Ihmisen aivot ( lat. encephalon ) on keskushermoston elin , joka koostuu monista toisiinsa liittyvistä hermosoluista ja niiden prosesseista .
Ihmisen aivot kattavat melkein koko kallon aivoosan ontelon , jonka luut suojaavat aivoja ulkoisilta mekaanisilta vaurioilta. Kasvu- ja kehitysprosessissa aivot ottavat kallon muodon .
Kirjallisuus tarjoaa erilaisia arvioita ihmisen aivoissa olevien neuronien määrästä. Erään arvion mukaan aikuisen miehen aivoissa on keskimäärin 86,1 ± 8,1 miljardia hermosolua ja 84,6 ± 9,8 miljardia ei-hermosolua. Samaan aikaan aivokuoressa on 19 % hermosoluista [1] . Muiden arvioiden mukaan ihmisen aivoissa on 90-96 miljardia neuronia [2] [3] .
Aivot kuluttavat 50 % maksan tuottamasta glukoosista, joka tulee vereen ravintoon [4] .
Ihmisen aivojen massa vaihtelee 1000 grammasta yli 2000 grammaan, mikä on keskimäärin noin 2 % kehon painosta. Miesten aivojen keskimääräinen massa on 100-150 grammaa enemmän kuin naisten aivoilla , mutta tilastollista eroa aikuisten miesten ja naisten ruumiin ja aivojen koon välillä ei löydetty [5] . Yleisesti uskotaan, että ihmisen henkiset kyvyt riippuvat aivojen massasta: mitä suurempi aivojen massa, sitä lahjakkaampi henkilö. On kuitenkin selvää, että näin ei aina ole [6] . Esimerkiksi I. S. Turgenevin aivot painoivat 2012 [7] [8] ja Anatole Francen aivot - 1017 g [9] . Raskaimmat aivot - 2850 g - löydettiin henkilöltä, joka kärsi epilepsiasta ja idioottisuudesta [10] [11] . Hänen aivonsa olivat toiminnallisesti vialliset. Siksi aivojen massan ja yksilön henkisten kykyjen välillä ei ole suoraa yhteyttä.
Suurissa näytteissä lukuisat tutkimukset ovat kuitenkin löytäneet positiivisen korrelaation aivomassan ja henkisten kykyjen välillä sekä tiettyjen aivoalueiden massan ja erilaisten kognitiivisten kykyjen indikaattoreiden välillä [12] [13] . Useat tutkimukset osoittavat, että aivojen koko, joka riippuu lähes kokonaan geneettisistä tekijöistä, ei voi selittää suurinta osaa älykkyysosamäärän eroista [14] [15] [16] . Argumenttina Amsterdamin yliopiston tutkijat viittaavat merkittävään kulttuuritason eroon Mesopotamian ja Muinaisen Egyptin sivilisaatioiden ja niiden jälkeläisten välillä Irakissa ja nykyaikaisessa Egyptissä [17] .
Aivojen kehitysastetta voidaan arvioida erityisesti selkäytimen ja aivojen massan suhteen perusteella. Joten kissoilla se on 1:1, koirilla - 1:3, alemmilla apinoilla - 1:16, ihmisillä - 1:50. Yläpaleoliittisen ajan ihmisillä aivot olivat huomattavasti (10–12 %) suuremmat kuin nykyihmisen [18] - 1:55–1:56.
Useimpien ihmisten aivojen tilavuus on 1250-1600 kuutiosenttimetriä ja se on 91-95 % kallon tilavuudesta. Aivoissa on viisi osaa: medulla oblongata ; takaosa , mukaan lukien silta , pikkuaivot ja epifyysi ; keskellä ; välituote; ja etuaivot , joita edustavat aivopuoliskot . Yllä olevan osastoihin jaon lisäksi koko aivot on jaettu kolmeen suureen osaan:
Aivokuori peittää kaksi aivopuoliskoa: oikean ja vasemman.
