Нейротехнологическая революция на пороге

Функции лимбической системы

Мозг разделен продольной бороздой на два полушария, каждое из которых состоит из шести отдельных долей:

  • Лобная доля
  • Височная доля
  • Теменная доля
  • Затылочная доля
  • Островковая доля

Лимбическая доля (лимбическая система) представляет собой С-образную область на самом медиальном краю каждого полушария головного мозга; она включает некоторые части смежных долей.

Хотя специфические функции связаны с деятельностью отдельных долей, большинство функций головного мозга требует координации активности многих зон обоих полушарий. К примеру, хотя в коре затылочной доли и находится центр обработки зрительной информации, в процессе формирования комплексного зрительного стимула принимают участие затылочные, височные и лобные доли обоих полушарий.

Доли коры головного мозга

[Таблица или изображение с диаграммой]

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 августа 2023 года; проверки требуют 5 правок.

Анатомические части лимбической системы

Пол Маклейн в 1949—1952 годах сформулировал и обосновал концепцию ответственной за эмоции лимбической системы. Эта его теория приобрела популярность как привлекательный и убедительный ответ на вопрос о механизме эмоций, активно изучавшихся с конца XIX века. Первые доказательства того, что лимбическая система является центром по возникновению и обработке эмоций, были обнаружены в 1939 году Генрихом Клювером и Полом Бьюси.

Концепция лимбической системы была, с одной стороны, продуктом эволюционного подхода к объяснению ума и поведения человека, а с другой — выводами сравнительных анатомов начала XX века о старой коре и неокортексе, который, как считалось в сравнительной анатомии, был только у млекопитающих. Обоснованием концепции лимбической системы стало наблюдение, что чем более развита (сложна) кора головного мозга у животных, тем они более способны к решению сложных задач и мыслительной деятельности, а в наибольшей степени мышление, рассуждение и память развиты у приматов, у которых неокортекс имеет наиболее сложное строение. Из этого возникла идея, что неокортекс отвечает за когнитивные функции и разум, а остальные отделы мозга — за другие функции. Согласно этой идее, старая кора и связанные с ней подкорковые ганглии передней части мозга образуют лимбическую систему, которая содержит эмоции как эволюционно более ранние аспекты психической жизни и поведения.

В дальнейшем границы лимбической системы расширялись. К 1960 году в неё были включены элементы аллокортекса, а в 1970-х — некоторые отделы среднего мозга.

Визуальные области

Затылочные доли включают в себя визуальные области, которые специализируются на обработке зрительной информации. Различные части затылочных долей отвечают за различные аспекты обработки зрительной информации, такие как цвет, форма, движение и расположение объектов.

Выводы

В целом, кора больших полушарий головного мозга состоит из различных областей, каждая из которых специализирована на обработку определенных видов информации. Эти области работают в тесном взаимодействии друг с другом, обеспечивая выполнение сложных когнитивных функций, включая память, мышление, речь и координацию движений.

Чтобы обеспечить оптимальное функционирование головного мозга, необходимо поддерживать его здоровье путем правильного питания, активного образа жизни и психологического благополучия. Уход за головным мозгом является ключевым элементом общего ухода за здоровьем, поскольку мозг управляет практически всеми аспектами нашей жизни и поведения.

Патологические изменения в мозге и их последствия

Патологические изменения в первичной зрительной коре могут привести к серьезным нарушениям, таким как корковая слепота и агностический синдром Антона-Бабинского. При этих состояниях пациенты могут перестать отличать объекты по внешнему виду и не осознавать своих нарушений.

Агностический синдром Антона-Бабинского

  1. Пациенты перестают отличать объекты по внешнему виду.
  2. Часто не осознают своих нарушений.
  3. Могут выдумывать описание объектов, которые они видят.

Припадки, связанные с затылочной долей мозга, могут привести к визуальным галлюцинациям, таким как линии или сетки цвета, наложенные на контралатеральное поле зрения.

Затылочная доля

  • Отвечает за визуальные галлюцинации.
  • Интегрирует сенсорные и вегетативные импульсы.

Островковая доля мозга также играет важную роль в обработке разнообразной информации, включая сенсорное восприятие, вегетативную регуляцию и языковые функции. Поражения в островковой доле могут привести к афазии и нарушениям восприятия болевых и температурных стимулов.

Островковая доля

  • Обработка языковых функций.
  • Регуляция болевых и температурных стимулов.
  • Возможно восприятие вкуса.

