Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

Продолговатый мозг – ворота в головной мозг человека

Где именно заканчивается спинной мозг и начнется головной (продолговатый), определить не так-то просто. Никакой четкой границы нет: все выглядит так, словно спинной мозг постепенно утолщается и разрастается, плавно переходя в следующий отдел. Обычно границу проводят на уровне затылочного отверстия – там, где тяж нервной ткани выходит за пределы черепа. Немного выше на поверхности ствола уже появляются многочисленные отдельные парные «веточки» черепных (или черепно-мозговых) нервов, о них мы поговорим чуть ниже. Продолжая сравнение с деревом, можно сказать, что «крона» головного мозга находится еще выше, скрывая от взгляда исследователя самую верхнюю часть ствола. По большому счету, ствол мозга – это полноправная (и, как мы убедились, чрезвычайно важная) часть головного мозга. Даже небольшие повреждения на этом уровне грозят по-настоящему тяжелыми и трагическими последствиями, чего не скажешь о большинстве других отделов [4].

Мозговой ствол  – это входные ворота практически для всей информации, поступающей в мозг. Через них же информация отправляется и в обратном направлении: от мозга ко всем органам и тканям.

Поверхность тела особенно богата всевозможными рецепторами, которые определяют температуру (терморецепторы), силу натяжения или давления на поверхность кожи (механорецепторы) и всевозможные повреждения в тканях (болевые рецепторы). Механорецепторы есть не только на коже; специальные их типы расположены в стенках кровеносных сосудов, сердца и полых органов типа желудка (благодаря этому мы чувствуем тяжесть, когда съели слишком много). Механорецепторы в мышцах и связках помогают мозгу оценить, насколько напряжена каждая мышца и как они расположены относительно друг друга. Такие мышечные механорецепторы называются проприоцепторы – они очень важны для правильной координации движений. Если канал связи между мозгом и проприоцепторами прерван, люди не могут нормально двигаться: они буквально теряют управление над мышцами и те ведут себя довольно не предсказуемым для человека образом.

Фактически единственный орган, до которого мозг не дотягивает свои чувствительные нервные окончания, – это… он сам. Мы прекрасно ощущаем, если вдруг в нашем теле что-то «сломалось»: порезана кожа, сломана кость, воспален какой-то внутренний орган – на поверхности и в глубине организма расположены миллионы болевых рецепторов, которые следят за тем, чтобы все находилось в целости и сохранности. Однако в мозге болевых рецепторов нет: именно это позволяет нейрохирургам проводить операции на открытом головном мозге, пока пациент находится в сознании, и не повредить ненароком важную его часть, удаляя опухоль, сосудистую аномалию или участок измененной ткани мозга, которая является причиной эпилептических приступов.

Как и на любой большой магистрали, потоки входящей и выходящей информации вдоль продолговатого мозга и далее в глубь ствола разведены. Сенсорная информация от тела к мозгу идет по тяжам нервных волокон, которые находятся ближе к спине и затылку, а двигательная – от мозга к телу, – наоборот, идет вдоль передней (брюшной) части ствола, расположенной ближе к лицу. Сигналы к мышцам переносят столько нервных волокон, что они образуют очень заметные вздутия на передней поверхности продолговатого мозга – их называют пирамидами. В пирамидах двигательные волокна от первичной моторной коры правого и левого полушария перекрещиваются: кора справа управляет мышцами слева, и наоборот. Различные типы волокон, соединяющие тело с мозгом, перекрещиваются в разных точках вдоль оси нашего тела: такое положение вещей помогает неврологам правильно определить место поражения в нервной системе с помощью оценки того, как нарушается подвижность и чувствительность в разных частях тела пациента.

Помимо того, что продолговатый мозг служит точкой транзита для внушительных потоков информации, которой тело и мозг постоянно обмениваются, у него есть и собственные очень важные задачи.

В продолговатом мозге расположены центры, отвечающие за множество автоматических процессов и рефлекторных реакций. Они обеспечивают правильную работу многих процессов, необходимых для постоянства внутренней среды. Множество небольших скоплений нервных клеток в основании мозга непрерывно следят за тем, как сокращается наше сердце, как идут процессы газообмена – сколько в крови кислорода и углекислого газа, какое сейчас кровяное давление. Если что-то идет не так, центры в продолговатом мозге немедленно запускают рефлекторные реакции, призванные поправить положение дел. В крови не хватает кислорода и многовато углекислого газа? Будем дышать чаще и глубже. Хемочувствительные клетки регулируют не только дыхание и сердцебиение, но и могут запускать рвотный рефлекс, если в крови появляется что-то подозрительное (это очень разумно, учитывая, что самый простой способ отравиться – это съесть что-нибудь ядовитое или протухшее). Кроме нейронов, запускающих рвотный рефлекс, здесь находятся группы нейронов, управляющих другими защитными реакциями: кашлем, чиханием и глотанием.

