Мозъкът при гръбначните животни: строеж, функции и еволюция
Открийте строежа, функциите и еволюцията на мозъка при гръбначните животни — от рефлекси и инстинкти до сложно учене, адаптация и сравнение между видове.
Мозъкът на гръбначните животни е основната част на централната нервна система. При гръбначните ( и повечето други животни) той се намира отпред, в главата, защитен от черепа и е близо до основните сетива — зрение, слух, равновесие, вкус и мирис. Докато животното се движи напред, сетивата му събират данни за заобикалящата го среда и тези данни постъпват в мозъка, където се интегрират и анализират.
Строеж
На макрониво мозъкът на гръбначните може да се раздели на три основни части: преден мозък (крайна и междинна част), среден мозък и заден мозък (включително мозъчният ствол и малкият мозък). При повечето животни има ясно разграничение между:
- Крайния мозък — включва големия мозък и кората, важни за висши функции като учене, памет и сложна обработка на сетивна информация.
- Мозъчният ствол — регулира основни жизнени функции (дихание, сърдечен ритъм, сън) и служи като проход за нервни пътища.
- Малкият мозък (церебелум) — координира движения и сетивно-моторни рефлекси, участвува в регулиране на равновесието и прецизния моторен контрол.
В мозъчната тъкан има два основни типа клетки: неврони (предават информация чрез електрически и химични сигнали) и глия (поддържат и защитават невроните). Синапсите между невроните позволяват образуването на мрежи, които подлежат на модификация — основата на учене и памет.
Функции
Мозъкът контролира другите органи на тялото чрез активиране на мускулите или чрез отделяне на химически вещества като хормони и невротрансмитери. Мускулните реакции позволяват бързи и координирани реакции на промените в околната среда, докато хормоните и автономната нервна система извършват по-бавни, регулиращи промени в организма.
При гръбначните животни гръбначният мозък сам по себе си може да предизвиква рефлекторни реакции и да управлява прости движения, като плуване или ходене. За по-сложни модели на поведение и гъвкав отговор на средата обаче е необходим централен мозък, който интегрира информацията и планира действия.
Функции в резюме:
- Обработка и интеграция на сетивни сигнали.
- Контрол на доброволни и автоматични движения.
- Регулация на хормоналната и вегетативната дейност.
- Формиране на памет и учене, предимно в кората на главния мозък.
- Поддържане на жизнени функции (дихание, сърдечна дейност, сън).
Еволюция и развиване на поведението
Структурата на мозъка на всички гръбначни животни следва общ план, но в хода на еволюцията той е бил променян и усложняван. При така наречените „нисши“ животни много от поведенческите реакции са унаследени и предимно инстинктивни. С напредването на еволюцията и при появата на по-високо организирани групи — например при бозайниците, и особено при хората — наблюдаваме значително разширяване и диференциация на крайните мозъчни участъци, което позволява поведението да стане по-гъвкаво и да се модифицира чрез опит.
Няколко важни еволюционни тенденции:
- Увеличаване на относителния обем на крайния мозък (енцефализация), измервано чрез енцефализационен коефициент.
- Разслояване и специализация на кори и подкортикални структури за различни когнитивни задачи.
- Невронална пластичност — способност на мозъка да променя връзките си под въздействие на опита и обучението.
- При птиците развити форми на палийум (плака) могат да поддържат сложни поведения, въпреки че анатомично се различават от мамалния неокортекс.
Развитие и пластичност
При бозайниците мозъкът се доразвива и моделира през живота чрез учене — това включва формиране на нови синапси, усилване или отслабване на съществуващи връзки и локална образуванe на неврони в някои области (неврогенеза). Способността за учене и адаптация е особено силно изразена в кората на главния мозък, където се осъществява обработка на сложна информация и вземане на решения.