Лимбическая доля мозга, или лимбическая система, участвует в регуляции поведения, памяти и эмоций. Повреждения в лимбической системе могут привести к различным отклонениям от нормы.

Лимбическая система

  • Участвует в регуляции эмоций и памяти.
  • Повреждения могут вызвать различные патологии.

Процессы, связанные с эпилепсией в медиальной лимбической области височной доли мозга, могут привести к развитию сложных парциальных припадков и изменению личности пациента, таким как нарушение чувства юмора или гиперграфия.

Мозговые нарушения могут иметь очаговый или общий характер, влияя на функционирование различных областей мозга и вызывая симптомы, такие как ступор, кома или делирий.

Выводы

Понимание патологических изменений в различных областях мозга поможет в разработке эффективных методов лечения и реабилитации пациентов с мозговыми нарушениями. Изучение функций различных долей мозга позволит лучше понять их роль в когнитивных и поведенческих процессах.

Восстановление после травмы головного мозга: характеристики и технологии

Восстановление после травмы головного мозга в некоторой степени зависит от его следующих характеристик:

Пластичность мозга

Пластичность (способность участка головного мозга к изменению своих функций) варьируется у разных людей и зависит от возраста и общего здоровья. Максимальная пластичность характерна для развивающегося мозга. Несмотря на сохранение достаточно высокой пластичности мозга и после первого десятилетия жизни, массивное повреждение в возрасте старше 10 лет скорее всего завершится формированием устойчивого дефицита функции.

Компенсация

Компенсация характеризирует способности более чем одной области мозга выполнять одну и ту же функцию.

Клинические синдромы

К специфическим синдромам, которые могут возникнуть после травмы головного мозга, относятся:

  • Расстройства координации движений
  • Расстройства зрения
  • Расстройства речи и языка
  • Расстройства когнитивных функций

Диагностика и лечение

Диагноз церебральной дисфункции обычно устанавливается на основании клинической картины и нейропсихологического исследования. Выявление причины заболевания требует проведения дополнительных лабораторных исследований и применения методов структурной и функциональной нейровизуализации.

Новые технологии в восстановлении мозга

Компания Илона Маска Neuralink получила разрешение на эксперименты с вживлением чипов в мозг человека. Эта технология может стать революционной в восстановлении после травмы головного мозга. Уже через несколько лет управление машинами непосредственно сигналами из мозга может стать обыденным.

Разрешение на проведение экспериментов с участием людей Neuralink было выдано Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Технологию планируют тестировать на людях с серьезными повреждениями спинного мозга, но в целом стремятся к широкому использованию этого инновационного подхода к восстановлению мозга.

Чипы в мозге человека могут стать новым шагом в технологическом развитии в области восстановления после травмы головного мозга.

Работы по созданию интерфейса «мозг – компьютер» ведутся с 70-х гг. прошлого века. Первые системы ввода букв с помощью биосигналов мозга появились в 1988 г. Особенно активно нейроинтерфейс развивается в последние 20 лет – большой толчок дало появление компактных устройств для съема биосигналов, которые можно использовать вне лаборатории.

Сегодня обычный интерфейс «мозг – компьютер» выглядит так: на человека надевают шапочку, как для электроэнцефалографии, соединенную с биоусилителем. Они подключаются к компьютеру и посылают команды пользователя. Эта схема далека от совершенства, так как считывается далеко не все и не всегда. А на калибровку, т. е. тренировку определенных мозговых импульсов, привязанных к конкретным действиям, могут уходить годы. И достойным результатом станут три-четыре хорошо откалиброванных за долгое время команды.

Технология Neuralink обещает прорыв на данном направлении. Вживлять планируется полностью беспроводной имплант, который может соединяться с внешними устройствами по Bluetooth. Вся электроника размещена в чипе Link, размером 23 x 8 мм, это сопоставимо с размером двухрублевой монетки. В чипе от Neuralink 1024 контакта, что позволяет получать массу информации из мозга. Например, предполагается, что парализованный человек с таким чипом обретет способность управлять силой мысли сложными протезами, что в определенной степени вернет ему подвижность и свободу.