Правому и левому полушариям мозга дельфинов приходится спать по очереди, иначе дельфин задохнется.

Все эти процессы запускаются без каких-либо сознательных усилий – во-первых, внимание лучше занять более интересными вещами, а во-вторых, все это слишком важно, чтобы сделать произвольным: если человек отвлечется и не успеет вовремя закашляться, когда в трахею что-то попало, он рискует умереть от удушья. Или, например, представьте, что нам приходилось бы сознательно контролировать каждый вдох и выдох от рождения до самой старости – мягко говоря, безрадостная перспектива (особенно с учетом того, что примерно треть жизни мы вообще проводим в «отключке» – во сне – и ничего не можем сознательно контролировать).

Мост и мозжечок

Выше продолговатого мозга начинается следующий отдел – это задний мозг, где расположены мост и мозжечок. Мост – это что-то вроде большого транспортного узла, через который проходит множество нейронных отростков: снизу вверх, сверху вниз, слева направо и справа налево. В основании моста вдоль ствола лежит кортикоспинальный тракт – нервные волокна, которые идут от моторной коры, управляющей сознательными движениями, к спинному мозгу – сверху вниз. Кроме того, в поперечном направлении через мост идет часть проводящих путей, соединяющих правую и левую части мозга.

Особенность работы нашего мозга в том, что левое полушарие отвечает за движение и чувствительность правой половины тела и наоборот. Мост (наряду со спинным и продолговатым мозгом) служит одной из тех точек, где нервные волокна от нейронов, управляющих движениями мышц или несущих информацию от них, пересекают срединную линию, соединяя противоположные половины тела и головного мозга. На уровне моста двигательная информация, которую подкорковые двигательные отделы отправляют вниз к телу, меняет сторону движения на противоположную. В глубине головного мозга есть множество отделов, помогающих моторной коре управлять телом. Они формируют экстрапирамидную систему (в отличие от пирамидной, которая отвечает за сознательные движения), а также берут на себя управление автоматическими действиями и следят за мышечным тонусом, а моторная кора контролирует действия, совершаемые произвольно.

Мозжечок получает собственные копии информации, отправляющейся от мозга к телу и от тела к мозгу. Он сравнивает «желаемое» (то, какое движение нам хотелось бы совершить) с «действительностью» (тем, какое движение мы на самом деле совершаем), вносит коррективы в двигательные команды и отправляет свои «пожелания и предложения» в первичную моторную кору и спинной мозг, управляющие мышцами.

В отличие от больших полушарий, полушария мозжечка контролируют движения именно со своей стороны тела: когда мы делаем что-то правой рукой, нашими движениями управляют правая половина мозжечка, но левая половина двигательной коры больших полушарий. Двигательный контроль в мозге осуществляется в буквальном смысле наперекосяк, по нескольку раз пересекая срединную линию между правой и левой половинами мозга.

Мозжечок находится как раз сверху над мостом, отделенный от него четвертым желудочком – это самая нижняя из полостей мозга со спинномозговой жидкостью. У мозжечка, словно у жучка, есть три пары ножек – верхние, средние и нижние (а у большого мозга, как и у человека, ножек всего одна пара). Ножки состоят из белого вещества – проводящих волокон, связывающих мозжечок с другими отделами нервной системы, которые управляют движениями, формируя потоки входящей и выходящей информации. Нижние и средние ножки работают на вход, то есть несут информацию от спины и мозгового ствола и от коры головного мозга, соединяя мозжечок с мостом; верхние ножки работают на выход: отправляют обработанные в мозжечке сигналы обратно к другим отделам в среднем мозге, таламусе и больших полушариях.

Как известно, мозжечок играет ключевую роль в координации движений (об этом мы поговорим в разделе про движения). Тем не менее задачи мозжечка не ограничиваются только ролью дирижера, который каждое мгновение следит за тем, насколько сокращена или расслаблена каждая из нескольких сотен мышц в нашем теле. Мозжечок важен для переключения внимания между слуховыми и зрительными стимулами, а еще он во многом отвечает за наше восприятие времени.

