpētītā funkcija ir acu kustību vadīšana. Tas vada arī sasniedzamās kustības. Tas saņem spēcīgu vizuālo informāciju un informāciju no citām maņām, kas ir noderīga darbību vadīšanai, piemēram, dzirdes informāciju pūcēm, informāciju no termosensitīvajiem bedrīšu orgāniem čūskām utt. Dažām zivīm, piemēram, nēģiem, tā ir lielākā smadzeņu daļa.
• Hipokamps, stingri ņemot, ir tikai zīdītājiem, taču tam ir analogi visos mugurkaulniekos. Tas ir iesaistīts telpiskajā atmiņā un navigācijā zivīm, putniem, rāpuļiem un zīdītājiem.
• Bazālie gangliji ir priekšējo smadzeņu struktūru grupa, kas ir cieši saistīta ar galvas smadzeņu garozu un talāmu. Šķiet, ka bazālo gangliju galvenā funkcija ir darbību izvēle. Tie sūta kavējošus signālus uz visām smadzeņu daļām, kas var radīt darbības. Atbilstošos apstākļos tās atbrīvo inhibīciju, lai darbības radošās sistēmas varētu veikt savas darbības. Balvas un sodi visbūtiskāk ietekmē bazālos ganglijus.
• Galvas smadzeņu garoza ir pelēko šūnu slānis, kas atrodas uz priekšējo smadzeņu virsmas. Tā ir iesaistīta vairākās funkcijās, tostarp oža un telpiskā atmiņa. Zīdītājiem, kur tā dominē smadzenēs, tā kontrolē funkcijas no daudzām apakškortikālajām zonām.
• Smaržas sīpols ir īpaša struktūra, kas apstrādā ožas sensoros signālus (smaržas) un nosūta to uz smadzeņu garozas ožas daļu. Tā ir nozīmīga daudzu mugurkaulnieku smadzeņu sastāvdaļa, bet primātiem tā ir daudz mazāka.

Parādīti atbilstošie cilvēka un haizivs smadzeņu reģioni. Tas, kas atrodas haizivs smadzeņu aizmugurē (vidusdaļā), ir cilvēka smadzeņu apakšdaļā. Haizivs smadzenes (telenhefalons) ir priekšpusē, bet cilvēka smadzenes ir augšpusē.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir mugurkaulnieku smadzenes?

Jautājums: Cik sver pieauguša cilvēka smadzenes?

J: Kāda loma kustībās ir muguras smadzenēm?

J: Kā zīdītāji mācās?

J: Kāda struktūra ļauj zīdītājiem mācīties?

J: Kā atšķiras zemāko dzīvnieku un zīdītāju uzvedība?

Kādas evolūcijas izmaiņas ir notikušas mugurkaulnieku smadzenēs?

Meklēt pēc burta