Нейроинтерфейс по-русски

В России работы по созданию нейроинтерфейсов централизованно финансируются государством с 2016 г. в рамках дорожной карты «Нейронет» Национальной технологической инициативы. Авторы концепции этой дорожной карты при ее составлении исходили из того, что в 30-х гг. нынешнего века случится нейротехнологическая революция, характеризуемая появлением новых интерфейсов и технологий. Маркерами нейротехнологической революции они назвали появление у нас наряду с мышкой и клавиатурой массовых нейроинтерфейсов для связи с компьютером и вообще с техносферой. Если дела у Маска пойдут хорошо, есть шанс, что нейротехнологическая революция произойдет раньше и до 30-х гг. ждать не придется.

«Мы внимательно следим за проектами компании Neuralink, потому что они предлагают ряд существенных технологический инноваций, – говорит Денис Кулешов, директор лаборатории «Сенсор-тех» (участник «Нейронета»). – На данный момент это один из самых крупных проектов, посвященных разработке нейроимплантов. С учетом ресурсов его владельца проект привлекает медийное внимание, но с точки зрения активностей более традиционных для научно-медицинской сферы компания выдает мало информации.

Кулешов обращает внимание, что, когда Neuralink только объявила, что будет делать нейроимпланты, она сразу позиционировала их как продукт, который в будущем обретет массовое применение. «То есть любой желающий сможет поставить себе чип и с его помощью управлять своим умным окружением: домом, автомобилем, компьютером, – говорит эксперт. – Сейчас компания перешла к более традиционной истории для нейроимплантов, а именно к помощи людям с тяжелыми заболеваниями. Собственно, последняя новость как раз о том, что Neuralink получила разрешение от FDA на проведение клинических исследований импланта, который считывает активность коры головного мозга. Такой имплант призван помочь парализованным людям. Это действительно важное направление, которое может решить задачу интеграции парализованных людей в социум и повысить их качество жизни».

Neuralink не единственная, кто делает такие импланты для людей с инвалидностью, говорит Кулешов: «В мире таких компаний несколько десятков, но тех, кто имеет сертифицированные продукты и может проводить операции на людях, порядка трех организаций». Это компании, которые выпускают импланты для лечения болезни Паркинсона и других неврологических нарушений.

«В России на данный момент, к сожалению, отсутствуют отечественные производители с сертифицированными медицинскими нейроимплантами для головного мозга, – говорит Кулешов. – Мы представляем одну из компаний, кто старается сделать это в ближайшем будущем. Но несмотря на то что область интересов с Neuralink у нас одна и та же, сами продукты разные по функционалу и области применения. Наши импланты предназначены для восстановления зрения и слуха. Мы уже проводим испытания на обезьянах, и нас отделяет еще полтора-два года от того, чтобы мы могли поставить нейроимпланты людям».

«В России есть школа нейробиологии и у нас также реализуются проекты по глубокому изучению человеческого мозга, – говорит директор по стратегии и развитию продукта компании АО «ЭЛВИС-НеоТек» (участник«Нейронета») Татьяна Мосендз. – Нейробиология, нейропротезирование, создание биопротезов – это стремительно развивающиеся области. Я надеюсь, что таких проектов у нас станет больше, благодаря успехам Neuralink в том числе».

Эксперт обращает внимание, что любой переход на другую ступень технологического развития дает колоссальный эффект: «Ученые начинают исследовать тему глубже, разработчики с большим энтузиазмом идут в новые стартапы, у государственных институтов появляется соответствующая повестка. Именно это обеспечивает синергетический эффект для таких сложных и многогранных вопросов как нейробиология и нейроимплантация».

Медицина или масс-маркет

Совершенно понятно, что Маск развивает Neuralink не в целях помочь парализованным. Точнее, не только для этого. Маск хочет стать человеком, который непосредственно осуществит нейротехнологическую революцию. Впрочем, у специалистов разные мнения относительно как общих перспектив, так и скорости осуществления такой революции.

«Инвазивный интерфейс не будет массовой технологией даже в случае успеха технологии, продвигаемой Neuralink, – говорит Арсений Щельцин, директор АНО «Цифровые платформы». – Это будет локальная технология, которую будут применять немногие, для того чтобы дополнить свой чем-то ограниченный организм. Инвазивный интерфейс не заменит существующий сегодня, потому что требует большего практического внедрения и большего практического опыта для большинства людей».

Если Маск сможет продвинуть успех Neuralink, то это будет новым этапом применения технологий, полагает Щельцин: «Это увеличит интерес к стартапам в этой сфере для других корпораций и как минимум может привести к инвестиционной революции, а как максимум – к медийной и социальной. Но к массовому потреблению, как это было в VR, например, это не приведет».

