ჩვენი ტვინი განსაზღვრავს აღქმას, მოქმედებებს, აზრებს, გრძნობებს და ჩვენს ხასიათსაც კი. გენეტიკური მიდრეკილება არანაკლებ როლს ასრულებს, ვიდრე საკუთარი გამოცდილება, გარემომცველი სამყარო და ჩვენი გარემო. ინფორმაცია ჩვენს ტვინში შედის ისეთი გრძნობის ორგანოების საშუალებით, როგორიცაა მხედველობის, შეხების, სმენის ან გემოს ორგანოები. შემდეგ იქ ჩნდება სამყაროს უნიკალური, ინდივიდუალური სურათი. დროის ყოველ მომენტში ადამიანის ტვინში მიმდინარეობს უსასრულო რაოდენობის ცნობიერი და არაცნობიერი პროცესები, რის შედეგადაც, ტვინი თავადვე იცვლება.

მიკროსკოპისა და სხვა დიაგნოსტიკური გამოსახულების ტექნიკის ძირითადი მიღწევები სულ უფრო და უფრო აჩვენებს, თუ როგორ ფუნქციონირებს ჩვენი ტვინი. და მაინც, ეს უჩვეულოდ რთული ორგანო  მეცნიერთა შორის კვლავ ბევრ კითხვას აჩენს. ტვინის კვლევის შედეგები მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ მედიცინისთვის, არამედ მათ ასევე აქვთ გავლენა ისეთ სოციალურ სფეროებზე, როგორიცაა განათლება, აღზრდა და იურისპრუდენცია.

როგორ მუშაობს ტვინი?
ადამიანის ტვინი ბუნების მიერ შექმნილი ყველაზე რთული ორგანოა. მისი მუშაობის უნარი უფრო მაღალია, ვიდრე ყველაზე ძლიერი სუპერკომპიუტერების. ტვინი სხვადასხვა დონეზე განლაგებულია კავშირების ჯაჭვებში: ერთ სინაფსში მიმდინარე პროცესებიდან მილიონობით უჯრედს შორის არსებულ ქსელებამდე. ადამიანის ტვინი შედგება სხვადასხვა რეგიონისგან, როგორიცაა დიდი ტვინი, ტვინი ან ტვინის ღერო, რომლებიც ასრულებენ საკუთარ ამოცანებს. თუმცა, ბევრი დავალების შესასრულებლად, ტვინის სხვადასხვა სფერო უნდა ურთიერთქმედებდეს ერთმანეთთან. ამრიგად, მეზობელი ნერვული უჯრედები, ისევე როგორც უჯრედები ერთმანეთისგან დაშორებულ ადგილებში, ურთიერთდაკავშირებულია. ©
თავის ტვინის ქერქი
თავის ტვინის დიდი ნახევარსფეროების ქერქი, რომელსაც ასევე უწოდებენ თავის ტვინის ქერქს, მოიცავს თითქმის მთელ ტვინს. თავისი ღარებითა და კონვოლუციებით ტვინს კაკლის იერს აძლევს. ცერებრალური ქერქი აკონტროლებს აღქმას, ცნობიერებას და ქცევას. ის გვაძლევს კომუნიკაციის, რთული პრობლემების გადაჭრის, ობიექტების ამოცნობისა და კლასიფიკაციის უნარს.

თავის ტვინის შუბლის წილი
თავის ტვინის შუბლის წილს უწოდებენ თავის ტვინის  ქერქის მთელ წინა მხარეს. აქედან კონტროლდება შეგნებული მოძრაობა, განსაკუთრებით სიჩქარე, მიმართულება და ძალის განვითარება. ბევრი მეცნიერი თვლის, რომ ადამიანის უმაღლესი ფსიქიკური ფუნქციებიც აქაა ლოკალიზებული და თავის ტვინის შუბლის წილს ახასიათებენ, როგორც „კულტურის მატარებელს“. თავის ტვინის შუბლის წილის ყველაზე გამორჩეული უბანი პასუხისმგებელია ყურადღებაზე, ასახვაზე, გადაწყვეტილების მიღებასა და დაგეგმვაზე და იგი ასევე განიხილება, როგორც პიროვნების ჩამოყალიბების ადგილი.