Aivot, kuten selkäydin, on peitetty kolmella kalvolla: pehmeä, arachnoid ja kova.
Aivojen pehmeä eli verisuonikalvo ( lat. pia mater encephali ) on suoraan aivojen aineen vieressä, menee kaikkiin uurteisiin, peittää kaikki kierteet. Se koostuu löysästä sidekudoksesta, jossa lukuisat suonet haarautuvat ruokkien aivoja. Suonikalvosta lähtevät ohuet sidekudosprosessit, jotka menevät syvälle aivojen massaan.
Aivojen arachnoidikalvo ( lat. arachnoidea encephali ) on ohut, läpikuultava, siinä ei ole suonia. Se sopii tiukasti aivojen kierteisiin, mutta ei mene uurteisiin, minkä seurauksena verisuonten ja araknoidisten kalvojen väliin muodostuu subarachnoidisia vesisäiliöitä , jotka on täytetty aivo-selkäydinnesteellä, minkä ansiosta araknoidi saa ravintoa. Suurin, pikkuaivojen pitkulainen säiliö sijaitsee neljännen kammion takana, neljännen kammion mediaaniaukko avautuu siihen; lateraalisen kuopan vesisäiliö sijaitsee aivojen lateraalisessa uurteessa; interpeduncular - aivojen jalkojen välissä; vesisäiliön risteys - visuaalisen chiasman (risteys) paikassa.
Dura mater encephali ( lat. dura mater encephali ) on luukalvo kallon luiden sisäaivopinnalle . Tässä kuoressa havaitaan ihmiskehon suurin kipureseptoripitoisuus , kun taas itse aivoissa ei ole kipureseptoreita (katso Päänsärky ).
Dura mater on rakennettu tiheästä sidekudoksesta, vuorattu sisältä litteillä kostutetuilla soluilla, sulautuu tiiviisti kallon luihin sen sisäpohjan alueella. Kovan ja araknoidisen kalvon välissä on subduraalinen tila, joka on täynnä seroosia.
Medulla oblongata ( lat. medulla oblongata ) kehittyy viidennestä aivorakkulasta (lisä). Medulla oblongata on selkäytimen jatke, jonka segmentaatio on heikentynyt. Medulla oblongatan harmaa aine koostuu yksittäisistä aivohermojen ytimistä. Valkoinen aine on selkäytimen ja aivojen polkuja, jotka ulottuvat ylöspäin aivorunkoon ja sieltä selkäytimeen.
Medulla oblongatan etupinnalla on anteriorinen keskihalkeama, jonka sivuilla on paksuuntuneita valkoisia kuituja, joita kutsutaan pyramideiksi. Pyramidit kapenevat, koska osa niiden kuiduista kulkee vastakkaiselle puolelle muodostaen risteyksen pyramideille, jotka muodostavat lateraalisen pyramidin polun. Valkoisten kuitujen se osa, joka ei risteä, muodostaa suoran pyramidin reitin.
Silta ( lat. pons ) on ytimen yläpuolella. Tämä on paksunnettu tela, jossa on poikittain järjestetyt kuidut. Sen keskellä kulkee pääura, jossa sijaitsee aivojen päävaltimo. Vaon molemmin puolin on havaittavissa pyramidin muotoisten kulkureittien muodostamia kohoumia. Silta koostuu suuresta määrästä poikittaisia kuiduja, jotka muodostavat sen valkoisen aineen - hermokuidut. Kuitujen välissä on paljon harmaan aineen kertymiä, jotka muodostavat sillan ytimet. Jatkaen pikkuaivoon, hermosäikeet muodostavat sen keskijalat.
Pikkuaivo ( latinalainen cerebellum ) sijaitsee sillan takapinnalla ja pitkiäinen ydin takakallon kuoppassa. Se koostuu kahdesta pallonpuoliskosta ja matosta, joka yhdistää pallonpuoliskot toisiinsa. Pikkuaivojen massa on 120-150 g.
Pikkuaivot erotetaan aivoista vaakasuoralla halkealla, jossa kovakalvo muodostaa kallon takakuopan päälle venyneen pikkuaivoteltan. Jokainen pikkuaivojen puolipallo koostuu harmaasta ja valkoisesta aineesta.
Pikkuaivojen harmaa aine sisältyy valkoisen päälle aivokuoren muodossa. Hermoytimet sijaitsevat pikkuaivojen puolipalloissa, joiden massaa edustaa pääasiassa valkoinen aine. Puolipallojen aivokuori muodostaa yhdensuuntaisia uurteita, joiden välissä on samanmuotoisia kierteitä. Urat jakavat pikkuaivojen jokaisen pallonpuoliskon useisiin osiin. Yksi osista - pikkuaivojen keskijalkojen vieressä oleva pala - erottuu enemmän kuin muut. Se on filogeneettisesti vanhin. Madon läppä ja solmu näkyvät jo alemmissa selkärankaisissa ja liittyvät vestibulaarilaitteen toimintaan.
Pikkuaivojen aivopuoliskon aivokuori koostuu kahdesta hermosolukerroksesta: uloimmasta molekyylistä ja rakeisesta. Kuoren paksuus 1-2,5 mm.
Pikkuaivojen harmaa aine haarautuu valkoisena (pikkuaivojen mediaaniosassa näet kuin ikivihreän tujan oksan), joten sitä kutsutaan pikkuaivojen elämänpuuksi.
Pikkuaivot on yhdistetty aivorunkoon kolmella parilla jalkoja. Jalkoja edustavat kuitukimput. Pikkuaivojen alaraajat menevät pitkittäisytimeen ja niitä kutsutaan myös köysikappaleiksi. Niihin kuuluu taka-aivo-selkäydinkanava.
Pikkuaivojen keskimmäiset (sillat) jalat on yhdistetty ponsiin, joissa poikittaiset kuidut kulkevat aivokuoren hermosoluihin. Keskijalkojen läpi kulkee aivokuoren siltareitti, jonka ansiosta aivokuori vaikuttaa pikkuaivoon.
Pikkuaivojen yläjalat valkoisten kuitujen muodossa menevät keskiaivojen suuntaan, missä ne sijaitsevat väliaivojen jalkoja pitkin ja ovat lähellä niitä. Ylimmät (kallon) pikkuaivovarret koostuvat pääasiassa sen ytimistä peräisin olevista kuiduista ja toimivat pääväylänä impulssien johtamiselle thalamus opticukseen , hypotalamukseen ja punaisiin ytimiin.
Jalat sijaitsevat edessä ja rengas takana. Renkaan ja jalkojen välissä on keskiaivojen akvedukti (Sylvius-akvedukti). Se yhdistää neljännen kammion kolmanteen.
Pikkuaivojen päätehtävä on liikkeiden refleksikoordinointi ja lihasjännityksen jakautuminen.
Väliaivojen kansi ( lat. mesencephalon ) on sen kannen yläpuolella ja peittää väliaivojen vesijohdon ylhäältä. Kannessa on renkaan levy (quadremium). Kaksi ylempää kumpua liittyvät visuaalisen analysaattorin toimintaan, toimivat visuaalisiin ärsykkeisiin suuntautuvien refleksien keskusina, ja siksi niitä kutsutaan visuaaliseksi. Kaksi alempia tuberkuloita ovat kuuloisia, ja ne liittyvät suuntautuviin reflekseihin ääniärsykkeisiin. Supercolliculit on liitetty välikalvon lateraalisiin geniculate-kappaleisiin yläkahvojen avulla, ja alemmat colliculit on yhdistetty alempien kahvojen avulla mediaalisiin sukuelimiin.
Rengaslevystä alkaa selkäydin, joka yhdistää aivot selkäytimeen. Efferenttiimpulssit kulkevat sen läpi vasteena visuaalisille ja kuuloärsykkeille.
Aivot on jaettu uurteen avulla kahdeksi pallonpuoliskoksi (Hemisphaerium cerebri): vasemmalle ja oikealle. Aivopuoliskoihin kuuluvat: aivokuori (viitta) , tyvihermot , hajuaivot ja sivukammiot . Aivopuoliskoja erottaa pitkittäinen halkeama, jonka syvennyksessä on niitä yhdistävä corpus callosum . Jokaisella pallonpuoliskolla erotetaan seuraavat pinnat:
Jokaisessa pallonpuoliskossa on osia, jotka ulkonevat eniten: edessä - etunapa, takana - takaraivonapa, sivulla - temporaalinen napa. Lisäksi suurten aivojen kukin puolipallo on jaettu neljään suureen lohkoon: frontaalinen, parietaalinen, takaraivo ja ajallinen. Aivojen lateraalisen kuopan syvennyksessä on pieni lohko - saareke. Puolipallo on jaettu lohkoihin uurteiden avulla. Syvin niistä on lateraalinen tai lateraalinen, sitä kutsutaan myös Sylvivaoksi. Lateraalinen sulcus erottaa ohimolohkon edestä ja parietaalista. Puolipallojen yläreunasta keskisulcus eli Rolandin uurre laskeutuu alas. Se erottaa aivojen etulohkon parietaalista. Takarautaliuska erotetaan parietaalisesta vain puolipallojen mediaalisen pinnan puolelta - parietaali-okcipitaalisesta urasta.
Aivopuoliskot ovat ulkopuolelta peitetty harmaalla aineella muodostaen aivokuoren eli viitta. Aivokuoressa on 15 miljardia solua, ja jos otamme huomioon, että jokaisella niistä on 7-10 tuhatta yhteyttä naapurisolujen kanssa, voimme päätellä, että aivokuoren toiminnot ovat joustavia, vakaita ja luotettavia. Aivokuoren pinta kasvaa merkittävästi uurteiden ja kiertymien vuoksi. Fylogeneettinen aivokuori on aivojen suurin rakenne, sen pinta-ala on noin 220 tuhatta mm 2 .
Aikuisen miehen aivot ovat keskimäärin 11–12 % raskaammat ja tilavuudeltaan 10 % suuremmat kuin naisen [19] [20] , mikä vastaa sukupuolten välistä painon ja koon eroa. Miesten ja naisten kehon ja aivojen suhteen välillä ei havaittu tilastollista eroa [21] [5] . Tomografiset skannausmenetelmät ovat mahdollistaneet naisten ja miesten aivojen rakenteen erojen kokeellisen kirjaamisen [22] [23] . On todettu, että miehen aivoilla on enemmän yhteyksiä aivopuoliskon sisällä olevien vyöhykkeiden välillä ja naisten aivoilla on enemmän yhteyksiä aivopuoliskojen välillä. Nämä erot aivojen rakenteessa olivat selkeimpiä, kun verrattiin 13,4–17-vuotiaita ryhmiä. Kuitenkin iän myötä naisten aivoissa yhteyksien määrä puolipallojen vyöhykkeiden välillä lisääntyi, mikä minimoi aiemmin selvät rakenteelliset erot sukupuolten välillä [23] .
Samaan aikaan, vaikka naisten ja miesten aivojen anatomisessa ja morfologisessa rakenteessa on eroja, ei ole olemassa ratkaisevia merkkejä tai niiden yhdistelmiä, joiden perusteella voitaisiin puhua nimenomaan "mies" tai "nainen" aivoista. [24] . On aivojen piirteitä, jotka ovat yleisempiä naisilla, ja on niitä, joita havaitaan useammin miehillä, mutta molemmat voivat ilmetä vastakkaisessa sukupuolessa, eikä tällaisten merkkien vakaita ryhmiä käytännössä ole.
Kehitys, joka tapahtuu ennen syntymää, sikiön kohdunsisäinen kehitys. Synnytystä edeltävänä aikana aivoissa, sen sensorisissa ja efektorijärjestelmissä tapahtuu intensiivistä fysiologista kehitystä.
Aivokuoren järjestelmien erilaistuminen tapahtuu vähitellen, mikä johtaa yksittäisten aivorakenteiden epätasaiseen kypsymiseen.
Lapsella on syntyessään käytännössä muodostunut aivokuoren alaisia muodostelmia ja se on lähellä aivojen projektioalueiden viimeistä kypsymisvaihetta, jossa eri aistielinten (analysaattorijärjestelmien) reseptoreista tulevat hermoyhteydet päättyvät ja motoriset reitit alkavat [ 25] .
Nämä alueet toimivat kaikkien kolmen aivojen lohkon yhdistelmänä . Mutta niiden joukossa aivojen toiminnan säätelylohkon (aivojen ensimmäinen lohko) rakenteet saavuttavat korkeimman kypsymisen. Toisessa (tiedon vastaanotto-, käsittely- ja tallennuslohko) ja kolmannessa (toiminnan ohjelmoinnin, säätelyn ja ohjauksen lohko) lohkoissa vain ne aivokuoren alueet, jotka kuuluvat primaarilohkoihin, jotka vastaanottavat tulevaa tietoa (toinen lohko) ja muodostavat lähteviä motorisia impulsseja, osoittautuvat kypsimmiksi (3. lohko) [26] .
Muut aivokuoren alueet eivät saavuta riittävää kypsyyttä lapsen syntymään mennessä. Tästä on osoituksena niihin sisältyvien solujen pieni koko, niiden ylempien kerrosten pieni leveys, jotka suorittavat assosiatiivisen toiminnon, niiden miehittämän alueen suhteellisen pieni koko ja niiden elementtien riittämätön myelinoituminen.
Kahden tai viiden vuoden iässä aivojen sekundaariset, assosiatiiviset kentät kypsyvät, joista osa (analysaattorijärjestelmien toissijaiset gnostiset vyöhykkeet) sijaitsee toisessa ja kolmannessa lohkossa (premotorinen alue). Nämä rakenteet tarjoavat havaintoprosessit ja toimintosarjan suorittamisen [25] .
Seuraavaksi kypsät ovat aivojen tertiääriset (assosiatiiviset) kentät. Ensin kehittyy posteriorinen assosiatiivinen kenttä - parietaalinen-temporaalinen-okcipital-alue, sitten anteriorinen assosiaatiokenttä - prefrontaalinen alue.
Tertiääriset kentät ovat korkeimmalla paikalla eri aivoalueiden välisen vuorovaikutuksen hierarkiassa, ja täällä suoritetaan monimutkaisimpia tiedonkäsittelyn muotoja. Takaisin assosiaatioalue tarjoaa synteesin kaikesta saapuvasta multimodaalisesta tiedosta supramodaaliseksi kokonaisvaltaiseksi heijastukseksi subjektia ympäröivästä todellisuudesta sen yhteyksien ja suhteiden kokonaisuutena. Anteriorinen assosiaatioalue on vastuussa monimutkaisten henkisen toiminnan muotojen vapaaehtoisesta säätelystä, mukaan lukien tähän toimintaan tarvittavien tietojen valinta, toimintaohjelmien muodostaminen sen perusteella ja niiden oikean kulun hallinta.
Siten jokainen aivojen kolmesta toiminnallisesta lohkosta saavuttaa täyden kypsyyden eri aikoina, ja kypsyminen etenee järjestyksessä ensimmäisestä kolmanteen lohkoon. Tämä on polku alhaalta ylös - alla olevilta muodostelmilta päällysrakenteisiin, aivokuoren rakenteista primaarikenttiin, primäärikentistä assosiatiivisiin. Vauriot minkä tahansa näistä tasoista muodostumisen aikana voivat johtaa poikkeamiin seuraavan kypsymisessä, koska taustalla olevasta vaurioituneesta tasosta ei ole stimuloivia vaikutuksia [25] .
Kybernetiikan näkökulmasta aivot ovat jättimäinen oppimistilastollinen analoginen kone, joka koostuu elävistä ionielementeistä ilman jäykkää elementtien välisten yhteyksien rakennetta ja jonka virrankulutus on noin 25 wattia. Eri kirjoittajien arviot aivojen muistikapasiteetista vaihtelevat 10 6 - 10 16 bitin välillä [27] [28] . Korkeampi hermostotoiminta koostuu ulkomaailman kuvien kanssa työskentelystä monivaiheisella hierarkkisella menetelmällä tietojen rinnakkaiskäsittelyssä [29] [30] . Aivojen muisti on järjestetty erityisperiaatteen mukaan - muistiin tallennettu tieto on samalla aivokuoren muistiinpanon osoite, eikä vain tietoa muisteta, vaan myös sen toiston taajuus. [28] Aivojen neuronien yhteydet muodostavat monitasoisen verkkorakenteen [31] .
Ensimmäisiä yrityksiä yritetään luoda aivoista matemaattisia malleja, jotka perustuvat automaatioteoriaan, hermoverkkoihin, matemaattiseen logiikkaan, kybernetiikkaan [32] [33] [34] .
Amerikkalaiset tutkijat yrittivät verrata ihmisen aivoja tietokoneen kiintolevyyn ja laskivat, että ihmisen muisti voi sisältää noin miljoona gigatavua (tai 1 petatavu) (esimerkiksi Google-hakukone käsittelee noin 24 petatavua tietoa päivittäin). Kun otetaan huomioon, että ihmisaivot kuluttavat vain 25 wattia energiaa käsitelläkseen näin suuren määrän tietoa, sitä voidaan kutsua maapallon tehokkaimmaksi laskentalaitteeksi [35] .
Yksi aivojen tärkeimmistä ominaisuuksista on niiden kyky rakentaa malleja sekä yritettäessä kuvata luonnossa tapahtuvia prosesseja että kuvata kuvitteellisia abstrakteja ilmiöitä sekä tietoisesti että tiedostamatta [36] .
Ihmisen aivot, jotka ovat erittäin laaja hermoverkko, analysoivat jatkuvasti aistielinten ja kehon sisäelinten signaaleja, aiemmin kertynyttä tietoa, rakentavat ja korjaavat malleja ympäröivästä maailmasta ja tekevät ennusteita näiden mallien perusteella. Ennusteprosessi tapahtuu sekä tietoisesti että ilman tietoisuuden osallistumista, jatkuvasti, sekä valveilla että unessa. Ihminen toimii näiden ennusteiden ohjaamana ja tekee tietoisia toimia ja tiedostamatta, myös refleksiivisesti. Tilanteessa, jossa aivot tekivät virheen analyysissä, ihminen voi nähdä, kuulla ja (tai) tuntea jotain, mitä ei ole todellisuudessa. Tapauksissa, joissa ennuste osoittautuu virheelliseksi, henkilö voi ryhtyä toimiin, joita hän ei odottanut itseltään (ei halunnut tehdä).
| Ihmisen aivot : etuaivot ( telencephalon , aivokuori , puolipallo , harmaa aine ) | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| etulohko _ |
| ||||||||||||||
| parietaalinen lohko |
| ||||||||||||||
| Okcipital lohko |
| ||||||||||||||
| ajallinen lohko |
| ||||||||||||||
| Interlobar uurteet |
| ||||||||||||||
| holvitettu gyrus |
| ||||||||||||||
| saaren lohko |
| ||||||||||||||
| Muut |
| ||||||||||||||