Щельцин констатирует, что в РФ проводилось и проводится много исследований в сфере нейроинтерфейсов, считывания информации: «Но основная проблема таких стартапов в том, что нашим ученым и разработчикам не хватает предпринимателей, грамотно упаковывающих эти проекты в конкретные продукты, которые можно будет применять в разных сферах. Оставшиеся фонды не способны закрывать эти задачи. Здесь лучшая схема – подключение предпринимателей, но они вряд ли подключатся без коммерческого ажиотажа, который может создать Илон Маск».

Инвазивный интерфейс может стать новым инструментом, который расширяет возможности отдельных специалистов в контроле над машинами и устройствами, говорит аналитик Алексей Бойко, ведущий Telegram-канала RUSmicro. Он считает, что говорить о массовом переходе на новую технологию в перспективе ближайших 10 лет не приходится – независимо от успешности или неуспешности экспериментов Neuralink. «Для большинства людей чип в мозг останется недоступным прежде всего из-за стоимости и сложности имплантации, рисков как имплантации, так и использования устройства», – говорит Бойко. По его мнению, на этом направлении осуществляется не революция, а продолжение эволюции, движение в сторону киборгизации людей, давно осмысленное в различных произведениях научных фантастов.

Российским компаниям имеет смысл присматриваться к теме, проводить собственные исследования, чтобы в случае прорывного развития технологии внезапно не оказаться в ситуации значительного технологического отставания, резюмирует эксперт.

Генеральный директор компании «Платформа Третье мнение» Анна Мещерякова отметила, что в России отрасль разработки нейроинтерфейсов есть: «Мы видим ее развитие и востребованность. Пока это сегмент профессионального использования: медицинские и спортивные сценарии применения, а также сфера маркетинга – для тестирования гипотез».

«Мне кажется, в данной области не стоит ждать одномоментного прорыва, это такая колоссальная область знаний, что должно состояться развитие по всем направлениям – как технологическим, так и фундаментальным», – говорит Мосендз. Эксперт отмечает, что любой переход на другую ступень технологического развития дает колоссальный эффект: «Ученые начинают исследовать тему глубже, разработчики с большим энтузиазмом идут в новые стартапы, у государственных институтов появляется соответствующая повестка. Именно это обеспечивает синергетический эффект для таких сложных и многогранных вопросов, как нейробиология и нейроимплантация».

«Все же, когда мы говорим о разработке таких сложных медицинских изделий и внедрении электроники в головной мозг, это в любом случае продукция, которая подпадает под самые строгие требования сертификации, – резюмирует Кулешов. – Здесь очень важно много времени уделить тестам, испытаниям с животными и клиническим испытаниям с участием добровольцев».

Кора́ больши́х полуша́рий головно́го мо́зга, слой серого вещества (1–5 мм), покрывающий полушария. Эта часть головного мозга, имеющая упорядоченную слоистую структуру; развивается на поздних этапах эволюции и играет ключевую роль в осуществлении высшей нервной деятельности; участвует в регуляции и координации всех функций организма. В ходе эволюции у круглоротых и рыб появляется предшественник коры больших полушарий головного мозга – паллиум (лат. pallium – плащ, покров), в котором различаются 3 структуры: палеопаллиум (древний плащ), архипаллиум (старый плащ) и неопаллиум (зачаточный новый плащ). Начиная с рептилий паллиум дифференцируется и приобретает слоистость (с этого момента его называют «кортекс», от лат. cortex – кора). Таким образом, у высших позвоночных кора больших полушарий головного мозга представлена элементами палеокортекса, архикортекса и неокортекса; последний достигает наибольшего развития у млекопитающих.

Развитие коры больших полушарий головного мозга в процессе эволюции отражает основные этапы совершенствования воспринимающей и интегрирующей деятельности мозга и управления целенаправленным двигательным поведением. У низших млекопитающих поверхность коры гладкая (лиссэнцефалический тип); у высших – становится складчатой, покрытой бороздами и извилинами (гирэнцефалический тип) в связи с неравномерностью роста отдельных структур неокортекса. У человека кора составляет примерно 44 % объёма полушарий и содержит около 14 млрд нервных клеток (нейронов); площадь её поверхности составляет в среднем 1468–1670 см2; неокортекс образует внешнюю поверхность полушарий (у человека 6–7 слоёв клеток), на его долю приходится 95,6 % коры больших полушарий головного мозга, на архикортекс (основная его часть представлена гиппокампом) – 2,2 %, на палеокортекс, находящийся на нижней и внутренней поверхностях лобной и височной областей, – 0,6 %, на т. н. переходные формации (между древней, старой и новой корой) – 1,6 %.