Защита, кръвоснабдяване и енергийни нужди
Мозъкът е защитен от черепа и обвивките (менингите) и е отделен от кръвта чрез кръвно-мозъчна бариера. В мозъка циркулира гръбначно-мозъчна течност, която служи за възглавничка и за пренос на метаболити. Той е много енергоемък: при човека мозъкът използва около 20% от общата енергия на тялото, въпреки че съставлява само около 2% от телесната маса.
При възрастен човек средното тегло на мозъка е около 1300–1400 грама, като има индивидуални вариации.
Заключение
Мозъкът при гръбначните е централният орган за възприемане, интеграция и контрол. Въпреки общия анатомичен план при всички групи, еволюцията е довела до голямо разнообразие във формата и сложността на мозъчните структури, което отразява различни екологични ниши и поведения — от прости рефлекси до висши когнитивни способности и културно учене.
Три принципа
- Мозъкът и нервната система по същество са система, която създава връзки. Тя има вход от сетивните органи и изход към мускулите.
Тя е свързана по няколко начина с ендокринната система, която произвежда хормони, както и с храносмилателната и половата система. Хормоните работят бавно, така че тези промени са постепенни. - Мозъкът е нещо като универсален магазин. В него има взаимосвързани отдели, които вършат различни неща. Всички те си помагат взаимно да събират сетива.
- Голяма част от действията на тялото не са съзнателни. Човек диша, сърцето бие, червата храносмилат, косата расте, мислите се появяват в ума му... Някои от тези неща могат да бъдат забелязани от човека, а на други (като дишането) може да се повлияе до известна степен. Но по принцип голяма част от тялото работи на автоматичен режим, регулиран от вегетативната нервна система.
Мозъкът също върши голяма част от работата си, без човек да го забелязва. Несъзнателният ум се отнася до дейностите на мозъка, които рядко се забелязват.
Области на мозъка на гръбначните животни
Няколко области на мозъка са запазили своята идентичност при целия спектър от гръбначни животни - от морските риби до хората. Ето списък на някои от най-важните области с кратко описание на функциите им, както са разбрани в момента. Тези функции все още могат да бъдат оспорвани в известна степен. Започвайки от гърба (или, при хората, от долната част), областите са:
- В медулата (и в гръбначния мозък) има много малки ядра, които се занимават с различни автономни функции. Те включват сърдечния ритъм и кръвното налягане, дишането и повръщането. гл. 44, 45
- Понсът е релейна станция, която пренася съобщения между главния мозък, междинния мозък и малкия мозък.
- Хипоталамусът е малка област в основата на главния мозък. Той е централната контролна станция за циклите сън/бодърстване, контрола на храненето и пиенето, контрола на отделянето на хормони и много други функции. Намира се непосредствено над хипофизата и отделя хормони в нея. Тези хормони потискат или стимулират хипофизата. От своя страна жлезата произвежда хормони, които влияят на останалата част от тялото.
- Таламусът се намира над хипоталамуса и под мозъчната кора. Той представлява съвкупност от ядра с различни функции. Действа като релейна станция, събираща всякакъв вид сетивна информация (с изключение на обонятелната) и я предава на кората на главния мозък. Освен това има роля в съзнанието и съня. Съществуват
системи за действие за няколко вида поведение, включително хранене, пиене, дефекация и копулация. - Малкият мозък регулира работата на другите мозъчни системи, за да ги направи по-прецизни. Отстраняването на малкия мозък не пречи на животните да правят нещо конкретно, но прави действията им нерешителни и тромави. Тази прецизност не е вградена, а се усвоява чрез проби и грешки. Научаването на каране на велосипед е пример за вид невронна пластичност, която може да се осъществи основно в малкия мозък. гл. 42
- Тектумът, често наричан "оптичен тектум", насочва действията към точки в пространството. Най-добре проучената му функция е да насочва движенията на очите. Той също така насочва движенията за достигане. Той получава силни зрителни сигнали и сигнали от други сетива, които са полезни за насочване на действията, като например слухови сигнали при совите, сигнали от термочувствителните ямкови органи при змиите и др. При някои риби, като миногите, той е най-голямата част от мозъка.
