Головной мозг располагается в полости черепа. Вес мозга новорожденного малыша составляет примерно 380 грамм у мальчика и 350 грамм у девочки. В течение 5 лет после рождения вес мозга стремительно растет и в возрасте 6 лет мозг практически окончательно сформировывается в своих размерах (на 90%). В 25 лет мозг останавливается в своем росте, а его масса составляет коло 1400-1500 грамм.
Человеческий мозг подразделяется на несколько отделов, каждый из которых выполняет свои предопределенные функции. При визуальном срезе мозга, основные отделы представляются следующим образом.
- Большие полушария (конечный мозг)
Конечный мозг, который включает в себя правое и левое полушария, мозолистое тело, полосатое тело и обонятельный отдел, выступает в роли наиболее развитого отдела. Полушария подразделяются на 4 ключевые доли:
- Лобная
- Теменная
- Затылочная
- Височная
Лобная доля отвечает за двигательные возможности, теменная – за терморегулирование, затылочная и височная доли – содержат зрительные и соответственно слуховые и обонятельные центры.
- Промежуточный отдел
Располагается в передней части среднего мозга. Функциями данного отдела является поддерживание температуры тела, кровяного давления, координация работы внутренних органов, а также регулирование двигательных рефлексов. Именно через этот отдел проходят все чувствительные пути к конечному мозгу.
Включает в себя:
- Таламус
- Гипоталамус
- Третий желудочек
- Средний отдел
Является наименьшим из всех отделов мозга и продолжает путь моста. Выполняет следующие функции:
- Двигательные
- Сенсорные
- Регулирующие
- Задний мозг (мост и мозжечок)
Мозжечок и мост представляют единую структуру. Мост выполняет соединяющие функции, а именно связывает полушария мозжечка. Непосредственно мозжечок находится за продолговатым отделом мозга, в затылочной области и отвечает за двигательную координацию и поддержание равновесия тела.
- Продолговатый отдел
Данный мозговой отдел продолжает путь спинномозгового отдела. Он управляет такими функциями, как дыхание, сердечная деятельность, пищеварение, также защитными рефлексами.
Возможно ли изменение структур мозга под влиянием внешних факторов
Многочисленные исследования показывают, что наш мозг реагирует на абсолютно все различные изменения. Однако, в зависимости от состояния человека или методе воздействия на его, мозг работает по-разному.
Для того чтобы наглядно разобрать как мы видим мозг при различных способах воздействия на него, были проведен эксперимент с использованием МРТ диагностики:
Чтобы понять, как работает мозг счастливого человека, ученые из Японии провели исследование, которое показало, что мозг у счастливых людей вырабатывает большее количество серого вещества в предклинье, чем у несчастливых людей. Предклинье – это малая часть мозга, которая заложена в теменной доле. Ученые утверждают, что эта часть отвечает за наше самосознание и зрительно-пространственное восприятие образов.
Исследование показало, что более счастливые люди обладают более высокими показателями серого вещества в предклинье. По мнению ученых, есть прямая связь между происходящими в мозге явлениями и ощущением удовлетворенности своей жизнью.
Следовательно, любые внешние раздражители могут менять нашу мозговую структуру, однако, каждый отдельный случай по-разному воздействует на наш мозг.
Может сильно меняться в зависимости от условий окружающей среды. Таким образом, транскриптом характеризует функциональную активность одной клетки, группы клеток, определенной ткани или даже целого организма. Специалисты из Института Аллена под руководством Аллана Джонса составили транскриптомный атлас мозга человека, который позволит не только расширить наши знания о функциях отдельных зон мозга, но и лучше понять причины заболеваний центральной нервной системы.
Эта работа заняла первое место в номинации «лучшее новостное сообщение» конкурса « »-2012.
Спонсор конкурса - дальновидная компания Лайф Текнолоджиз .
От простого к сложному
В 2001 Поль Аллен основал в Сиэттле (США) Институт исследования мозга (Allen Brain Institute). Поскольку начинать сразу с мозга человека было бы слишком самонадеянно, первым проектом Института стал Allen Mouse Brain Atlas - атлас транскриптома головного мозга мыши. Проект был начат в 2004 году и завершен за 2 года.
Целью этого исследования было, во-первых, подробное гистологическое изучение морфологии мозга, а во-вторых, исследование транскриптома с помощью гибридизации in situ (см. врезку). Результат представляет собой полноценную базу данных, где собрана информация о том, в каком участке мозга какие гены работают. Данные представлены как в виде фотографий классических срезов мозга, так и в виде цифрового трехмерного изображения (рис. 1).
Важной особенностью проекта Allen Mouse Brain Atlas было решение авторов выложить все результаты в открытый доступ по адресу www.brain-map.org , где любой желающий может найти информацию об экспрессии конкретного гена в конкретной зоне. Все данные доступны для скачивания, а для опытных пользователей был разработан ряд программ, например NeiroBlast, который позволяет находить гены с одинаковым паттерном экспрессии.
За шесть лет Allen Mouse Brain Atlas стал важным источником информации для экспериментальных работ, в том числе при изучении работы дофаминэргической системы мозга , аддиктивного поведения , разработке моделей для исследования заболеваний нервной системы и многих других. Интересно, что атлас использовался не только учеными, работающими с мышами, но и теми, кто использует в своих исследованиях крыс , дрозофил и даже нематод .
Работа над картой мозга мыши позволила оптимизировать экспериментальные методы для автоматизированной потоковой работы, разработать необходимое программное обеспечение и способы обработки больших массивов данных. Благодаря приобретенному опыту Институт Аллена смог приступить к построению транскриптомной карты головного мозга человека.
Раздел для любителей технических деталей
Две основные методики этого исследования Allen Brain Atlas называются гибридизацией in situ и методом РНК-микрочипов (по-английски его обычно называют microarray ). Оба они основаны на принципе комплементарности азотистых оснований.
Гибридизация in situ
Образование водородных связей по принципу комплементарности между первой молекулой РНК (исходно присутствующей в клетке) и второй (созданной экспериментатором) с образованием двуцепочечного комплекса называется гибридизацией. In situ (лат. «на месте») добавляют к названию метода, т.к. гибридизация РНК в этом случае производится непосредственно там, где клетки производят РНК - в образце ткани. Если пометить комплементарную молекулу РНК и обработать раствором таких молекул образец ткани, то можно визуализировать клетки, производящие данную РНК.
См. также ролики:
- DNA Test Methods - Hybridisation (о гибридизации)
- In Situ Hybridization (о методе и его применении в биологии развития)
РНК-микрочипы
Метод микрочипов также основан на способности РНК к гибридизации. Этот метод можно использовать в крупномасштабных скринингах для регистрации малого количества РНК с высокой чувствительностью.
По масштабу проект Алленовского атласа человеческого мозга можно сравнить с проектом «Геном человека»*. Прежде всего, этот атлас дает надежды на успешный поиск новых подходов к лечению заболеваний нервной системы, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, аутизм и т.п. Разработанный метод анализа позволит сравнивать транскриптомы мозга больных со здоровым контролем, что даст возможность понять молекулярные основы заболевания. Сравнение транскриптома мозга человека и приматов позволит разобраться со многими вопросами эволюции человека (например, почему люди так преуспели в вербальной коммуникации и при чем тут печально известный «ген речи» ).
* - Довольно подробный разбор этой программы приводится в статье « ». - Ред.
Большой интерес представляет исследование функций малоизученных генов, экспрессия которых была обнаружена при составлении атласа. Вероятно, они могут пролить свет на ранее неизвестные или малоизученные аспекты работы мозга и его взаимодействия с другими органами, как например, недавнее открытие роли гена COMT в проявлении эффекта плацебо .
Одним словом, сегодня еще рано судить обо всех возможностях, открывающихся с появлением атласа транскриптома мозга человека, однако не будет преувеличением сказать, что нейробиологи получили новый мощный инструмент для своих исследований.
Литература
- Lau С. et al. (2008). Exploration and visualization of gene expression with neuroanatomy in the adult mouse brain . BMC Bioinformatics 9, 153;
- Alavian K.N., Simon H.H. (2009).