Отделы заднего мозга координируют позу и осанку, помогают нам быстро вернуть потерянное равновесие. Кроме движений тела, нейроны заднего мозга управляют мимикой и речью, а также многими рефлекторными движениями глаз. Например, когда мы смотрим на пейзаж, проносящийся за окном поезда, наши зрачки чрезвычайно быстро перемещаются из стороны в сторону, позволяя фиксировать отдельные детали в зрительном поле. Такие быстрые неосознаваемые рефлекторные движения глаз называются саккадами. Они помогают нам фокусировать взгляд и не терять ориентацию, координируя между собой движения корпуса, шеи и глаз, когда мы активно двигаемся и одновременно следим за другими перемещающимися объектами.

В мосту, как и в продолговатом мозге, есть свой центр, контролирующий дыхание. Он координирует вдохи и выдохи с другими автоматическими движениями типа жевания и глотания, блокируя вдох, когда пища отправляется из ротовой полости в пищевод. Еще в заднем мозге находится центр, управляющий парадоксальным сном (с быстрыми движениями глаз), – об этом мы поговорим подробнее в разделе о сне.

Средний мозг

Средний мозг – самая высокоуровневая из структур мозгового ствола. Верхняя часть среднего мозга называется крышей; но состоит она не из черепицы, а из холмиков (или бугров). Всего бугров четыре: нижняя пара занимается слуховыми сигналами, верхняя – зрительными. Четверохолмие на крыше мозга играет важную роль в ориентировочных рефлексах: благодаря этим структурам мы можем быстро определить источник новых и заметных сигналов – обернуться на шум или перевести взгляд туда, где замигала лампочка. Особенность этих ориентировочных рефлексов в том, что они происходят без участия сознания. Люди, потерявшие зрение из-за повреждений зрительной коры, тем не менее фиксируют взгляд на неожиданной яркой вспышке света, хоть и не осознают того, что что-то увидели. Все потому, что зрительная информация достигает верхних холмиков независимо от зрительной коры.

Еще выше четверохолмия находится эпифиз – так называемый третий глаз. Он маркирует верхнюю границу между таламусом и стволом, снизу граница проходит вдоль зрительного тракта. Эпифиз чувствителен к световому режиму – тому, когда и сколько света мы видим в течение дня.

В темноте эпифиз вырабатывает мелатонин, который работает как мягкое снотворное, синхронизируя суточные ритмы активности с режимом освещения.

В среднем мозге полость четвертого желудочка сужается и формирует узкий канал со спинномозговой жидкостью под крышей мозга – водопровод. Крыша мозга – это его «потолок», а «пол» этого канала выстилает покрышка мозга. Она состоит из ядер для третьего и четвертого черепных нервов, которые как раз управляют движениями глаз, и представляет собой часть ретикулярной формации (см. ниже).

Отделы среднего мозга участвуют в управлении движениями глаз: они особенно важны для вертикальных движений зрачков, а также контролируют их размер, позволяя глазу адаптироваться к темноте или яркому свету. Здесь также есть центры, связанные с позой и локомоцией. Можно сказать, что все отделы ствола мозга контролируют положение нашего тела в пространстве, но каждый из них играет свою особую роль. Например, повреждения продолговатого мозга могут нарушить чувство равновесия – человек в этом случае постоянно раскоординирован и теряет баланс, мучаясь от головокружений. Повреждения на уровне среднего мозга тоже нарушают контроль положения тела, но в этом случае человек скорее будет принимать ненормальные, но стабильные позы, не теряя равновесия.

В глубине среднего мозга есть небольшой канал для спинномозговой жидкости – это водопровод (или Сильвиев водопровод). Спинномозговая жидкость омывает мозг, поддерживает нужный водно-солевой баланс и снабжает нервные клетки всем необходимым (например, в ней содержатся нейроэндокринные факторы, необходимые для нормальной работы нервных клеток), а еще она работает канализацией, отводящей от нервных клеток продукты жизнедеятельности и токсины. Закупорка этого канала чревата гидроцефалией, то есть избыточным накоплением жидкости в мозге, увеличенным внутричерепным давлением и другими неприятностями. Кроме того, вокруг этого канала сосредоточена важная группа нервных клеток – центральное серое вещество (ЦСВ).