თავის ტვინის საფეთქლის წილი
თავის ტვინის საფეთქლის წილის ყველაზე ცნობილი ფუნქცია ბგერების აღქმაა. სმენის ცენტრები იკავებს თავის ტვინის საფეთქლის წილის თითქმის მთელ ზედაპირს. სავარაუდოა, რომ ასეთი მაღალი “გამოთვლითი ძალა” საჭიროა მეტყველებისა და მუსიკის აღქმისთვის. თუმცა, თავის ტვინის საფეთქლის წილი სხვა რამეებისთვისაც არის საჭირო: ყნოსვა, ლაპარაკი, გაგება, სურათების ამოცნობა და მეხსიერების ჩამოყალიბება.

ჰიპოკამპი
ჰიპოკამპი არის თავის ტვინის ქერქის „შეფუთული“ უბანი და ლიმფური სისტემის ცენტრალური ნაწილი. მნიშვნელოვანია ცოდნისა და გამოცდილების შესანახად – მის გარეშე ახალს ვერაფერს გაიხსენებ. ჰიპოკამპი წარმოადგენს ერთ-ერთს ტვინის იმ მცირე უბანთაგან, სადაც მთელი ცხოვრების განმავლობაში ახალი ნერვული უჯრედები წარმოიქმნება.

ლიმბური სისტემა
ლიმბური სისტემა არის ტვინის მთელი რიგი სტრუქტურების ერთობლიობა, რომლებიც აუცილებელია ემოციებისა და მნემონიური პროცესების წარმოქმნისა და დამუშავებისთვის. ყველაზე მნიშვნელოვანი არის ჰიპოკამპი, ამიგდალა (ნუშისებრი სხეული), სარტყლის ხვეული და პარაჰიპოკამპური ხვეული გირუსი. ტვინის ეს ნაწილები ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია. ლიმბური სისტემა აკონტროლებს ჩვენს გრძნობებს და ჩვენს სექსუალობას, ასევე აფასებს ინფორმაციის მნიშვნელობას გარე სამყაროს შესახებ.

ჰიპოთალამუსი
ჰიპოთალამუსი აკონტროლებს მნიშვნელოვან ფუნქციებს, როგორიცაა ნაყოფიერება, კვება, თერმორეგულაცია და დროის განსაზღვრა. ეს არის ვეგეტატიური ნერვული სისტემის უმაღლესი ცენტრი, რომელიც აკონტროლებს არაცნობიერ პროცესებს, როგორიცაა სუნთქვა ან გულისცემა. ჰიპოთალამუსის უკანა ნაწილი ეკუთვნის ლიმბურ სისტემას.

ჰიპოფიზი
ჰიპოფიზის ჯირკვალი დაახლოებით ბარდის ზომისაა, მაგრამ სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. როგორც „ჯირკვლების მეფე“, ის განსაზღვრავს ორგანიზმის ჰორმონალურ სისტემას. მას აკონტროლებს ჰიპოთალამუსი და ათავისუფლებს ჰორმონებს სისხლში. ამრიგად, ის არეგულირებს სხეულის ფუნქციებს, როგორიცაა ზრდა და გამრავლება, ასევე მეტაბოლიზმს.

ნათხემი
ნათხემი მდებარეობს თავის ტვინის უკანა მხარეს. ეს არის ტვინის უძველესი ნაწილი, რომელიც ჩამოყალიბდა ევოლუციის პროცესში. ნერვულ უჯრედებს შორის კავშირები ნაკლებად რთულია, ვიდრე ტვინში. ნათხემი კოორდინაციას ახდენს მოძრაობის უნარზე, როგორიცაა სხეულის მდგომარეობა და სიარული, ასევე რთულ მოტორულ უნარებზე, როგორიცაა მაგალითად წერა. მცირე ზომის მიუხედავად, ტვინი შეიცავს ოთხჯერ მეტ უჯრედს, ვიდრე ტვინის დანარჩენი ნაწილი.

