Artykuł jest częścią publikacji pochodzącej z nowej serii Biblioteki Gazety Wyborczej pt.: Wielka Encyklopedia Medyczna, którą nabyć można w Kulturalnym Sklepie lub w każdą środę w kiosku
Półkule mózgu
Oddzielone od siebie głęboką szczeliną (szczeliną międzypółkulowa), głęboko w której znajduje się ciało modzelowate. Powierzchnię półkul mózgu pokrywa szereg bruzd różnej głębokości, ograniczających płaty i zwoje (zakręty) mózgu.
Półkule są pokryte szarą warstwą komórek nerwowych, włókien oraz komórek podporowych, zwaną korą mózgową, zagłębiającą się w bruzdy i fałdy. Grubość kory mózgowej jest zmienna w zależności od obszaru: od minimum 16 mm do maksimum 22 mm. Substancja biała znajdująca się bezpośrednio pod korą mózgową stanowi masę mózgu. Zawiera ona pęczki włókien nerwowych, łączące ciała komórek nerwowych kory z innymi strukturami układu nerwowego.
Niektóre z nich przechodzą z jednej półkuli do drugiej w okolicy ciała modzelowatego, inne przewodzą impulsy czuciowe lub ruchowe do obszarów kory, z niższych ośrodków nerwowych i na odwrót.
Węchomózgowie. Składa się ze struktur przeznaczonych do funkcji węchowych. Wyróżnia się płat węchowy oraz rejon parawęchowy.
Jądra podstawne. Struktury nerwowe mieszczące się w głębi półkul mózgu, w których skład wchodzi ciało prążkowane lub jądra prążkowane (jądro ogoniaste oraz jądro soczewkowate).
Mimo że nie jest dokładnie znana funkcja tych jąder, wiadomo, że ciała komórek podstawnych zwojów nerwowych działają jako przekaźnik impulsów ruchowych, pochodzących z kory mózgowej i skierowanych do rdzenia kręgowego poprzez pień mózgu.
Wiadomo również, że większość dopaminy (neuroprzekaźnika hamującego aktywność nerwową) jest produkowana w zwojach podstawnych. Impulsy wychodzące z jąder podstawnych, zazwyczaj osłabiają funkcje motoryczne, sprzyjając kontroli różnych aktywności mięśniowych.
Struktury międzypółkulowe
Ciało modzelowate. Struktura znajdująca się głęboko w szczelinie między dwiema półkulami, zbudowana z włókien nerwowych łączących dwie półkule mózgu, ustalająca w ten sposób jedność funkcjonalną różnych obszarów tej samej półkuli. Również sklepienie jest strukturą łączącą dwie półkule mózgu, tak jak spoidło przednie.
Włókna nerwowe sklepienia łączą się z częścią kresomózgowia zwaną hipokampem, strukturą odpowiedzialną za określanie zachowania oraz odruchów instynktownych i emocjonalnych. Między ciałem modzelowatym a sklepieniem znajduje się przegroda przezroczysta, gdzie umieszczone są jądra nerwowe, z którymi łączą się nerwy pochodzące, np. z opuszki węchowej, kory mózgowej itd. Z jąder przegrody przezroczystej wychodzą włókna do podwzgórza. Jądra przegrody przezroczystej stanowią ważny ośrodek łączący między węchomózgowiem, korą przedczołową, podwzgórzem itd.
Komory mózgu
Wewnątrz półkuli mózgu oraz w pniu mózgu znajduje się seria łączących się ze sobą jam, określanych mianem komór, połączonych kanałem centralnym rdzenia kręgowego oraz wypełnionych, podobnie jak i rdzeń, płynem mózgowo-rdzeniowym. Największe są komory boczne, dzielone na pierwszą i drugą, oraz umieszczone odpowiednio w prawej i lewej półkuli, gdzie zajmują część płata czołowego, skroniowego i potylicznego. Węższa jama, zwana trzecią komorą, jest umiejscowiona w jednej linii z mózgowiem, pod ciałem modzelowatym. Trzecia komora łączy się z bocznymi poprzez otwory (otwory międzykomorowe) znajdujące się w jej przedniej części. Czwarta komora znajduje się między pniem mózgu a móżdżkiem. Łączy się z trzecią komorą przez wodociąg mózgu (zwany również kanałem Sylwiusza). Czwarta komora biegnie w kanale centralnym rdzenia kręgowego. W jej górnej ścianie znajdują się otwory, dzięki którym komunikuje się ona z obszarem podpajęczynówkowym opon mózgowych.