Не самым ли, загадочным органом человеческого организма является головной мозг человека и атлас головного мозга уже есть в интернете! Ученые веками пытаются разгадать тайны головного мозга, которые, с одной стороны, привлекают своей неразгаданностью, а с другой, отпугивают глубиной и неизведанность. Но как бы там ни было, ученые снова и снова пытаются поставить точку в изучении этого жизненно важного органа, делая небольшие шаги на пути к своей цели.
Ученые Алле Нивского института исследований головногo мозга в Сиэтле не стали исключением — недавно они составили весьма необычную кaрту — атлас головного мозга человекa. Созданную карту исследователи выложили в Интернет. В основе атласа — данные полученные в ходе изучения головного мозга двух умерших мужчин и одного полушария мозга еще одного мужчины. Ученые выразили намерение в скором будущем детально «рaзобрать» мозг женщины.
По словам профессорa Сета Гранта из Эдинбургского университетa, созданный недавно атлас, позволяет впервые в истории науки, наложить человеческий геном нa мозг. В настоящее время ученые уже успели записать данные об aктивности 20 000 генов, сообщaет The Daily Mail. Исследовaтели убеждены, что атлас позволит лучшe понять принципы работы мозгa людей, а также дaст возможность понять и изучить связи между мoзгом и геномом. Кроме того, исследование можно считать огромным прорывом на пути к освоению и понимания процессов деятельности сeрого вещества.
«Чeловеческий мозг является сложной структурой, когда-либо известной людям, и одной из основных проблем современной биологии, которая пытается понять, как oн сформирован и устроен, — говорит профессор Сет Грант — Наше исследование и разработанный нами атлас позволяет понять, как генетические нарушения могут влиять на заболевания головного мозга.
Кстати, идея создания мозгового атласа принадлежит отнюдь не ученым. Она зародилась в голове одного из основателей Microsoft Пола Аллена. Собственно, он и выложил за неe сотни миллионов долларов. А помогала миллиардеру нaучная группa под руководством трех нобелевских лaуреатов.
Напомним также, что Полу Аллену удалось преодолеть рак четвертой степени. Теперь мужчина больше всего хочет вырвaть медицину из первобытного состояния, когдa врачи часто лечат больных, даже не пытаясь понять глубинные процессы, которые происходят в человеческом организме.
Кстати, более половины своего 15-миллиaрдного состояния Аллен после своей смерти остaвит созданному им институту.
Смотрим небольшое видео Головной мозг человека и атлас головного мозга
Головной мозг человека и атлас головного мозга Головной мозг человека и атлас головного мозга Головной мозг человека и атлас головного мозга
Трехмерный атлас человеческого мозга создан с беспрецедентной точностью, это результат 10-летней работы международной группы нейробиологов.
Точнейший атлас головного мозга человека, названный Big Brain, представляет сведения о мозге одного определенного человека. Это была 65-летняя женщина, при жизни не страдавшая ни психическими, ни неврологическими заболеваниями. Ученые парафинировали ее мозг, а затем нарезали получившийся твердый препарат тонкими слоями с помощью микротома и визуализировали получившиеся срезы с точностью в 20 микрометров, в 50 раз превышающей одномиллиметровое разрешение обычных изображений сканирования головного мозга. Авторы работы считают, что атлас Big Brain показывает организацию нейронов с такой точностью, что можно пересмотреть результаты прежних анатомических исследований. «Качество прошлых карт можно сравнить с картами Земли, которые создавались в XVII веке и выдавались за лучшие образцы картографии», комментирует достижение эксперт Nature News нейробиолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (Washington University in St.Louis) Дэвид Ван Эссен (David van Essen). «Пространственное разрешение МРТ в 1мм не позволяло разглядеть микроструктуры мозга», - пояснила изданию The Scientist Катрин Амунтс (Katrin Amunts) из Исследовательского союза Аахен-Юлих (Julich Aachen Researce Alliance) в Германии. Созданный под ее руководством атлас Big Brain описан в Science (20 June, 2013).