В состав коркового вещества входят безмиелиновые и тонкие миелиновые волокна, образованные аксонами, и нейроглия (выполняет главным образом опорную и трофическую функции); серый цвет ткани обусловлен почти полным отсутствием миелиновой оболочки вокруг волокон. Строение коры характеризуется упорядоченным распределением нейронов (цитоархитектоника) и волокон (миелоархитектоника) по горизонтальным и вертикальным слоям. Считается, что основной функциональной единицей в новой коре служит колонка – вертикально расположенная группа клеток с множеством связей между собой.

Различия в строении отдельных участков коры (плотность расположения, величина нейронов, их организация по слоям и колонкам) определяют её цитоархитектонику. Кора тесно взаимодействует с нижележащими структурами мозга, которые связаны с ней нервными волокнами и сами находятся под контролем определённых корковых зон, получая от них по нисходящим нервным путям регулирующие влияния.

Основные борозды – сильвиева (отделяет височную долю полушария от лобной и теменной) и роландова борозда, отделяющая лобную долю от теменной. Кроме этих основных борозд, имеется большое число других, разделяющих извилины коры. Борозды и извилины увеличивают поверхность коры без увеличения объёма черепа. Так, у человека около 2/3 поверхности всей коры расположены в глубине борозд.

В каждой из долей полушария выделяют поля (зоны), отличающиеся по строению и функциям. Различают проекционные (сенсорные), ассоциативные и двигательную зоны. В сенсорных зонах происходит обработка информации различных видов чувствительности, причём каждому типу чувствительности соответствует своя зона коры. Например, зрительная зона находится в затылочной доле, слуховая – в височной, а вкусовая и обонятельная – на внутренней поверхности височных долей. Наибольшая площадь коры приходится на зону кожно-мышечной чувствительности в теменной доле. Зона кожной чувствительности подробно картирована: в ней имеются области, ответственные за определённые участки кожи. Чем больше рецепторов находится в том или ином участке кожи, тем больше нейронов в том месте новой коры, которая соответствует этому участку. Поэтому в коре, например, выявляются непропорционально большие зоны губ и пальцев рук и очень маленькие зоны спины и живота. Двигательная зона расположена главным образом в лобной доле, сразу перед центральной бороздой. Здесь начинается основной путь, через который реализуются произвольные движения. Карта зоны двигательной чувствительности, также как и карта зоны кожной чувствительности, имеет искажённые пропорции: некоторые мышцы (например, мышцы кисти) способны выполнять гораздо более тонкие движения, и для управления ими необходимо большее число нейронов. В ходе эволюции различные функции организма оказываются всё более чётко представленными в коре мозга (кортиколизация функций). Ассоциативные зоны расположены в задней половине теменной доли, лобной доле и областях, относящихся к лимбической системе, и занимают бóльшую часть коры больших полушарий головного мозга. Они особенно важны для мышления и речи, высших двигательных функций, выбора и запуска сложных программ поведения, памяти и эмоций.

Представительство сенсорных функций в задней центральной извилине коры больших полушарий (а) и двигательных функций в передней центральной извилине (б).Ассоциативные зоны коры работают асимметрично. У большинства здоровых людей в левом полушарии находятся зоны, отвечающие за интерпретацию и формирование устной и письменной речи и контроль за действиями правой руки. При поражении центра речи в височной доле коры нарушается понимание слышимой речи, а при повреждении центра речи в лобной доле коры человек слышит и понимает речь, но сам говорить не может. Кора правого полушария обеспечивает ориентацию в пространстве и времени, а также участвует в музыкальном и художественном творчестве; в ней хранится информация об индивидуальных особенностях и деталях отдельных объектов, она мгновенно обрабатывает поступающие сигналы и создаёт целостный образ. Некоторые больные с повреждениями правого полушария не могут узнавать знакомые лица. В деятельности ассоциативных зон коры существуют и половые различия. Например, мужчины, как правило, лучше решают в уме пространственные задачи, легче ориентируются в пространстве, тогда как женщины точнее выражают свои мысли словами, быстрее воспринимают изменения в окружающей обстановке.

Опубликовано 4 апреля 2023 г. в 16:21 (GMT+3). Последнее обновление 4 апреля 2023 г. в 16:21 (GMT+3).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *