Головной мозг, как и спинной, является одним из составляющих центральной нервной системы человека. В функции отделов головного мозга входит контроль над работоспособностью жизненно необходимых процессов всего организма. Возможности данного органа не изучены полностью, не до конца известны его ресурсы. Строение и принципы функционирования человеческого мозга всегда были центром внимания ученых нейробиологов.
Строение и функции переднего мозга дают человеку возможность находиться в социуме. Только при помощи слаженной деятельности церебральных структур появляется возможность обучаться, ощущать эмоции, реагировать на них, иметь собственный взгляд на окружающий мир. Все это восприятие возможно лишь благодаря постоянному развитию больших полушарий переднего мозга.
Защитой от механических повреждений и отрицательных явлений головного мозга человека является место его расположения в черепной полости. Он со всех сторон защищен черепными костями. Форма мозга и его отделы в процессе роста становятся похожи на строение черепа. В основе мозговой ткани лежат липиды, которые определяют ее строение и цвет. Она желеобразной формы и светло-желтого цвета.
На защите функций головного мозга стоят мягкие, твердые и паутиновидные (переплетенные кровяными капиллярами) ткани. Предусмотренным связующим звеном между ними стала спинномозговая жидкость. Благодаря схеме, представленной ниже, наглядно видно как устроен мозг человека.
Ссылаясь на схему, отражающую строение мозга, рассмотрим отделы и за что они отвечают. На примере взаимодействия нейронов между собою в рамках системной единицы будет нетрудно определить функции мозга.
Как устроен человеческий мозг, с точки зрения нейробиологии? «В первую очередь он отличается не столько своей сложностью, сколько неизученностью функциональной деятельности нейронов» (А. Р. Лурия). С точки зрения визуального восприятия, головной мозг, строение его можно рассмотреть на примере основного составляющего, двух частей больших полушарий.
Покрыты они рельефной субстанцией – корой, которая настолько доминирует по объему, что занимает большую часть в процентном соотношении. Принято, что масса доли головного мозга определяется по наличию числа извилин. Как средний показатель кора имеет до семи слоев. Нейроны – основная составляющая этих слоев. Они обеспечивают поток информации от центральной точки до периферийной и наоборот.
Под двумя большими полушариями находится ствол мозга. Данное «стволовое» название обосновано расположением полушарий по принципу веток на стволе по обе стороны.
Под двумя полушариями в задней части расположился мозжечок. Строение его ткани отличается от основной бороздчатой поверхностью. Мозжечок и мост (одна из составляющих структурно функциональных блоков мозга) относятся к заднему отделу. Принято отмечать пять отсеков:
- основной, занимающий 82 % от всей массы, или конечный;
- задний отдел включает мост и мозжечок;
- следующая часть – средняя;
- продолговатый, или стволовой.
Так же, по признанному определению, главный орган делится на: два полушария, мозжечок и продолговатый мозг.
Функции
Строение и функции головного мозга лежат в основе всех жизненно важных процессов организма. На примере рассмотрим отделы мозга и за что они отвечают в организме человека:
- Двумя полушариями контролируются речь, моторика, сенсорные возможности.
- В извилине теменной доли есть участок коры, отвечающий за двигательную активность.
- Задняя извилина, находящаяся в центре, входит в отделы головного мозга, которые отвечают за чувствительность; здесь также находится центр коррекции проприоцептивного восприятия.
- Строение головного мозга человека в области перехода лобной части в височную содержит центр, запускающий вкусовые рецепторы и чувство обоняния.
- В височных долях функция головного мозга призвана обеспечивать слуховые возможности человека.
- В затылочном отделе локализуется зрительный центр.
- Рассматривая функции мозговых отделов, можно отметить, что особо важные рецепторы находятся в продолговатом мозге. Здесь собраны все важные для жизнедеятельности центры: сердцебиения, вкусовых/пищевых рефлексов, дыхания, регуляции гладких мышц внутренних органов.
- В функции заднего мозга входит контроль над вестибулярным аппаратом. Здесь находятся основные проходы информации от высших точек к нижним центрам и наоборот.
Таламус - (промежуточный) отдел – его функция регулировать чувствительность всех органов, он отвечает за память. Гипоталамус контролирует эндокринную гормональную систему и ЦНС (нервную систему). Для лучшего восприятия работы всей системы можно обратиться к таблице.
Большие полушария
Конечный отдел является основным по объему (80 %). Строение конечного мозга сводится к двум полушариям, связанным между собой мозолистым телом. Каждая доля мозга оснащена желудочком. В теменной доле у человека находится тело желудочка. В лобной расположены передние рога, задние рога – в затылочной зоне, а нижние – в височной.
Полушария покрыты корой серого вещества (3 – 5 мм). Оно собирается в складки, образуя извилины. Слои распределены неравномерно: на некоторых участках они образуют 3 слоя (старая кора), на других – до 6 (новая кора). Наука, изучающая их, называется архитектоника. В ее основе лежит задача изучить, что из себя представляет конечный мозговой отдел, каково его строение и функции, на примере соотношения нервных окончаний и связей между нейронами.
Функции конечного мозгового отдела основываются на работе его полушарий. Височная доля, нижние рога отвечают за слух и обоняние. Функция теменной мозговой зоны – регулировать осязание и активизировать вкусовые рецепторы. Основная функция затылочной части – зрительная. На лобной части лежит ответственность за управление речью и мыслительными способностями.
Под корой находится белое вещество с незначительными вкраплениями серого. Это так называемое полосатое тело. Выполняемая им работа - управлять двигательной способностью людей.
Данная система достаточно сложно устроена, отделы головного мозга человека отвечают за множество функций и взаимосвязаны между собой.
Задний отдел
Строение заднего мозга включает два общепризнанных элемента -мозжечок и мост. Составляющая моста - это дорсальная и вентральная поверхности, находится вся эта система внизу под мозжечком. Мышечная составляющая волокон моста расположена поперечно, что упрощает переход с моста в среднюю часть ножки мозжечка.