ტვინის ღერო
ტვინის ღერო უშუალოდ უკავშირდება ზურგის ტვინს და წარმოადგენს თავის ტვინის ერთგვარ „ტექნიკურ ცენტრს“. ტვინის ღერო, დაახლოებით თითის ზომის, აკონტროლებს და არეგულირებს ორგანიზმში არაცნობიერ, სასიცოცხლო პროცესებს, როგორიცაა სისხლის მიმოქცევა, სუნთქვა ან ძილი. ეს არის ტვინის უძველესი ნაწილი, რომელიც ჩამოყალიბდა განვითარების დროს. აქედან გამომდინარე, განსხვავებები ადამიანებსა და ცხოველებს შორის აქ შედარებით მცირეა.

ურთიერთქმედება ყველაფერია
ჩვენი ტვინი არის მილიარდობით ნერვული უჯრედის რთული ქსელი, რომლებიც მუდმივად არიან დაკავშირებული ერთმანეთთან. ნერვულ უჯრედებს შორის კავშირი მუდმივად აღდგება ან იშლება, ძლიერდება ან სუსტდება. ის ასევე წინაპირობაა იმისა, რაც შეგვიძლია ვასწავლოთ და დავივიწყოთ. ნერვული უჯრედები იღებენ ელექტროსტიმულს დენდრიტების მეშვეობით და ატარებენ მათ უჯრედულ სხეულში. იქიდან ისინი მოძრაობენ აქსონის გასწვრივ სხვა ნერვულ უჯრედებამდე. იმპულსები ერთი უჯრედიდან მეორეზე სინაფსების მეშვეობით გადაიცემა. აქ ელექტრული იმპულსი გარდაიქმნება ქიმიურ იმპულსად. თავის ტვინში არსებობს ნერვული უჯრედები, რომლებიც იღებენ სიგნალებს სხვა 10 000 ნერვული უჯრედიდან და ისინი, რომლებიც გადასცემენ სიგნალებს ათასობით სხვას.
  ტვინის ნერვული  უჯრედები ფენებად არის განლაგებული. ეს ფენები და მათი მრავალი კავშირი არის ინფორმაციის სწრაფი დამუშავების წინაპირობა.

აზროვნების მაგისტრალები
ტვინის ცალკეულ უბნებზე გარკვეული ფუნქციების მინიჭება არ ხსნის ტვინის რთულ ფუნქციონირებას – მაგალითად, მოქმედებები, ემოციები და ყურადღება ერთმანეთზეა დამოკიდებული. და კოგნიტური აქტივობა, როგორიცაა დათვლა, ასევე შესაძლებელია მხოლოდ ტვინის სხვადასხვა უბნების რთული ურთიერთკავშირის წყალობით. ტვინში გადის ნერვული ბოჭკოების დიდი შეკვრა, რომლებიც აკავშირებენ ტვინის სხვადასხვა რეგიონის უჯრედებს ერთმანეთთან „სუპრარეგიონალურად“. დიფუზიური შეწონილი მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების (dMRI) გამოყენებით, მეცნიერებს შეუძლიათ ცოცხალ ადამიანის ტვინში ტვინის რეგიონების ამ ქსელის მიკვლევა. ეს ტექნიკა არის არაინვაზიური, უვნებელი და ძალიან ზუსტი. გაზომილია წყლის მოლეკულების დიფუზიური მოძრაობა ქსოვილში. მათ შეუძლიათ უფრო სწრაფად და მარტივად იმოძრაონ ნერვული ბოჭკოების შეკვრაზე, ვიდრე გასწვრივ. შემდეგ მკვლევრები თარგმნიან გაზომილი დიფუზიის გრადიენტებს მანათობელ ფერთა მოდელებად.
  © მაქს პლანკის საზოგადოების შემეცნებითი და ტვინის მეცნიერებათა ინსტიტუტი, ლაიფციგი / რალფ შურადე, ალფრედ ანვანდერი / ვიზუალიზაციის პროგრამული უზრუნველყოფა: Fibernavigator 2
ტვინში ნერვული ბოჭკოების დიდი შეკვრის ვიზუალიზაცია შესაძლებელია dMRI-ით. ფერები მიუთითებს ბოჭკოების ორიენტაციაზე.

მეტი ვიდრე ნეირონების მომსახურება
გარდა ნერვული უჯრედებისა, თავის ტვინში გვეგულება სხვა ტიპის უჯრედიც – გლიალური უჯრედები. მათ გარეშე არაფერი იმოქმედებდა ჩვენს თავში. გლიალური უჯრედები ქმნიან ტვინის ძირითად სტრუქტურას და ამით უზრუნველყოფენ ინფორმაციის სწრაფ დამუშავებას. ისინი ამარაგებენ ნერვულ უჯრედებს საკვებით და იყენებენ მათ ნარჩენ პროდუქტებს. ფენა, რომელიც ახდენს გრძელი ნერვული ბოჭკოების ელექტრო იზოლაციას,  ასევე წარმოქმნილია გლიალური უჯრედებით. ეს ხერხემლიანებისთვის დამახასიათებელი სწრაფი ნერვული გამტარობის წინაპირობაა. მეცნიერთა საზოგადოება. მაქს პლანკის საზოგადოების მეცნიერები გეტინგენში იკვლევენ გლიალური უჯრედების როლს ნევროლოგიურ და ფსიქიატრიულ დაავადებებში. ნეირომეცნიერმა მაგდალენა გოტცმა მიუნხენელმა აღმოაჩინა, რომ ტვინის განვითარებისას ნერვული უჯრედებიც ვითარდება გლიალური უჯრედებიდან. ის ამჟამად იკვლევს, შეიძლება თუ არა ახალი ნერვული უჯრედები წარმოიქმნას გლიალური უჯრედებიდან განვითარებულ ტვინში, მაგალითად, ტვინის მძიმე ტრავმული დაზიანების ან ინსულტის შემდეგ.
  © მაქს პლანკის სახელობის ნეირობიოლოგიის ინსტიტუტი. მარტინსრიდი / ფოლკერ შტაიგერი
როდესაც ტვინი დაზიანებულია, გარკვეული გლიალური უჯრედები აქტიურდება: მიკროგლია (აქ წითელი) და ასტროციტები (მწვანე) მხარს უჭერენ, იცავს და კვებავს ნერვულ უჯრედებს (ფირუზისფერი ლურჯი), რათა მათ შეძლონ რეგენერაცია.

ტვინის გაყვანილობის სქემა
ცოცხალი არსების ყველა ნერვულ კავშირს კონექტომი ეწოდება. ეს ტერმინი მიზნად ისახავს იმის დემონსტრირებას, რომ ნერვული უჯრედები ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია და მათი გაგება შესაძლებელია მხოლოდ ერთმანეთთან მიმართებაში. ადამიანის ტვინის კონექტომი ძალიან რთული აგებულებისაა. ასე რომ, მეცნიერები იკვლევენ საფუძვლებს უფრო მარტივ ტვინში, როგორიც აქვთ მაგალითად თაგვებს. 2019 წელს მაქს პლანკის სახელობის ტვინის კვლევის ინსტიტუტის მკვლევრები შეძლებენ თაგვის ტვინის პატარა ნაჭერში კავშირების ვიზუალიზაციას უფრო ზუსტად, ვიდრე ოდესმე: კავშირის სქემა დაახლოებით 7000 აქსონს შორის, ორნახევარ მეტრზე მეტი ნერვული „კაბელით“ დაკავშირებული 400000 სინაფსით. ამისათვის ისინი იყენებენ გამოსახულების დამუშავების ახალი ტიპის მეთოდს, რომელიც დაფუძნებულია ხელოვნურ ინტელექტზე (ხი). ამით ისინი ასევე შეძლებენ პირველად აჩვენონ, რომ ახალი სინაფსების მდებარეობა მკაცრ წესებს ემორჩილება.
  © გადაბეჭდილი A. Mott et al., Science-ის ნებართვით. CIO: 10.1126 / Science.aay3134
თაგვის თავის ტვინის დიდი ნახევარსფეროების ქერქის მცირე ნაწილი - რეკონსტრუირებულია ხელოვნურ ინტელექტზე დაფუძნებული გამოსახულების პროგრამული უზრუნველყოფით.