- Строго погледнато, хипокампусът е само при бозайниците, но има аналози при всички гръбначни животни. Той участва в пространствената памет и навигацията при рибите, птиците, влечугите и бозайниците.
- Базалните ганглии са група структури в предния мозък, които са тясно свързани с мозъчната кора и таламуса. Основната функция на базалните ганглии изглежда е изборът на действия. Те изпращат инхибиторни сигнали до всички части на мозъка, които могат да генерират действия. При подходящи обстоятелства те освобождават инхибирането, така че системите, генериращи действия, да могат да изпълнят своите действия. Наградите и наказанията оказват най-важните невронни ефекти върху базалните ганглии.
- Мозъчната кора е слой от сиви клетки, разположен на повърхността на главния мозък. Тя участва в множество функции, включително обонянието и пространствената памет. При бозайниците, където доминира в мозъка, тя контролира функциите от много подкорови области.
- Обонятелната луковица е специална структура, която обработва обонятелните сензорни сигнали (миризми) и изпраща резултатите от тях към обонятелната част на мозъчната кора. Тя е основен компонент на мозъка при много гръбначни животни, но е значително намалена при приматите.
Показани са съответните области на човешкия мозък и на мозъка на акула. Това, което се намира в задната част на мозъка на акулата (медулата), е в долната част на човешкия мозък. Мозъкът на акулата (теленхефалонът) е отпред, а този на човека е отгоре.
Размер на мозъка
Връзката между размера на мозъка, размера на тялото и други променливи е изследвана при широк кръг гръбначни животни. Размерът на мозъка се увеличава с размера на тялото, но не пропорционално.
Бозайници
Средно за всички бозайници тя следва закона на силата с експонента около 0,75. Тази формула се отнася за средния мозък на бозайниците, но всяко семейство се отклонява от нея, което отразява сложността на поведението им. Например приматите имат мозъци, които са от 5 до 10 пъти по-големи от предвиденото във формулата. Хищниците са склонни да имат по-големи мозъци. Когато мозъкът на бозайниците увеличава размера си, не всички части се увеличават с еднаква скорост. Колкото по-голям е мозъкът на даден вид, толкова по-голяма част се заема от неокортекса.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява мозъкът на гръбначните животни?
О: Мозъкът на гръбначните животни е основната част от централната нервна система при гръбначните животни (и повечето други животни). Той се намира в главата и е защитен от черепа, като обработва данните от сетивата, за да контролира другите органи на тялото.
Въпрос: Колко тежи мозъкът на възрастен човек?
О: Мозъкът на възрастен човек обикновено тежи между 1300 и 1400 грама.
В: Каква роля играе гръбначният мозък за движението?
О: Гръбначният мозък може да предизвиква рефлексни реакции, както и прости движения като плуване или ходене. По-сложното поведение обаче изисква централизиран мозък.
В: Как бозайниците се учат?
О: Бозайниците, особено хората, могат да доразвият мозъка си чрез учене през целия си живот. Това им помага да се адаптират по-добре към околната среда.
В: Каква структура позволява ученето при бозайниците?
О: Способността за учене се проявява най-добре в мозъчната кора на бозайниците.
В: По какво се различава поведението на низшите животни и бозайниците?
О: При така наречените "нисши" животни по-голямата част или цялата структура на мозъка им е унаследена, което обуславя инстинктивното поведение. За разлика от тях бозайниците могат да доразвият мозъка си чрез учене през живота, което им дава по-голяма гъвкавост в поведението.
Въпрос: Какви еволюционни промени са настъпили по отношение на мозъка на гръбначните животни?
О: По време на еволюцията мозъците на гръбначните животни са станали по-ефективни поради промените, които са настъпили с течение на времето.
обискирам