В центральном сером веществе есть нейроны, производящие естественные анальгетики мозга – энкефалины, способные регулировать восприимчивость к боли. Например, очень важно снизить болевую чувствительность, когда предстоит схватка с врагом или бегство от хищника: в таких напряженных условиях все силы и внимание необходимо сосредоточить на противнике – отвлекаться на ссадины и царапины, когда убегаешь от собаки или отбиваешься от хулигана, не только глупо, но и опасно. Когда угроза уйдет, можно будет оценить размер ущерба, а пока погоня или драка не окончены, надо сделать все возможное, чтобы выстоять и оказаться в безопасности.

Внутри мозга нет рецепторов, поэтому операции на мозге нередко проводят в сознании – человек ничего не чувствует.

Еще центральное серое вещество активно участвует в управлении разными формами защитного поведения. От того, какие клетки активны внутри ЦСВ, критически зависит наша реакция на угрозу. Как известно, есть те, кто в момент опасности скорее мобилизуется и бежит/дерется, а есть те, кто при встрече с угрозой застывает на месте и не способен пошевелиться. Так вот, когда у нас неприятности, активную жизненную позицию обеспечивают нейроны ЦСВ, расположенные сверху и по бокам от канала со спинномозговой жидкостью, а вот за паралич воли отвечают нейроны снизу (чуть ближе к месту соединения со спинным мозгом). В такой реакции на опасность тоже есть свой смысл: иногда «прикинуться ветошью» и переждать гораздо разумнее, чем кидаться наутек, гарантированно привлекая к себе внимание врага. К сожалению, когда речь доходит до выбора стратегии поведения, древние структуры в продолговатом мозге руководствуются своей внутренней логикой и совершенно не прислушиваются к тем доводам, которые появляются на следующих уровнях иерархии. Как бы мы ни убивались по поводу того, что не смогли пошевелиться от страха, когда надо было отважно кинуться в схватку (ведь правда на нашей стороне), скорее всего, в следующий раз по-настоящему серьезная буря эмоций опять отключит доводы разума, предоставляя управление горстке нейронов в самой глубине мозга [5].

Ретикулярная формация

Вдоль всего ствола мозга проходит ретикулярная формация – это нервная ткань, в которой нейроны и их отростки расположены хаотично, а не упорядоченными группами и отходящими от них пучками, как в остальном мозге [6, 7]. Это придает нервной ткани сетчатую структуру: «ретикулярный» и переводится с латыни как «сетчатый». Ретикулярная формация объединяет части продолговатого мозга, моста и среднего мозга в единую систему, идущую от спинного мозга к таламусу. Она способна менять режим работы всего организма, регулируя уровень бодрости и концентрации внимания, которые человек способен проявить.

Ретикулярная формация проходит через сердцевину ствола мозга и получает информацию от всех сенсорных и двигательных систем и отделов мозга, расположенных неподалеку. Это одна из древних систем выживания, которая координирует рефлексы и простые формы поведения, она задает ритм сердечных сокращений, управляет чередованием вдохов и выдохов, контролирует темп выполнения простых стереотипных движений.

В ретикулярной формации находятся группы клеток, вырабатывающие важные нейромедиаторы – ацетилхолин и моноамины серотонин, дофамин и норадреналин. Они связаны с мотивацией, настроением, энергичностью, возбуждением. Здесь же расположены группы нервных клеток, контролирующие пульс, артериальное давление и пищеварение, восприятие боли, частоту и глубину дыхания (когда мы не следим за вдохами и выдохами), положение и перемещение тела в пространстве, напряженность мышц, режим сна и бодрствования. Кроме того, координируются процессы, способные по первому тревожному сигналу быстро перевести человека в режим боевой готовности: только что человек клевал носом, развалившись на диване, не мог сосредоточиться на книге, но вдруг страшный грохот в соседней комнате словно переключает невидимый тумблер. Человек тут же вскакивает, напряженно оглядываясь: сон как рукой сняло, сердце бешено стучит, все внимание поглощено тем, что же случилось за дверью. Такую неспецифическую реакцию на неожиданные и заметные внешние стимулы обеспечивает как раз активирующая система внутри ретикулярной формации.