Основные функции заднего мозгового отдела – проводниковые. Мозжечок занимает заднюю часть ямы черепа практически полностью. Масса его достигает 150 г. Он отделен поперечной щелью от нависающих над ним полушарий. Входя в состав строения заднего мозга, мозжечок точно так же состоит из белого тела. Им же выделяется серое вещество, которое ложится в основу коры и, в свою очередь, состоит из:
- молекулярного слоя;
- грушевидных нейронов;
- зернистого слоя.
Насколько хорошо будет осуществляться мозжечковая функция, настолько слаженными окажутся функции двигательной системы человека.
Продолговатый (ствол)
Рассматривая функциональные системы мозга, обратим внимание на его ствол, который достаточно изучен ученым А. Р. Лурия (основатель нейропсихологии). В функции ствола головного мозга входят двухсторонние связи от центра к периферии и обратно. Находится он на стыке, где головной мозг переходит в спинной.
Самые важные функции ствола головного мозга - это регуляция кровообращения и дыхания. Первостатейной задачей данного органа является поддержание жизни и витальных функций. Рассмотрим строение ствола детальнее.
Ствол головного мозга - это самая древняя его часть, прямое продолжение позвоночника. Центральной структурой продолговатого мозга является ретикулярная формация. Это сеть ветвящихся интернейронов, которая начинается от ствола мозга и распространяется до таламуса. Ствол головного мозга участвует в регулировании возбуждающих импульсов на центральную нервную систему, чем способствует ее поддержанию в тонусе.
В свою очередь, ствол головного мозга регулируется большими полушариями. Они влияют на ретикулярную формацию. На нее также воздействует мозжечок. Связь между ними осуществляется путем подкорковых ядер. Продолговатый мозг, точнее, его строение направлено на выполнение следующих задач:
- работа защитных рефлексов (кашель, рвота, моргание);
- контроль дыхательных и глотательных рефлексов;
- слюновыделение, контроль над выработкой желудочного сока.
Если по непредвиденным причинам произошло повреждение отделов мозга, а особенно продолговатого, в каждом втором случае такая травма заканчивается гибелью человека.
Промежуточный отдел
Если рассматривать особенности строения головного мозга без характеристики промежуточного головного мозга, строения и его функций, картина была бы неполной. Состоит промежуточный отдел из:
- таламического (зрительного);
- третьего желудочка;
- гипоталамуса.
Располагается вся структура под мозолистым телом.
В функции промежуточного мозга входят регулировка и распределение поступающих к нему сигналов в другие отделы. Основную роль в данном процессе играет таламус, выступая посредником между раздражителем и большими полушариями. Благодаря зрительному бугру организм легко приспосабливается к изменениям в окружающей среде.
К основным функциям системы можно отнести:
- провод экстрапирамидной чувствительности;
- контроль над двигательной системой;
- регуляция вегетативной системы.
Еще одной немаловажной функцией обладает промежуточный отдел. Это придание ощущениям эмоциональной окраски любого характера.
При детальном рассмотрении отделов головного мозга и их функций можно смело утверждать, что этот орган - блок программирования, контроля и регулирования всей человеческой деятельности.
От его состояния будет зависеть наше самочувствие. Он является главным регулировщиком всех процессов живого организма, а также одним из значимых элементов центральной нервной системы.
Головной мозг является главным регулятором всех функций живого организма. Он представляет собой один из элементов центральной нервной системы. Строение и функции головного мозга — предмет изучения медиков до сих пор.
Общее описание
Человеческий мозг состоит из 25 млрд. нейронов. Именно эти клетки представляют собой серое вещество. Мозг покрыт оболочками:
- твердой;
- мягкой;
- паутинной (по ее каналам циркулирует так называемый ликвор, который является спинномозговой жидкостью). Ликвор является амортизатором, защищающим головной мозг от ударов.
Несмотря на то, что мозг женщин и мужчин одинаково развит, он имеет разную массу. Так у представителей сильного пола его масса в среднем составляет 1375 г, а у дам – 1245 г. Вес мозга составляет около 2% от веса человека нормального телосложения. Установлено, что уровень умственного развития человека никак не связан с его весом. Он зависит от количества связей, созданных головным мозгом.
Клетки мозга – это нейроны, генерирующие и передающие импульсы и глии, выполняющие дополнительные функции. Внутри мозга есть полости, называемые желудочками. От него в разные отделы тела отходят парные черепно-мозговые нервы (12 пар). Функции отделов головного мозга бывают самыми разными.От них полностью зависит жизнедеятельность организма.
Строение
Строение головного мозга картинки которого представлены ниже, можно рассматривать в нескольких аспектах. Так в нем выделяют 5 главных отделов мозга:
- конечный (80% общей массы);
- промежуточный;
- задний (мозжечок и мост);
- средний;
- продолговатый.
Также головной мозг разделяют на 3 части:
- большие полушария;
- ствол мозга;
- мозжечок.
Строение головного мозга: рисунок с названием отделов.
Конечный мозг
Строение головного мозга кратко нельзя описать, поскольку без изучения его структуры невозможно понять его функции. Конечный мозг протянулся от затылочной до лобной кости. В нем различают 2 большие полушария: левое и правое. Он отличается от других отделов мозга наличием большого количества извилин и борозд. Строение и развитие головного мозга тесно взаимосвязаны. Специалисты различают 3 вида коры мозга:
- древнюю, к которой относятся обонятельный бугорок; продырявленное переднее вещество; полулунная, подмозолистая и боковая подмозолистая извилина;
- старую, к которой относят гиппокамб и зубчатую извилину (фасцию);
- новую, представленную всей остальной частью коры.
Строение полушарий головного мозга: они разделены продольной бороздой, в глубине которой расположен свод и мозолистое тело. Они соединяют полушария мозга. Мозолистое тело — это новая кора, состоящая из нервных волокон. Под ним находится свод.
