Пути изучения функций нервной системы. Если строение нервной системы изучают, на трупе, то исследование ее функций возможно лишь на живом материале. С давних времен проводились наблюдения за изменением реакций животного после перерезки мозга на определенном уровне или удаления отдельных его участков. Позднее с успехом стали применять электрическое или химическое раздражение изучаемого участка мозга либо временное выключение его функций, например, путем местного применения наркотических веществ.

Особое значение приобрели электрофизиологические исследования процессов, протекающих в нервной системе. Вели электроды, соединенные с регистрирующим прибором, ввести в глубину отдельных участков мозга или приложить к его обнаженной поверхности, то можно изучать биоэлектрическую активность, т.е. ритмические колебания потенциалов, связанные с взаимодействием отдельных нейронов, а также изменения активности под влиянием афферентных импульсов. У человека биопотенциалы отводят от коры больших полушарий либо во время хирургической операции па мозге, либо путем прикладывания электродов к коже головы.

Спинной мозг. Спинной мозг, расположенный в позвоночном канале, тянется в виде толстого шнура, разделенного двумя бороздами на правую и левую половину (цвет. табл. VI и VII). В центре спинного мозга проходит канал, который продолжается в головной мозг. Рассматривая поперечный разрез спинного мозга, нетрудно заметить, что в середине расположено серое вещество, а по краям - белое. Участки серого вещества, раздражение которых вызывает работу тех или иных органов, условно называют нервными центрами этих органов. В сером веществе спинного мозга находятся центры мышц туловища и конечностей, а также центры внутренних органов. Нервные волокна, составляющие основную массу белого вещества, образуют проводящие пути. Они осуществляют связь между нейронами различных отделов мозга.

Между каждой парой соседних позвонков от спинного мозга отходят слева и справа спинномозговые нервы - всего 31 пара. Они начинаются двумя корешками - задним (афферентным) и передним (эфферентным). Оба корешка по выходе из мозга сливаются в один нерв. Тела афферентных нейронов находятся в заднем корешке. Они имеют два длинных отростка: по одному импульсы идут от рецепторов, а по другому - в спинной мозг. В спинном мозге этот отросток разветвляется: одна ветвь идет по белому веществу в нижележащие части спинного мозга, а другая направляется вверх. Обе ветви дают боковые ответвления в серое вещество, где образуют синапсы со вставочными или эфферентными нейронами. Тела эфферентных нейронов находятся в передних выступах, или рогах, серого вещества: их волокна покидают спинной мозг через передние корешки.

Головной мозг. Строение головного мозга, расположенного внутри мозгового черепа, изображено на цветной таблице VIII. Участок головного мозга, который представляет собой непосредственное продолжение спинного, называется продолговатым мозгом. Он хорошо виден на нижней поверхности головного мозга, а также если разрезать весь головной мозг в продольном направлении на две равные части. Впереди продолговатого мозга в виде поперечного вала расположен мост.

С продолговатым мозгом и мостом связана большая часть нервов головного мозга. Сюда идут центростремительные импульсы от органа слуха, кожи головы, слизистой оболочки полости рта. Отсюда выходят центробежные импульсы ко всем мышцам головы и слюнным железам. Через блуждающий нерв продолговатый мозг связан с органами кровообращения, пищеварения и дыхания. Следовательно, его деятельность имеет непосредственное отношение к важнейшим жизненным отправлениям: здесь находятся центры дыхательный, сердечно-сосудистый, мимических мышц лица, жевания, глотания, рвоты, кашля, слюноотделения и многие другие.

Позади продолговатого мозга и моста расположен мозжечок. Поверхность мозжечка, испещренная многочисленными бороздками, состоит из серого вещества. Сюда направляются импульсы с периферии, в частности от всех мышц тела, а также из коры больших полушарий и других отделов мозга. Мозжечок принимает участие в координации движений. Нарушение этой функции наблюдается при некоторых заболеваниях, а также при опьянении.

Небольшой участок мозга, расположенный над мостом, называется средним мозгом. Здесь находятся скопления нервных клеток, или ядра, принимающие участие в регуляции мышечного тонуса. На задней стороне расположено четверохолмие - четыре бугорка, два из которых видны на продольном разрезе мозга.