Черепные нервы

Все черепные нервы, за исключением первых двух пар – обонятельного и зрительного, – входят в мозг на уровне мозгового ствола [5]. Черепные нервы – обязательный пункт программы для студентов, изучающих нейробиологию: во-первых, через них мозг получает информацию от органов чувств: обонятельный, преддверно-улитковый и зрительный нервы несут информацию о запахах, звуках и том, что происходит в поле нашего зрения, а отдельные части лицевого, языкоглоточного и подъязычного нервов отвечают за вкусовое восприятие. Кроме того, через черепные нервы мозг управляет мышцами головы и шеи. Благодаря этому мы можем не только жевать, показывать язык и улыбаться, но и переводить взгляд с объекта на объект, а еще крутить головой и пожимать плечами. Единственная белая ворона в дружной семье черепных нервов, контролирующих голову и шею, – это блуждающий нерв. Он тоже берет на себя некоторые «головные» функции – иннервирует глотку и гортань, собирая сенсорную информацию и передавая обратно двигательную. Однако самые длинные его отростки уходят далеко вниз, к органам грудной клетки и брюшной полости: он успокаивает пульс, расслабляет кровеносные сосуды и активизирует пищеварение, когда организм переключается из режима «бей и беги» в режим «отдыхай и переваривай».

У человека 12 пар черепных нервов, и 10 из них отходят от ствола головного мозга

Черепные нервы оканчиваются в ядрах – специализированных группах клеток, которые получают или отправляют информацию по своим нервам. Ядра, расположенные в стволе мозга, чрезвычайно важны для нормальной работы всех черепных нервов, за исключением обонятельного.

Бабочка, запертая в скафандре

«Скафандр и бабочка» – это название книги, которая вышла во Франции 7 марта 1997 года. Ее автор, Жан-Доминик Боби, диктовал текст рукописи в течение многих месяцев, будучи запертым в собственном теле [4].

Боби работал главным редактором журнала Elle до декабря 1995 года, когда в результате обширного инсульта в области ствола головного мозга он впал в кому. Через 20 дней он пришел в сознание, однако обнаружил, что не может пошевелиться – повреждения в области моста привели к полному двигательному параличу. Инсульт разъединил верхнюю часть ствола и переднюю часть мозга с тем, что располагалось ниже: нижней частью ствола, спинным мозгом и остальным телом. Помимо того что Боби не мог пошевелить телом, он не был способен жевать и глотать и за 20 недель потерял 27 кг. Единственное, чем Боби мог управлять произвольно, были движения левым глазом.

Несмотря на тяжесть своего состояния, Боби полностью сохранил высшие нервные функции: он продолжал чувствовать и мыслить, мучительно переживая то, что теперь бабочка его разума заперта в скафандре тела, управлять которым он больше не мог.

Инсульт в области моста частично повредил способность Боби ощущать свое тело и лицо, но не до конца: он чувствовал онемение, покалывание и жгучую боль в отдельных частях тела.

Жан-Доминик Боби хотел поделиться с миром своей историей. Используя для связи с миром единственную возможность произвольного движения – моргание глазом, – Боби смог надиктовать текст своей книги с помощью ассистентки. Она диктовала буквы французского алфавита, а Боби моргал, когда слышал нужную ему букву.

«До тех пор мне никогда не доводилось слышать о мозговом стволе. В тот день я совершенно неожиданно обнаружил для себя эту основную деталь нашего бортового компьютера, непременную связующую нить между мозгом и нервными окончаниями, когда сердечно-сосудистое нарушение вывело вышеупомянутый ствол из строя. Прежде это называли кровоизлиянием в мозг, и от этого попросту умирали. Развитие реанимационных технологий усовершенствовало кару. Выжить можно, но при этом заполучишь то, что англосаксонская медицина и окрестила как раз locked-in syndrome: парализованный с головы до ног пациент замурован в собственном теле, он мыслит, но этого не видно, и единственным средством общения становится левый глаз, которым человек может моргать» [8].

Спустя два дня после выхода своей книги Жан-Доминик Боби умер от пневмонии. Его книга стала бестселлером: она была издана в 30 странах миллионными тиражами.

Полтора года жизни, уготованные безголовому цыпленку Майку, сохранившему невредимым ствол и лишившемуся передних отделов мозга, и полтора года жизни, которые суждено было прожить писателю Жану-Доминику Боби после повреждений в стволе, разительно отличались – как отличаются и задачи тех отделов, что поддерживали в них эту жизнь.

Глава 2

Что находится выше мозгового ствола? Краткий путеводитель по строению мозга

Рассказ о мозге невозможен без знакомства с терминологией. Если мы хотим научиться ездить на автомобиле, неплохо бы отличать капот от багажника, пассажирское кресло – от кресла водителя, выучить, где находятся педали тормоза, газа и переключения передач, а также названия и смысл деталей, рычагов и кнопок, которые придется использовать водителю. Иначе инструктор просто не сможет объяснить нам, как всем этим пользоваться.

С мозгом примерно так же: наша психика устроена очень сложно, а мозг «оборудован» множеством важных штучек, отвечающих за те или иные процессы.