Строение больших полушарий головного мозга представляется в качестве многоуровневой системы. Так в них различают доли (теменную, лобную, затылочную, височную), кору и подкорку. Большие полушария головного мозга выполняют много функций. Правое полушарие управляет левой половиной тела, а левое — правой. Они дополняют друг друга.
Кора
Гипоталамус — это подкорковый центр, в котором происходит регуляция вегетативных функций. Его влияние происходит через железы внутренней секреции и нервную систему. Он участвует в регуляции работы некоторых эндокринных желез и обмене веществ. Под ним находится гипофиз. Благодаря ему происходит регуляция температуры тела, пищеварительной и сердечнососудистой систем. Гипоталамус регулирует бодрствование и сон, формирует питьевое и пищевое поведение.
Задний мозг
Этот отдел состоит из расположенного спереди моста и находящегося позади него мозжечка. Строение моста головного мозга: дорсальная поверхность его накрыта мозжечком, а вентральная имеет волокнистое строение. Эти волокна направлены поперечно. Они с каждой стороны моста переходят в мозжечковую среднюю ножку. Сам мост имеет вид белого толстого валика. Он располагается над продолговатым мозгом. В бульбарно-мостовой борозде выходят корешки нервов. Задний головной мозг: строение и функции -на фронтальном разрезе моста заметно, что он состоит из большой вентральной (передней) и маленькой дорсальной (задней) части. Граница между ними — трапециевидное тело. Его толстые поперечные волокна относят к слуховому пути. Задний мозг обеспечивает проводниковую функцию.
Часто называемый малым мозгом, располагается сзади моста. Он прикрывает ромбовидную ямку и занимает практически всю заднюю ямку черепа. Его масса составляет 120-150 г. Над мозжечком сверху нависают большие полушария, отделенные от него поперечной щелью мозга. Нижняя поверхность мозжечка прилежит к продолговатому мозгу. В нем различают 2 полушария, а также верхнюю и нижнюю поверхность и червя. Граница между ними называется глубокой горизонтальной щелью. Поверхность мозжечка изрезана множеством щелей, между которыми расположены тоненькие валики (извилины) мозгового вещества. Группы извилин, находящиеся между глубокими бороздками являются дольками, которые, в свою очередь, составляют доли мозжечка (переднюю, клочково-узелковую, заднюю).
В мозжечке различают 2 вида вещества. Серое находится на периферии. Оно образует кору, в которой есть молекулярный, грушевидных нейронов и зернистый слой. Белое вещество головного мозга всегда находится под корой. Так и в мозжечке оно образует мозговое тело. Оно проникает во все извилины в виде белых полосок, покрытых серым веществом. В самом белом веществе мозжечка есть вкрапления серого вещества (ядра). На разрезе их соотношение напоминает дерево. От функционирования мозжечка зависит наша координация движения.
Средний мозг
Этот отдел располагается от переднего края моста до сосочковых тел и зрительных трактов. В нем выделяют скопление ядер, которые называются буграми четверохолмия. Средний мозг отвечает за скрытое зрение. Также в нем расположен центр ориентировочного рефлекса, обеспечивающий поворот тела в сторону резкого шума.
05.07.2013
Важная роль в высшей нервной деятельности человека принадлежит головному мозгу, который располагается в полости черепа и защищен твёрдой, паутинной и мягкой оболочками из соединительной ткани. Анатомически выделяют следующие отделы головного мозга :
· продолговатый;
· задний, состоящий из моста и мозжечка;
· средний;
· промежуточный, который образован таламусом, эпиталамусом, гипоталамусом;
· конечный, состоящий из больших полушарий, укрытых корой.
Продолговатый мозг
Является продолжением спинного, по форме напоминает конус длиной около 2,5 см. В этом отделе находятся оливы, тонкое и клиновидное ядра, перекрёсты нисходящих пирамидных и восходящих путей, ретикулярная формация. Все эти структурные элементы позволяют реализовывать вегетативные, соматические, вкусовые, слуховые, вестибулярные, защитные, пищевые рефлексы поддержания позы. Здесь же локализуются центр слюноотделения, а в структуре ретикулярной формации расположены дыхательный и центр регуляции тонуса сосудов. Важно и то, что именно продолговатый мозг связывает остальные отделы головного мозга со спинным.
Задний мозг
Мост содержит ядра тройничного, лицевого, отводящего и преддверно-улиткового нервов. Также здесь находиться средняя ножка мозжечка, которая обеспечивает морфофункциональные связи его коры с полушариями. Мост выполняет сенсорные, проводниковые, интегративные и двигательные рефлекторные функции.
Мозжечок - это центр координации, произвольных и непроизвольных движений. Он покрыт корой, необходимой для быстрой обработки поступающей информации. Она имеет уникальное нигде не повторяющееся в центральной нервной системе строение и обладает электрической активностью. Подкорковая система представляет собой группу ядерных образований: ядра шатра, шаровидного, пробковидного и зубчатого. Основными структурными элементами мозжечка считаются клетки Пуркинье, проецирующие кожные, слуховые, зрительные, вестибулярные и другие виды сенсорных раздражений. Когда этот отдел не реализует свои непосредственные функции или повреждён, у человека может наблюдаться нарушение двигательных актов, проявляющихся снижением силы мышечного сокращения (астения), потерей способности к длительному сокращению (астазия), непроизвольным повышением или понижением тонуса (дистония), дрожанием кистей и пальцев рук (тремор), расстройством равномерности движений (дисметрия), потерей координации (атаксия).
Средний мозг
Состоит из четверохолмия и ножек. Здесь располагаются красное ядро и чёрное вещество, также ядра глазодвигательного и блокового нервов. Благодаря чему реализуется сенсорная: поступление сюда зрительной и слуховой информации, проводниковая: место прохождения восходящих путей к таламусу, полушариям и мозжечку, а также нисходящих через продолговатый к спинному мозгу и двигательная функции.