Funkcje mózgu
Mózg jest ośrodkiem funkcji wyższych, centrów interpretacji impulsów pochodzących zarówno z różnych receptorów, jak i warunkowych ośrodków ruchowych, poruszających mięśnie. W mózgu zachodzą procesy zapamiętywania, przetwarzania pozyskanych informacji, używanych w procesach pamięciowych i logicznych.
Obszary kory mózgu, pełniące określone funkcje, zostały wyróżnione dzięki serii badań oraz technik. Uważnie badano pacjentów z uszkodzeniami mózgu, poddanych częściowemu usunięciu masy mózgowej. Ograniczenia zdolności fizycznych, występujące w następstwie takich zabiegów, dostarczyły istotnych danych na temat funkcji pełnionych przez różne części kresomózgowia. Inny typ badań polegał na operacyjnej ekspozycji obszarów korowych przy zastosowaniu stymulacji mechanicznej lub elektrycznej, i obserwacji odpowiedzi mięśniowych lub określonych doznań.
Wyniki wyżej wymienionych badań umożliwiły wyodrębnienie funkcjonalnych obszarów kory mózgu. Mimo że poszczególne obszary nakładają się na siebie, kora może zostać podzielona na obszary ruchowe, czuciowe oraz asocjacyjne.
Obszary ruchowe. Zlokalizowane są w płatach czołowych, przed szczeliną centralną oraz w przedniej jej ścianie (obszary somatomotoryczne). Tkanka nerwowa tych obszarów zawiera wiele komórek zwanych piramidalnymi od piramidalnego kształtu ich trzonu. Impulsy z komórek piramidalnych są przewodzone ku dołowi, wzdłuż wiązek projekcyjnych korowo-rdzeniowych, przechodzących przez pień mózgu i dochodzących do rdzenia kręgowego. Większość włókien nerwowych biegnących w tych wiązkach krzyżuje się na poziomie pnia mózgu i uchodzi do własnej wiązki korowo-rdzeniowej bocznej. W rdzeniu kręgowym włókna korowo-rdzeniowe łączą się z motoneuronami, umiejscowionymi w rogach przednich. Stąd ich przedłużenia, biegnąc przez nerwy peryferyjne, dochodzą do różnych mięśni ciała, kurczonych warunkowo. W ten sposób przewodzone impulsy są odpowiedzialne za drobne ruchy mięśni szkieletowych, a dokładniej neurony pasm górnych obszarów ruchowych przesyłają impulsy do mięśni kończyn dolnych. Neurony z pasm pośrednich kontrolują mięśnie ramion oraz kończyn górnych, a neurony pasm dolnych kontrolują mięśnie głowy. Pęczki włókien kontrolują oraz koordynują funkcje ruchowe związane z utrzymywaniem równowagi oraz pozycji ciała. Liczne włókna przebiegają przez podstawowe zwoje nerwowe przed dojściem do rdzenia kręgowego. Niektóre impulsy przekazywane tymi drogami hamują funkcje mięśniowe, przyczyniając się do ich modulacji.
Oprócz obszarów ruchowych występują również inne obszary płatu czołowego współuczestniczące w funkcjach motorycznych. Ośrodek Broki, znajdujący się tuż przed obszarem motorycznym, a ponad szczeliną boczną, zazwyczaj umiejscowiony w lewej półkuli. Ma za zadanie kontrolowanie złożonych funkcji mięśni jamy ustnej, języka, krtani, które pozwalają na artykulację języka (mowa). Pacjent, u którego został uszkodzony ten obszar kresomózgowia rozumie słowa, ale nie może ich wypowiedzieć.
Nad ośrodkiem Broki znajduje się czołowe pole ruchowe gałek ocznych. Kora tego ośrodka kontroluje warunkowe ruchy oczu oraz powiek. Przylega do niej ośrodek korowy służący do kontroli ruchów głowy powiązanych z ruchami gałek ocznych.
Przed pierwszorzędowym ośrodkiem ruchowym znajduje się obszar kontrolujący ruchy rąk i palców przy pisaniu. Uszkodzenie układu motorycznego może spowodować utratę możliwości precyzyjnych ruchów. Stan ten, pociągający za sobą znaczne ograniczenia ruchu rąk, kończyn głowy i oczu, nazywa się apraksją. Apraksja, powiązana z utratą możliwości artykulacji języka i dotykająca mięśnie za to odpowiedzialne, zwana jest afazją.
Ośrodki czuciowe. Do tych ośrodków, obecnych w różnych płatach mózgu, dochodzą i impulsy pochodzące z różnych receptorów czuciowych są tam interpretowane. W wyniku interpretacji tych impulsów powstają doznania. Wrażliwość termiczna, dotykowa, uciskowa oraz bólowa pochodzenia skórnego są interpretowane w przednich odcinkach płatów ciemieniowych mózgu, położonych za szczeliną centralną (zwój za szczeliną centralną) oraz w tylnej jej ścianie. Tylne odcinki płatów potylicznych są obszarami kory wzrokowej, podczas gdy wyższe odcinki tylne są siedliskiem ośrodków projekcji akustycznej. Ośrodki czuciowe smakowe są zlokalizowane w pobliżu dolnej części szczeliny centralnej, wzdłuż szczeliny bocznej, natomiast ośrodki odbierające bodźce węchowe znajdują się w głębokich strukturach mózgu.
Włókna czuciowe, podobnie jak włókna ruchowe, krzyżują się. Ponadto ośrodki prawej półkuli mózgu odbierają bodźce z lewej strony ciała i vice versa. Kora wzrokowa odbiera impulsy obuoczne, ponieważ obszary projekcji wzrokowej odbierają impulsy z obu oczu.
Ośrodki asocjacyjne. Odpowiadają za funkcję ruchową i czuciową oraz stosunki między nimi a innymi strukturami mózgowia. Ośrodki te zajmują część przednią płatu czołowego i są obecne również w częściach bocznych płatu ciemieniowego, skroniowego oraz potylicznego. Zadaniem ośrodków asocjacyjnych jest analiza i interpretacja doświadczeń czuciowych. Ponadto biorą one udział w procesach zapamiętywania, analizach logicznych, werbalizacji, osądzie oraz w wywoływaniu stanów emocjonalnych. Obszary asocjacyjne płatów czołowych są odpowiedzialne za określone procesy intelektualne wyższego rzędu, tj. koncentrację, planowanie czy rozwiązywanie skomplikowanych problemów. Ośrodki przednie niższe płatów czołowych w głównej mierze odpowiadają za zachowanie emocjonalne i przewidywanie skutków określonego zachowania.
Ośrodki asocjacyjne płatów ciemieniowych biorą udział w procesach interpretacji bodźców czuciowych oraz odgrywają ważną rolę w rozumieniu języka oraz w wyborze odpowiednich słów do wyrażania emocji. Za rozpoznawanie kształtu przedmiotów, włączając w to części ciała, są odpowiedzialne tylne części ww. płatów. Ośrodki asocjacyjne płatów skroniowych oraz obszary zlokalizowane na zewnętrznych granicach szczelin bocznych są odpowiedzialne za interpretacje złożonych doznań czuciowych, tj. rozumienie języka oraz słowa pisanego. Obszary te biorą również udział w zapamiętywaniu widoków, ścieżek dźwiękowych oraz innych złożonych schematów sensorycznych. Ośrodki asocjacyjne płatów potylicznych sąsiadujących z korą wzrokową odgrywają istotną rolę w analizie schematów wzrokowych oraz w łączeniu obrazów z innymi doświadczeniami sensorycznymi, tj. rozpoznawanie osób.
Szczególne znaczenie ma strefa styku między ośrodkami asocjacyjnymi cieminiowo-skroniowo-potylicznymi, w pobliżu tylnej części szczeliny bocznej. Jest ona znana pod nazwą ośrodka analizy ogólnej i pełni główną funkcję w złożonych procesach myślowych. Od poprawnego funkcjonowania tego obszaru zależy umiejętność rozpoznawania słów oraz organizowania ich w myśli, a także zdolność czytania i rozumienia koncepcji wyrażonych graficznie.
Dominacja półkul mózgu
Obydwie półkule mózgu uczestniczą w podstawowych funkcjach somatycznych oraz psychicznych, tj. odbieraniu bodźców i ich analizie, kontroli mięśni szkieletowych oraz zapamiętywaniu. U zdecydowanie większości osób, w związku z określonymi funkcjami, przejawia się dominacja jednej z półkul. W ok. 90% populacji obserwuje się dominację lewej półkuli w procesach związanych z językiem mówionym, pisanym oraz z lekturą. Ponadto aktywność lewej półkuli dominuje we wszystkich procesach dotyczących złożonych funkcji intelektualnych wymagających zdolności werbalnych, analitycznych i kalkulacyjnych. U innych osób dominuje prawa półkula, podczas gdy u niewielkiej grupy, półkule dominują na równi. Poza wspomnianymi funkcjami zakłada się, że niedominująca półkula specjalizuje się w przetwarzaniu funkcji niewerbalnych, funkcji motorycznych dotyczących położenia ciała w przestrzeni, rozumienia i interpretacji ścieżek dźwiękowych oraz doświadczeń wzrokowych. Niedominująca półkula uczestniczy ponadto w odczuwaniu emocji oraz w procesach intuicyjnych. Mimo że obszar takiej półkuli odpowiada funkcją ośrodkowi Broki, półkuli dominującej i nie jest w stanie kontrolować języka, wpływa on na stronę emocjonalną języka mówionego.
Wiele badań wskazuje, że lewa półkula jest dominująca u 90% dorosłych osób i u 64% osób leworęcznych. Prawa półkula dominuje u 10% populacji praworęcznej i u 20% leworęcznej. U pozostałych 16% populacji leworęcznej obserwuje się równą dominację obydwu półkul. Przy omawianiu dominacji półkul należy stwierdzić, że ośrodek Broki w jednej z półkul prawie całkowicie kontroluje czynności ruchowe związane z językiem. Z powyższego powodu u 90% pacjentów z zaburzeniami języka natury mózgowej obserwuje się funkcjonalne uszkodzenie lewej półkuli. Włókna nerwowe ciała modzelowatego łączące dwie półkule pozwalają na kontrolę przez półkulę dominującą, kory ruchowej półkuli niedominującej. Włókna te przekazują również informacje sensoryczne zebrane przez niedominującą półkulę do ośrodka ogólnej analizy półkuli dominującej, gdzie zostają użyte do procesów decyzyjnych.
Proces zapamiętywania
Pamięć to zdolność psychiczna do magazynowania i odzyskiwania informacji w dowolnym czasie. Leży u podstaw wszystkich funkcji mózgu wyższego rzędu tj. procesu uczenia, analizy logicznej oraz przystosowania do sytuacji awaryjnych. Mimo że większość procesu zapamiętywania przebiega na poziomie kory mózgowej, w magazynowaniu, wybieraniu oraz odzyskiwaniu informacji uczestniczą również inne wyspecjalizowane obszary układu nerwowego.
Proces zapamiętywania przebiega etapowo: w pierwszej fazie informacja sensoryczna dochodzi do mózgowia i jest tam zatrzymywana na kilka sekund. Taki system czasowego magazynowania informacji nazywa się pamięcią krótkotrwałą i mimo że nie jest ona trwała, wystarcza do zakodowania i używania małych porcji informacji, tj. np. numeru telefonu. Istnieje przekonanie, że pamięć krótkotrwała jest przetwarzana głównie w części przedniej płatu czołowego oraz w części pnia mózgowego zwanej wzgórzem. Nie charakteryzuje się stabilnością i zostaje szybko zastąpiona przez nowe przychodzące informacje.
Jednak informacje z pamięci krótkotrwałej mogą zostać użyte w następnej fazie procesu zapamiętywania, o trwalszym charakterze, poprzez szybkie odzyskanie i przesunięcie do innego typu pamięci zwanego pamięcią roboczą. Jest to stadium procesu zapamiętywania wskutek działania części płatu skroniowego oraz hipokampu, który analizuje typ pamięci trwający godziny lub dni. Także pamięć robocza utrwala informacje w sposób dość nietrwały, co w przypadku, gdy nie powtarzamy ich z określoną częstością, stwarza możliwość ich zapomnienia. Trwalszą formą pamięci jest tzw. pamięć długotrwała, która powstaje w następstwie powtarzającego się odzyskiwania informacji lub ciągłego powtarzania doświadczeń zmysłowych.
Obróbka pamięci długotrwałej zachodzi w rozległych obszarach kory mózgowej, a magazynowanie zawartych w niej informacji ma miejsce w wielu miejscach w obydwu półkulach. Istnieje pogląd, że składowe nowej informacji są wybierane grupowo w taki sposób, aby każda nowa składowa została zapamiętana w połączeniu z innymi informacjami już przetworzonymi tego samego typu. Mózgowie charakteryzuje się prawie nieograniczoną możliwością magazynowania pamięci długoterminowej. Inaczej mówiąc, informacje zapamiętane w ten sposób zostają zazwyczaj szybko odzyskane.
Mechanizm zapamiętywania w ostatniej fazie jest mało znany. Niektórzy badacze twierdzą, że polega on na wystarczająco intensywnej aktywności neuronowej zdolnej do wywołania trwałych zmian w obwodach neuronowych. Istnieje możliwość dokonania zmian strukturalnych lub chemicznych prowadzących do nieustannego sumowania bodźców w obrębie synaps. Jeśli wszystkie synapsy określonego obwodu nerwowego są zsumowane, kolejny impuls doprowadzający może pobudzić cały obwód i doprowadzić, w konsekwencji, do potencjałów czynnościowych, pozwalając tym samym na odzyskanie zapamiętanego wrażenia.
Kresomózgowie- uszkodzenie mózgu
Jeżeli mózgowie zostanie poddane silnemu urazowi, np. w wyniku mocnego uderzenia w głowę, poszkodowany może stracić przytomność. Dochodzi wtedy do wstrząśnienia mózgu. Jeżeli jest to łagodny uraz, utrata przytomności może trwać tylko kilka sekund, jeżeli natomiast wstrząśnienie mózgu ma bardziej poważny charakter, utrata przytomności może się przedłużyć. Na skutek wstrząśnienia mózgu u poszkodowanego może pojawić się szereg symptomów, takich jak: ból głowy, amnezja i obniżona zdolność koncentracji. Ich czas trwania zależy od charakteru urazu mózgowego (im poważniejszy uraz, tym objawy trwają dłużej). Mózg może ulec uszkodzeniom innego rodzaju, takim jak np. nagłe przerwanie dopływu krwi z naczyń, które unaczyniają tkankę nerwową, określane jako udar. Dochodzi do niego przede wszystkim na skutek przerwania naczynia oraz krwotoku mózgowego lub z powodu niedrożności naczyń wywołanej powstaniem skrzepu. W obydwu przypadkach może dojść do nekrozy tkanki mózgowej, a w konsekwencji do całkowitej utraty funkcji mózgowych. Jeżeli przerwanie dopływu krwi do tkanki mózgowej ma charakter przejściowy, mówi się o przemijającym ataku niedokrwiennym. Do ataku niedokrwiennego może dojść na skutek powstania skrzepu, którego resorpcja następuje dość szybko, dzięki czemu przerwanie dopływu krwi trwa tylko kilka minut.
Uszkodzenia
Długotrwałe skutki różnych uszkodzeń kory mózgowej zależą od obszaru, jaki został uszkodzony, oraz od rozległości zmian. Urazy poszczególnych części kory mózgowej powodują utratę lub uszkodzenie funkcji właściwych dla jej określonych obszarów. Często, na podstawie konkretnych zdolności, jakie utracił poszkodowany, możliwe jest określenie miejsca i rozległości urazu mózgowego. Jeżeli uszkodzeniu uległy ośrodki ruchu w płatach czołowych, dochodzi do paraliżu częściowego lub całościowego kontralateralnego organizmu. Analogicznie, jeżeli uszkodzeniu uległ jeden z płatów potylicznych (kora wzrokowa), dochodzi do częściowej ślepoty obuocznej. W przypadku uszkodzenia obydwu płatów wzrokowych, ślepota jest całkowita.
Pacjent, u którego doszło do uszkodzeń płatów czołowych mózgu może mieć problemy z koncentracją przy wykonywaniu złożonych procesów myślowych, często wydaje się być niezorganizowany i roztargniony. Jeżeli uszkodzenie obejmuje obszar odpowiedzialny za mechanizmy interpretacyjne dominującej półkuli, może nie być w stanie rozpoznać dźwięków jako słów i zrozumieć idei przedstawionych graficznie. Jednak dominacja jednej półkuli nie ujawnia się przed ukończeniem 5.-6. roku życia. Jeżeli zatem u młodego pacjenta doszło do ogólnego uszkodzenia obszaru odpowiedzialnego za mechanizmy interpretacyjne, odpowiedni obszar kontralateralny półkuli jest w stanie wykształcić i przejąć funkcje poprzednio realizowane w uszkodzonej części, co znaczy, że przebieg rozwoju umiejętności mowy u dziecka będzie prawidłowy. Z kolei u osoby dorosłej półkula niedominująca może wykształcić ograniczone funkcje interpretacyjne, dlatego pacjent będzie cierpiał na poważne zaburzenia intelektualne. Uszkodzenie mózgu wpływa także na proces zapamiętywania. Uraz odcinka płata skroniowego odpowiedzialnego za przetwarzanie informacji w pamięci krótkotrwałej uniemożliwia np. przyswojenie informacji na tym etapie procesu zapamiętywania i w konsekwencji ich zapamiętania w perspektywie długoterminowej. Zasadniczo ilość zapamiętanych informacji, jaka zostaje utracona na skutek uszkodzenia jest bezpośrednio proporcjonalna do rozległości zmian w korze mózgowej