В атласе собраны 7400 срезов головного мозга, каждый из которых тоньше человеческого волоса. Визуализация сечений с помощью микроскопа заняла в сумме 1000 часов и сгенерировала 10 триллионов байт информации. Суперкомпьютеры в Канаде и в Германии обрабатывали ее год за годом, преобразовывая полученные изображения в трехмерную форму и корректируя дефекты поверхности каждого слоя, шероховатости, которые могли возникнуть в ходе приготовления срезов. Весь атлас в скором времени появится в открытом доступе в интернете, сообщает Nature News. Big Brain – это часть проекта «Головной мозг человека» (Human Brain Project), 10-летней европейской инициативы по созданию суперкомпьютерной модели человеческого мозга, которая обойдется в 1 миллиард евро. Хотя атлас представляет данные только об одном персональном мозге, это важная отправная точка для будущей интерпретации данных по мозгу других людей, считает ван Эссен, сравнивая проект Big Brain с секвенированием первого генома человека. Полученный атлас будет служить ориентиром, справочной базой, с которой будут сверяться поступающие данные. Для начала авторы этой работы планируют сопоставить сведения из нового атласа с информацией, полученной на сегодняшний день Институтом мозга Пола Аллена (Paul Allen Institute for Brain Science) в Сиэтле, который занимается сходными исследованиями. Американские ученые получают структурные данные с несколько меньшим разрешением, чем в проекте Big Brain, однако атлас Института Аллена содержит подробные аннотации и карты экспрессии генов в головном мозге. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».
Wikimedia Commons
Американские ученые составили полный атлас человеческого мозга, имеющий самое высокое разрешение на сегодняшний день. Его интерактивная электронная версия доступна на соответствующем ресурсе, а печатная заняла весь текущий выпуск .
Детальное описание анатомической и микроскопической структуры мозга необходимо для понимания его развития, функций и заболеваний. Однако имеющиеся атласы человеческого мозга гораздо менее подробны (в плане как полноты, так и разрешения), чем атласы мозга червей, мух или птиц. Причина этого заключается в технических ограничениях, вызванных размером и сложностью устройства мозга человека.
Для создания своего атласа сотрудники Алленовского института исследований мозга применили ряд лучевых и гистологических методик визуализации. На первом этапе работы они провели магнитно-резонансную и диффузионно-тензорную томографии цельного мозга, извлеченного при вскрытии 34-летней женщины. После этого из мозга приготовили микросрезы целых полушарий и провели их микроскопию по веществу Ниссля и с иммуногистохимическим окрашиванием, для чего ученым пришлось разработать специальный сканер. В итоге получилось 1356 крупноформатных изображений с разрешением в микрометр на пиксель, что соответствует размерам одной клетки. Использование одного и того же мозга позволило интегрировать полученные при томографии и микроскопии данные в целостный источник информации.
Интерфейс атласа
Allen Brain Atlas
Allen Human Brain Reference Atlas содержит информацию о 862 отделах мозга, в том числе 117 пучках белого вещества и нескольких структурах, не выделенных ранее. Описание новой коры (неокортекса) проведено по отдельным извилинам, бороздам и модифицированным цитоархитектоническим полям Бродмана . Оно позволяет связать анатомические и клеточные особенности этих структур.
Интерактивный цифровой атлас также интегрирован с созданным в Алленовском институте ранее атласом экспрессии генов в мозге.
«Атлас представляет собой отход от классических изданий в плане формата публикации. На сегодняшний день он один совмещает строгость рецензируемой научной публикации с представлением в форме книги и общедоступного интерактивного онлайн-ресурса», - заявил участник проекта и главный редактор Journal of Comparative Neurology Патрик Хоф (Patrick Hof).
Allen Human Brain Reference Atlas предназначен для неврологов, нейробиологов, ученых других специальностей и просто любителей науки. Авторы планируют дополнить его картами мозга, полученными в ходе функциональных и цитологических исследований. Такими дополнениями могут послужить, например, детальная карта функциональных участков коры мозга, с применением машинного обучения, и карта семантического словаря мозга, с помощью функциональной МРТ.
Недавно японским ученым впервые создать полную модель нейрональных связей (коннектома) одного полушария мозга плодовой мухи дрозофилы.