Промежуточный мозг
Главными его образованиями являются таламус, гипоталамус, состоящий из свода и эпифиза, таламическая область, включающая эпиталамус и метаталамус. Зрительный бугор или таламус играет важную роль: интеграция и обработка всех сигналов, которые посылают в кору нижележащие отделы головного мозга. Кроме того, это центр инстинктов, эмоций и влечений. Это своеобразная подкорковая «база» всех возможных видов чувствительности. Гипоталамус состоит из серого бугра, воронки с нейрогипофизом и сосцевидных тел. Он является составной частью лимбической системы, отвечающей за организацию эмоционально-мотивационного поведения (половой, пищевой, оборонительный инстинкты) и цикла бодрствование – сон. Существенная роль гипоталамуса состоит в регуляции вегетативных функций: симпатические и парасимпатические эффекты в работе органов тела человека. Он же координирует работу гипофиза, совместно с которым является местом образования биологически активных веществ – энкефалинов и эндорфинов, обладающих обезболивающим морфиноподобным эффектом и способствующих снижению различных видов стресса, боли, негативных эмоций.
Конечный мозг
Считается основным центром высшей нервной деятельности, обуславливает и управляет слаженной работой всех систем нашего организма. Сюда поступает вся информация от внешних и внутренних рецепторов, обрабатывается, анализируется и формируется ответная реакция на раздражение. Каждое полушарие разделяется глубокими бороздами на доли: лобную, височную, теменную, затылочную и островок. Общая площадь коры около 2200 см 2 . Она имеет шестислойное строение и образована пирамидными, звездчатыми и веретенообразными нейронами. Различные её области имеют структурно и функционально различающиеся поля, которые выделяются по количеству и характеру нейронов. Так, образуются сенсорные, моторные и ассоциативные зоны. Каждая зона регулирует соответствующие функции:
Сенсорная отвечает за кожную, болевую, температурную чувствительность, работу зрительной, слуховой, обонятельной и вкусовой систем;
Моторная обеспечивает правильное функционирование всех двигательных актов;
Ассоциативная выполняет анализ разносенсорной информации, здесь формируются сложные элементы сознания.
Все отделы головного мозга своей слаженной работой обеспечивают сознание и поведение человека. Анализ структуры головного мозга позволяет дать метод магнитно-резонансной томографии . Для оценки эффективности их деятельности применяют регистрацию колебаний электрических потенциалов.
Головной мозг – важнейший орган ЦНС, с точки зрения физиологии, состоящий из множества нервных клеток и отростков. Орган представляет собой функциональный регулятор, отвечающий за выполнение всевозможных процессов, которые происходят в организме человека. На данный момент продолжается изучение структуры и функций, но и сегодня нельзя сказать о том, что орган изучен хотя бы наполовину. Схема строения самая сложная, если сравнивать с другими органами человеческого организма.
Мозг состоит из серого вещества, представляющего собой грандиозное количество нейронов. Он покрыт тремя различными оболочками. Вес варьируется от 1200 до 1400 г. (у маленького ребенка – примерно 300-400 г). Вопреки распространенному мнению, размеры и вес органа никак не влияют на интеллектуальные способности индивида.
Интеллектуальные способности, эрудиция, работоспособность – всё это обеспечивается качественные насыщением сосудов мозга полезными микроэлементами и кислородом, что орган получает исключительно с помощью кровеносных сосудов.
Все отделы головного мозга должны работать максимально слажено и без нарушений, потому что от качества этой работы будет зависеть и уровень жизни человека. В этой области повышенное внимание отведено клеткам, передающим и формирующим импульсы.
Кратко можно рассказать о следующих важных отделах:
- Продолговатый. Регулирует обмен веществ, проводит анализ нервных импульсов, обрабатывает полученную информацию от глаз, ушей, носа и других органов чувств. В данном отделе находятся центральные механизмы, отвечающие за формирование голода и жажды. Отдельно стоит отметить координацию движений, которая также находится в зоне ответственности продолговатого отдела.
- Передний. В состав этого отдела входят два полушария с серым веществом коры. Данная зона отвечает за множество важнейших функций: высшая психическая деятельность, формирование рефлексов на раздражители, демонстрация человеком элементарных эмоций и создание характерных эмоциональных реакций, сосредоточение внимания, деятельность в сфере познания и мышления. Также принято считать, что здесь располагаются центры удовольствия.
- Средний. В состав входят большие полушария, промежуточный мозг. Отдел несет ответственность за двигательную активность глазных яблок, формирование мимики на лице человека.
- Мозжечок. Выступает в качестве связующей части между мостом и задним мозгом, выполняет множество важных функций, о которых будет сказано далее.
- Мост. Большой отдел мозга, включающий в себя центры зрения и слуха. Он выполняет огромное количество функций: настройка кривизны хрусталика глаза, размеры зрачков в различных условиях, поддержание равновесия и устойчивости тела в пространстве, формирование рефлексов при воздействии раздражителей для защиты организма (кашель, рвота, чихание и т.д.), контроль над сердцебиением, работа сердечно-сосудистой системы, помощь в функционировании других внутренних органов.
- Желудочки (всего 4 штуки). Наполнены спинномозговой жидкостью, защищают наиболее важные органы ЦНС, создают ликвор, стабилизируют внутренний микроклимат ЦНС, выполняют фильтрующие функции, контролируют циркуляцию ликвора.
- Центры Вернике и Брока (отвечают за речевые способности человека – распознавание речи, ее понимание, воспроизведение и т.д.).
- Мозговой ствол. Выделяющийся отдел, который представляет собой достаточно длинное образование, продолжающее спинной мозг.
Все отделы в целом отвечают также за биоритмы – это одна из разновидностей спонтанной фоновой электрической активности. Подробно рассмотреть все доли и отделы органа можно с помощью фронтального среза.