В четверохолмии находятся центры ориентировочных рефлексов на свет и звуки. Известно, что всякий внезапный звук или вспышка света вызывает рефлекторную реакцию: человек настораживается, поворачивает голову в сторону раздражителя. Подобные реакции имеют огромное биологическое значение. Они ориентируют организм в явлениях, происходящих в окружающей среде, т. е. помогают в них разбираться. Отсюда их название.

Остальная часть мозга называется передним мозгом. Он состоит из межуточного мозга, граничащего со средним мозгом, и больших полушарий - основной массы головного мозга, покрывающей сверху и с боков все другие его части.

В межуточном мозге различают бугры (таламус), подбугровую область (гипоталамус) и некоторые другие участки (рис. 26). Через ядра бугров и смежных с ними образований проходят к большим полушариям афферентные пути от всех частей тела. Однако бугры нельзя рассматривать как простую передаточную станцию. Здесь информация перерабатывается и обобщается. Одна из функций бугров - участие в образовании чувственной окраски ощущений. При поражении бугров ощущения нередко нарушаются. Так, одинаковое прикосновение к коже может казаться то очень неприятным, то, наоборот, приятным.

Скопления серого вещества подбугровой области можно назвать высшими центрами регуляции обмена веществ, протекающего в каждой клетке организма, а также деятельности органов кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения и др. Подбугровая область вместе с некоторыми участками внутренней поверхности больших полушарий, образующими так называемую лимбическую систему, организует эмоциональную сторону поведенческих реакций. В опытах на животных, раздражая или разрушая различные участки лимбической системы и подбугровой области, можно наблюдать резко выраженные реакции, например настораживание, агрессию, половое возбуждение, усиленный аппетит или, наоборот, отказ от еды.

Существенное значение для деятельности всей центральной нервной системы имеют скопления нервных клеток, густо переплетенных нервными волокнами, проходящими в различных направлениях. Эти скопления, названные ретикулярной формацией (сетчатым образованием), расположены в сером веществе шейного отдела спинного мозга и в центральной части ствола головного мозга, т.е. заднего, среднего и межуточного мозга. Ретикулярная формация получает импульсы от всех органов тела и участвует в регуляции возбудимости всех отделов центральной нервной системы, тем самым способствуя координации и взаимодействию различных рефлекторных реакций.

В больших полушариях различают лобную, теменную, височную и затылочную доли. Глубокая боковая борозда отделяет височную долю от лобной и теменной, другая (центральная) борозда отграничивает лобную долю от теменной. Поверхность больших полушарий состоит из серого вещества и называется корой. Скопления серого вещества имеются и в глубине больших полушарий - это подкорковые ядра. Их функция связана с осуществлением сложных движений. При повреждении подкорковых ядер лицо становится неподвижным или, наоборот, вследствие чрезмерного сокращения мимических мышц одна гримаса сменяет другую.

Кора больших полушарий. К коре больших полушарий стекается информация от всех органов. Чрезвычайно сильное развитие коры больших полушарий, особенно некоторых ее отделов, - основной отличительный признак человеческого мозга. Достаточно сказать, что у человека на долю коры, несмотря на очень небольшую ее толщину (от 2 до 4 мм в разных участках полушарий), приходится примерно 1/3 массы всего головного мозга. Это объясняется особенностью поверхности больших полушарий: она испещрена бороздами. Тонкий слой коры следует за каждым изгибом поверхности, образуя многочисленные извилины. Общая ее площадь примерно 1600 см². В коре больших полушарий находится около 14 млрд. клеток, что составляет больше половины всех нервных клеток головного и спинного мозга.

Функция отдельных участков коры неодинакова (цвет. табл. IX). Информация с органов зрения поступает в затылочную область, с органов слуха - в височную, с кожи - в заднюю центральную область (позади центральной борозды), с мышц и сухожилий - в переднюю центральную область. Внутри каждой области можно наблюдать очень дробную локализацию. Так, в передней центральной извилине каждая мышца имеет свое определенное представительство, т. е. участок коры, раздражение которого вызывает ее сокращение. Мышцы, принимающие участие в более сложных и разнообразных движениях, имеют большую площадь коркового представительства. Это особенно заметно при сравнении корковых центров мышц ноги, туловища, отдельных частей руки, языка, голосовых связок. С особыми участками мозга связана членораздельная человеческая речь: двигательный центр речи связан с произнесением слов, слуховой центр - со слуховым восприятием речи, зрительный - с чтением, центр письма - с написанием слов. Установлено, однако, что функция речи связана не только с этими ограниченными участками коры, но и с многими другими.

Большая часть нервных путей, идущих как к коре, так и от коры, перекрещивается, а потому правое полушарие связано глазным образом с левой половиной тела, а левое - с правой.

Электрическая активность коры больших полушарий. В коре больших полушарий, как и в других отделах центральной нервной системы, можно наблюдать, даже в условиях полного покоя, непрерывные волнообразные электрические колебания различной частоты и интенсивности. Эта так называемая фоновая активность отражает уровень возбудимости, который регулируется взаимодействием отдельных участков коры, а также коры и подкорковых образований (особенно ретикулярной формации подбугровой области). Для регистрации электрической активности коры больших полушарий человека один электрод прикладывают к определенному участку кожного покрова мозгового черепа (этот электрод называют активным), а другой (индифферентный) прикладывают к мочке уха.

Пользуясь надлежащим усилителем и прибором для регистрации электроэнцефалограммы, т.е. записи электрических колебаний мозга, можно проследить фоновую активность того участка коры больших полушарий, который находится под активным электродом (рис. 27). Если человек спокойно лежит с закрытыми глазами и его мышцы расслаблены, в коре больших полушарий, особенно в затылочной и теменной областях, превалируют ритмические колебания интенсивностью до 50 мкВ (микровольт) с частотой 8-13 в 1 сек (альфа-ритм). Стоит открыть глаза или напрячь мышцы, как начинают резко превалировать значительно менее интенсивные, но более частые колебания - от 14 до 20, а в условиях повышенной активности до 100 в 1 сек (бета-ритм). Во время сна резко превалируют очень медленные колебания – 4-7 в 1 сек (тета-ритм) и даже 1-7 в 2 сек (дельта-ритм). Эти колебания в несколько раз более интенсивны, чем альфа-волны.

Афферентные импульсы, проходящие от зрительных, слуховых и других рецепторов, вызывают возбуждение определенных групп нейронов коры больших полушарий, что у человека можно обнаружить во время хирургической операции, прикладывая активный электрод к соответствующему участку поверхности мозга. Исследования показали, что такие вызванные потенциалы наблюдаются и в других частях коры. Так, при раздражении зрительных рецепторов они возникают не только в затылочной области, но также в отдельных группах нейронов теменной, передней центральной и лобной областей. Это свидетельствует о взаимодействии различных участков коры больших полушарий, что имеет существенное значение для организации рефлекторных реакций.

Вегетативная нервная система. Внутренние органы обладают двойной иннервацией: к каждому из них подходят два нерва — симпатический и парасимпатический. Симпатические нервы отходят от грудного и верхней части поясничного отделов спинного мозга, а парасимпатические - от некоторых участков головного мозга (в основном от продолговатого) и от нижнего отдела спинного мозга (цвет. табл. VII). Симпатические и парасимпатические нервы образуют единую вегетативную систему.

Путь от центральной нервной системы к мышцам состоит из одного нейрона: его тело расположено в сером веществе спинного или стволовой части головного мозга, а длинный отросток (аксон), не прерываясь тянется до мышцы. В вегетативной системе путь от центральной нервной системы до органа состоит из двух нейронов: аксон первого нейрона подходит к телу второго нейрона, и лишь его аксон достигает иннервируемого органа.

Как правило, симпатический и парасимпатический нервы оказывают на орган противоположные действия. Так, симпатический нерв учащает сердечные сокращения, а парасимпатический замедляет их. Парасимпатические нервы иннервируют главным образом внутренние органы, а симпатические направляются ко всем органам. Симпатические волокна подходят даже к скоплениям нервных клеток в спинном и головном мозге. Столь широкое распространение симпатических нервов объясняется тем, что их функция связана с регуляцией процессов обмена веществ, протекающих в каждой живой клетке.