Распространено мнение, что мы используем возможности своего мозга на 10 процентов. Это заблуждение, т.к. те клетки, которые не участвуют в функциональной деятельности, попросту отмирают. Поэтому мозг нами используется на 100%.
Конечный мозг
В состав конечного мозга принято включать полушария с уникальным строением, огромным числом извилин и борозд. Принимая во внимание асимметрию мозга, каждая гемисфера имеет в своем составе ядро, мантию, обонятельный мозг.
Гемисферы представлены в виде многофункциональной системы с множеством уровней, в состав которой входят свод и мозолистое тело, соединяющие полушария между собой. Уровнями этой системы являются: кора, подкорка, лобная, затылочная, теменная доли. Лобная необходима для обеспечения нормальной двигательной активности конечностей человека.
Промежуточный мозг
Специфика строения головного мозга сказывается на структуре его основных отделов. К примеру, промежуточный мозг также состоит из двух основных частей: вентральной и дорсальной. Дорсальный отдел включает в себя эпиталамус, таламус, метаталамус, а вентральная – гипоталамус. В структуре промежуточной зоны принято различать эпифиз и эпиталамус, которые регулируют приспособление организма к перемене биологического ритма.
Таламус является одной из важнейших частей, потому что он необходим человеку для обработки и регуляции различных внешних раздражителей и возможности приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. Основное предназначение – сбор и анализ разных чувственных восприятий (за исключением обоняния), передача соответствующих импульсов в большие гемисферы.
Учитывая особенности строения и функции головного мозга, стоит отметить гипоталамус. Это специальный отдельный подкорковый центр, полностью сосредоточенный на работе с различными вегетативными функциями организма человека. Воздействие отдела на внутренние органы и системы осуществляется с помощью ЦНС и желез внутренней секреции. Гипоталамус выполняет также следующие характерные функции:
- создание и поддержка режимов сна и бодрствования в повседневной жизни.
- терморегуляция (поддержка нормальной температуры тела);
- регулирование сердечного ритма, дыхания, давления;
- контроль работы потовых желез;
- регулирование перистальтики кишечника.
Также гипоталамус обеспечивает начальную реакцию человека на стресс, несет ответственность за сексуальное поведение, поэтому его можно охарактеризовать в качестве одного из наиболее важных отделов. При совместной работе с гипофизом гипоталамус оказывает стимулирующее воздействие на формирование гормонов, помогающих нам адаптировать организм к стрессовой ситуации. Тесно связан с работой эндокринной системы.
Гипофиз имеет сравнительно малые размеры (примерно с семечко подсолнуха), но отвечает за продукцию огромного количества гормонов, в том числе за синтез половых гормонов у мужчин и женщин. Располагается за носовой полостью, обеспечивает нормальный обмен веществ, контролирует функционирование щитовидной, половой желез, надпочечников.
Головной мозг, находясь в спокойном состоянии, расходует огромный объем энергии – примерно в 10-20 раз больше, чем мышцы (относительно своей массы). Потребление находится в пределах 25% от всей имеющейся энергии.
Средний мозг
Средний мозг имеет сравнительно простую структуру, небольшие размеры, включает в себя две основных части: крыша (расположены центры слуха и зрения, находящиеся в подкорковой части); ножки (размещают в себе проводящие пути). Также в структуру одела принято включать черное вещество и красные ядра.
Центры подкорки, которые входят в состав этого отдела, работают на поддержание нормального функционирования центров слуха и зрения. Также здесь расположены ядра нервов, обеспечивающие работу мышц глаз, височные доли, обрабатывающие различные слуховые ощущения, превращающие их в привычные для человека звуковые образы, и височно-теменной узел.
Выделяют также следующие функции мозга: контролирование (вместе с продолговатым отделом) возникающих рефлексов при воздействии раздражителя, помощь при ориентации в пространстве, формирование соответствующей реакции на раздражители, поворот тела в желаемом направлении.
Серое вещество в этой части – это высокая концентрация нервных клеток, которые формируют ядра нервов внутри черепа.
Мозг активно развивается в возрасте от двух до одиннадцати лет. Наиболее эффективным методом улучшения своих интеллектуальных способностей является занятие незнакомой деятельностью.
Продолговатый мозг
Важный отдел ЦНС, который в различных медицинских описаниях называют бульбусом. Располагается он между мозжечком, мостом, спинным отделом. Бульбус, будучи частью ствола ЦНС, отвечает за функционирование дыхательной системы, регулирование артериального давления, что для человека является жизненно важным.
В связи с этим, если данный отдел будет поврежден каким-то образом (механическое повреждение, патологии, инсульты и т.д.), то высока вероятность смерти человека.
Наиболее важными функциями продолговатого отдела являются:
- Совместная работа с мозжечком для обеспечения равновесия, координации человеческого тела.
- В состав отдела входит блуждающий нерв с вегетативными волокнами, который способствует обеспечению работы пищеварительной и сердечно-сосудистой систем, кровообращения.
- Обеспечение глотания пищи и жидкости.
- Наличие рефлексов кашля и чихания.
- Регулирование работы органов дыхания, кровоснабжения отдельных органов.
Продолговатый мозг, строение и функции которого отличаются от спинного мозга, имеет с ним множество общих структур.
Мозг содержит около 50-55% жира и по этому показателю он намного опережает остальные органы человеческого тела.
Мозжечок
С точки зрения анатомии в мозжечке принято различать задний и передний край, нижнюю и верхнюю поверхность. В этой зоне есть средний отдел и полушария, разделенные на три доли бороздами. Это одна из важнейших структур мозга.
Главной функцией этого отдела считается регулирование работы скелетных мышц. Вместе с корковым слоем мозжечок принимает участие в координации произвольных движений, что происходит за счет наличия связей отдела с рецепторами, которые заложены в скелетных мышцах, сухожилиях, суставах.
Мозжечок оказывает также воздействие на регулирование равновесия тела при активности человека и во время ходьбы, что осуществляется совместно с вестибулярным аппаратом полукружных каналов внутреннего уха, которые передают в ЦНС информацию о положении тела и головы в пространстве. Это является одной из наиболее важных функций головного мозга.
Мозжечок обеспечивает координацию движений скелетных мышц с помощью проводящих волокон, которые проходят от него к передним рогам спинного мозга в место, где начинаются периферические двигательные нервы скелетных мышц.
Новые информационные технологии
Лекция № 1. Обработка информации в мозге человека
Естественно, что в информационно-коммуникационных технологиях используются подходы и методы искусственного интеллекта, основанные на представлениях об обработке информации в мозге человека.
Например, рассмотрим архитектуру стандартной системы распознавания речи.
Слайд 1
Система автоматического распознавания речи на основе искусственно-интеллектуального подхода к интеграции знаний
Можно заметить, что в ней использованы известные уровни представления лингвистической информации.
Слайд 2
Уровни представления лингвистической и экстралингвистической информации
(снизу вверх)
прагматический
семантический
синтаксический
лексический
морфологический
акустико-фонетический
Откуда берется такое иерархическое представление? Посмотрим, как обрабатывается информация в мозге человека. Для начала посмотрим, как устроен мозг человека.
Слайд 3
Головной мозг человека (На материале Silverthorn Human Physiology: An Integrated Approach, 2nd ed.)
Головной мозг человека включает в свой состав, в том числе: 1. лобную долю, lobus frontalis, 2. таламус, thalamus, 3. гиппокамп, hippocampus, 4. миндалевидное тело, corpus amygdaloideum, 5. гипоталамус, hypothalamus, 6. обонятельную луковицу, bulbus olfactorius.
За обработку специфической (зрительной, слуховой и т.д.) информации в мозге человека отвечают три основные структуры: кора головного мозга, гиппокамп и таламус. В колонках коры хранится информация о событиях, в гиппокампе – информация о связях событий в рамках более крупных событий, а таламус отвечает за управление передачей информации.
Слайды 4, 5
Большие полушария головного мозга человека
Кора больших полушарий головного мозга человека расположена в черепной полости головы. Она занимает поверхности больших полушарий и представляет собой компактно упакованную структуру. Если ее расправить, то она имеет площадь около 1200 квадратных сантиметров. Компактность упаковки коры достигается за счет расположения коры в складках. В результате на поверхности коры появляются извилины, которые отделяются друг от друга бороздами. Извилины собираются в более крупные фрагменты – области коры. Выделяют затылочные, височные, теменные и лобные области, а также – соматосенсорную и моторную кору. Затылочные области отвечают за обработку зрительной информации, височные – за обработку слуховой информации, соматосенсорная кора обрабатывает соматосенсорную и кинестетическую информацию, моторная кора ответственна за управление движениями, теменная кора интегрирует все виды специфической информации в единое целое, а лобные доли отвечают за целенаправленное поведение.
Извилины коры, отделенные друг от друга бороздами.
Складки коры. Строение коры (вертикальный
Слайд 6
Строение коры большого мозга (вертикальный срез):
I - молекулярный, II - наружный зернистый, III - наружный пирамидный, IV - внутренний зернистый, V - ганглиозный (гигантских пирамид), VI – полиморфный.
Слайды 7, 8
Строение пирамидного нейрона
I - тело клетки, II – дендриты, III – аксон, IV - перехваты Ранвье, V - терминальные волокна.
Строение пирамидного нейрона. Связи между областями коры.
Нейроны являются основными функциональными единицами нервной системы. Они получают информацию от рецепторных органов и других нейронов (информация приходит на дендриты), интегрируют и перерабатывают информацию (в дендритах и теле нейрона), и передают ее другим нейронам и исполнительным (эффекторным) органам (с помощью аксона).
Слайд 9
Наружная кора левого полушария головного мозга
Наружная кора левого полушария головного мозга: поля Бродмана. Специально выделены первичные сенсорные области: зрительная - 17, слуховая - 41 и соматосенсорная - 1, 2, 3 (в совокупности их принято называть сенсорной корой), моторная (4) и премоторная (6) кора. (Оксфордский толковый словарь общей медицины, 2002 г.).
Области коры делятся на более мелкие фрагменты – поля (нумерация по Бродману). Информация от сенсорных органов приходит в первичные проекционные зоны зрительной коры (поле 17), слуховой коры (поле 41). Затем поступает во вторичные (поле 18 зрительной коры), и третичные проекционные зоны (поле 19 зрительной коры). Наименее вариативны, а потому, наиболее изучены связи в зрительной коре. То же можно сказать и о соматосенсорной информации. Далее, вся эта информация поступает в теменную кору, в которой формируется единое интегральное представление всей специфической информации, поступающей от всех сенсорных органов. С учетом всей этой информации в моторной коре формируются двигательные реакции, которые в виде управляющих импульсов передаются в спинной мозг и далее мышцам тела.
Слайд 10
Многоуровневая иерархическая структура из процессов обработки информации одной модальности
Многоуровневая иерархическая структура из процессов обработки информации одной модальности, в которой на каждом уровне имеется множество параллельно включенных процессов, связанных с процессами следующего уровня по типу "каждый-с-каждым".
Слайд 10
Левое полушарие головного мозга человека
(речевые зоны)
Все области полушарий головного мозга человека парные, кроме двух, отвечающих за речевые функции: зоны Брока и зоны Вернике. Зона Вернике отвечает за восприятие речи, зона Брока – за артикуляцию речи.
Слайды 11, 12
Связи в слуховом анализаторе
Помимо строения слухового анализатора нам понадобится понимание структуры зрительного анализатора. Дело в том, что модель мира, которая формируется в головном мозге человека, является многомодальной: в ее формировании участвует информация различных модальностей, в первую очередь слуховой, зрительной и соматосенсорной.
Слайды 13, 14
Связи в зрительном анализаторе
В соответствующих полях коры формируются представления о событиях мира данной модальности. В речевой слуховой коре – это представления лингвистических событий, в зрительной коре – представления событий, воспринятых зрительным анализатором. Наиболее понятны такие представления в соматосенсорной и моторной коре. Это органы тела человека в их проекции на соответствующую зону коры.
Слайд 15
Гомункулюс (проекции органов человека на соматосенсорную и моторную кору)
Слайды 16, 17
Колонка коры. Гиперколонка коры
Колонка коры (слева). Здесь: I - пирамидные нейроны, II – их дендриты, III - возвратные коллатерали аксонов пирамид третьего слоя, IV - боковые связи, V – их аксоны, VI-VII - связи из других областей коры, VIII - вставочные нейроны.
Гиперколонка коры (справа). Здесь: I - пирамидные нейроны, II – колонка, а - аксонные пучки, б - специфические афферентные волокна, в - горизонтальная клетка.
Пирамиды третьего слоя коры собираются в объединения, отграниченные друг от друга анатомически – в виде колонок близко расположенных нейронов. Эти объединения также формируются и по функциональному типу: нейроны, входящие в колонку, обрабатывают одну и ту же информацию, приходящую на колонку по одному афферентному волокну из таламуса. Кроме того, они управляются общей горизонтальной клеткой первого слоя коры, как единое образование. В колонках и формируются представления о событиях, составляющие модель мира.
Слайд 18
Нейроподобный элемент с временной суммацией сигналов
Нейроподобный элемент с временной суммацией сигналов. 1. Вход. 2. Возбуждающие синапсы. 3. Тормозные синапсы. 4. Тело клетки (сумматор). 5. Выход. 6. Обобщенный дендрит - многоразрядный регистр сдвига. 7. Управляющий синапс.
Слайд 19
Нейронная сеть из нейроподобных элементов с временной суммацией сигналов
Пирамидные нейроны третьего слоя возбуждаются избирательно в зависимости от комбинации возбуждающих и тормозных синаптических связей на их дендрите. Эта комбинация называется адресом нейрона. Поэтому, если есть некоторое множество таких нейронов с разными адресами, произвольная информационная последовательность, поступающая на вход такого множества, отобразится избирательно в последовательность сработавших пирамидных нейронов, сформирует траекторию. Причем, если во входной последовательности найдется повторяющийся фрагмент, он снова попадет на те нейроны, которые уже были пройдены, так как в нем повторятся их адреса.
Таким образом, пирамидные нейроны в колонках как бы отлавливают повторяющуюся во входной последовательности информацию. Если мы имеем на входе некоторый текст (или квазитекст), в некоторых последовательностях нейронов запомнятся повторяющиеся фрагменты текста. Например, слова.
Если на те же нейроны, после обучения словам, подать информационную последовательность, то после взаимодействия ее с обученными нейронами, на выходе сформируется последовательность, содержащая информацию, связывающую слова в тексте. Старая информация отфильтруется, останется только новая – информация о связях слов.
Слайд 20
Ассоциативное преобразование
Модуль для структурной обработки.
Квадратик – это одна колонка (множество пирамидных нейронов с разными адресами). При обучении нейронов, они запоминают слова, которые повторялись в тексте. Колонка с обученными нейронами начинает извлекать из входной информационной последовательности связи слов в тексте. Последовательность связей может в свою очередь обучить нейроны другой колонки, в результате чего ее нейроны будут хранить информацию о повторяющихся словах более высокого уровня.
Слайд 21
Это колонки, в которых формируются словари разного уровня.
Вспомним иерархию лингвистических событий разного уровня (снизу-вверх).
прагматический
семантический
синтаксический
лексический
морфологический
акустико-фонетический
Действительно, в слуховой коре можно увидеть наличие сформированных словарей разного уровня. Конечно, представление там более дробное и подробное. Но идея иерархической обработки сохраняется. При обучении постепенно заполняются колонки иерархической структуры. Формируются словари, например, флективных морфем, корневых основ, синтаксических групп.
Такой же обработке подвергается любая другая внутренне структурированная входная информация, например, зрительная. Только в этом случае словари будут содержать события зрительной модальности: элементарных представлений, элементов объектов, объектов.
Слайд 22
Однако на этом обработка не заканчивается. Следующий уровень представления информации – семантический. Вспомним про гиппокамп, в котором сохраняется информация о связях событий в рамках сцен.
Слайд 23
Семантический уровень представления
Информация семантического уровня заключается в смысловой сочетаемости событий. Одни события могут находиться рядом, другие не могут, но могут через третьи события. Удобным способом представления семантики являются семантические сети. Здесь ближайшие соседи понятия являются его семантическими признаками.
Слайд 24
Гиппокамп
Гиппокамп. 7 - мозолистое тело, 8 – валик, 9 - птичья шпора, 10 – гиппокамп, 11 – бахромка, 12 – ножка.
Слайд 25
Ламели гиппокампа
Гиппокамп состоит множества ламелей, каждая из которых имеет поле СА 3 , которое моделируется полносвязной сетью Хопфилда.
Слайд 26
Ламель гиппокампа
Гиппокамп получает информацию из энторинальной коры, она поступает в поле СА 3 , которое условно можно назвать весовой матрицей, формирующей в памяти основное представление о пространственно-временном контексте входных событий. Далее она попадает в матрицу поля СА 1 , и наконец, в субикулюм, который вновь направляет
информацию в энторинальную кору.
Слайд 27
Архитектура гиппокампа
Поле СА 3 является ассоциативной памятью, хранящей события в их взаимосвязях.
Слайд 28
Основная структура связей поля СА3, взятая из работы
В качестве модели можно рассмотреть автоассоциативную память на основе сети Хопфилда.
Слайд 29
Пример сетей Хопфилда
Сеть Хопфилда имеет единственный слой нейронов. Все нейроны связаны со всеми. Связи являются направленными.
Нейроны – это понятия, и все это напоминает семантическую сеть.
Слайд 30
Ассоциативная память на основе сети Хопфилда
На основе искусственной нейронной сети Хопфилда можно построить ассоциативную память. Суть ее заключается в следующем. Рассмотрим сетку батута, растянутую на пружинах. Если ее оттянуть в одном или нескольких местах, а потом отпустить, она вернется в свое первоначальное состояние. Если сетку сделать из резиновых жгутов разной толщины, закрепленных на пружинах не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях, сетка примет некоторую конфигурацию, зависящую от толщины резиновых жгутов (вес связей в сети Хопфилда) и оттягивающих пружин. Сеть принимает (запоминает) некоторый образ. Если нарушить ее равновесие (оттянуть в каких-то местах), она поколеблется вокруг своего положения равновесия, а потом в него вернется. Так работает ассоциативная память. После того, как в нескольких ее частях запомнились некоторые образы, на вход подается тестовый образ. Сеть сходится к одному из запомненных образов, который более всего похож на входной образ.
Слайд 31
Парадигматическая обработка в левом полушарии (она одинакова для всех модальностей)
семантический уровень (ассоциативная сеть)
синтаксический уровень (ситуации – синтаксические группы для речевой информации)
лексический уровень (объекты – корневые основы)
морфологический уровень (элементы объектов флексии)
базовый уровень (элементарные образы - фонемы)
Слайд 32
Представление зрительной информации в правом и левом полушариях (по В.Д. Глезеру)
В левом полушарии формируются схематические многоуровневые представления. В правом полушарии - индивидуальные двухуровневые.
Слайд 33
Парадигматическая обработка в левом полушарии (на примере обработки зрительной информации)
В левом полушарии многомодальная модель имеет многоуровневую структуру. А образы, в ней представленные, имеет вид схем.
Слайд 34
Парадигматическая обработка в правом полушарии (на примере обработки зрительной информации)
В правом полушарии многомодальная модель имеет двухуровневую структуру. А образы, в ней представленные, индивидуализированы и содержат всю историю обучения.
Слайд 35
Три иерархии представления модели мира: лингвистическая и многомодальная схематическая левого полушария, и многомодальная образная – правого полушария
Три иерархии представления модели мира: лингвистическая и многомодальная схематическая левого полушария, и многомодальная образная – правого полушария. (1) -индивидуальная многомодальная модель мира правого полушария, (2) - социализированная модель мира левого полушария, (3) - подсистема управления синтезом речи, (4) - артикуляторные органы, (5) - периферия слуховой подсистемы, (6) -подсистема распознавания речи.
Здесь есть две иерархии представлений – лингвистической и многомодальной информации – в левом полушарии, и одна многомодальная иерархия – в правом полушарии. Все три иерархии связаны между собой по уровням. Слово связано с объектом который оно представляет. Многомодальная иерархия правого полушария двухуровневая. В ней есть только объекты и их части. Зато – все индивидуальные представители объектов. Все столы, например, которые мы видели за свою жизнь. Многомодальная иерархия левого полушария многоуровневая схематическая. В ней представлены схемы объектов разного уровня. Стол – это четыре ножки и крышка. Лингвистическая иерархия левого полушария содержит все лингвистические уровни.
Над ними надстраивается семантика в виде ассоциативной сети сочетаемости понятий и событий, ими определяемых.
Слайд 36
Структура коммуникационной системы для организации речевого поведения
Распознавание становится возможным, если у коммуникантов имеются одинаковые модели мира. Если один коммуникант знает, из какого набора возможностей ему надо выбирать при распознавании.
Слайд 37
Информационно-кодовая модель коммуникации Шеннона и Уивера
Коммуникация возможна только в том случае, если у коммуникантов имеется одинаковое представление о передаваемых сообщениях (одинаковая модель мира). В этом случае возможно распознавание адресатом информации, которая передается адресантом.
Слайд 38
Под распознаванием понимается вычисление степени совпадения выделенного из преобразованного сигнала, полученного адресатом от адресанта, образа, с таким же образом, находящимся в модели мира адресата
Узнавание – это неполное распознавание
Понимание – это распознавание в пределах всей (или части) модели предметной области
Слайд 39
Правило Байеса
Простейший (и теоретически дающий верхнюю границу точности) способ распознавания – применить правило Байеса.
Адресант передает, а адресат принимает
одно из группы событий
(классов, к которым относятся передаваемые
и получаемые сообщения). Группа событий
обладает следующими свойствами (она -
полная):
1) все события попарно несовместны:
;
;
2) их объединение образует пространство элементарных исходов W: .
Слайд 40
Информационно-кодовая модель коммуникации Шеннона и Уивера,
модифицированная для коммуникационного акта Якобсоном
Ну а дальше – распознавание и синтез речи, анализ текстов, в том числе, контекстные перевод, системы речевого диалога, например в интегральном роботе. То есть целиком, или по частям система коммуникации. Человека с машиной, или машины с человеком.
Слайд 41
Автоматическое распознавание речи
Общая блок-схема ориентированной на задачу системы распознавания речи
Слайд 41
Автоматический синтез речи
Структура текстового процессора
Слайд 42
Автоматический анализ текстов
Здесь (1) блок первичной обработки, (2) лингвистический процессор, (3) семантический процессор. Лингвистический процессор состоит из словарей: (4) слов разделителей, (5) служебных слов, (6) общеупотребимых слов, (7) флективных и (8) корневых морфем. Семантически процессор содержит: (9) блок отсылок в текст, (10) блок формирования семантической сети, (11) блок хранения семантической сети, (12) блок выделения понятий, и (13) блок управления.
Слайд 43
Интегральный робот
Слайд 44
Семантическое представление в интегральном роботе
