Наш мозг определяет восприятия, действия, мысли и чувства и даже наш характер. Генетическая предрасположенность играет не меньшую роль, чем собственный опыт, влияние внешней среды и нашего окружения. Информация попадает в наш мозг через органы чувств, такие как органы зрения, осязания, слуха или вкуса. Затем уже там возникает уникальный, индивидуальный образ мира. В каждый момент времени в мозгу человека происходит бесчисленное количество сознательных и бессознательных процессов. В результате этого изменяется и сам мозг.

Важнейшие достижения в области микроскопии и других методов диагностической визуализации все точнее показывают, как функционирует наш мозг. И тем не менее этот необычайно сложный орган продолжает вызывать у ученых множество вопросов. Результаты исследований мозга важны не только для медицины, они также оказывают влияние на такие социальные сферы, как образование, воспитание и юриспруденция.

Как устроен мозг?
Человеческий мозг – самый сложный орган, созданный природой. Его производительность выше, чем у самых мощных суперкомпьютеров. Мозг на различных уровнях устроен в виде цепочек связей: от процессов в одном отдельном синапсе до сетей между миллионами клеток. Человеческий мозг состоит из различных областей, таких как большой головной мозг, мозжечок или мозговой ствол, которые выполняют свои собственные задачи. При этом для функционирования многих навыков различные области мозга должны взаимодействовать. Поэтому соседние нервные клетки, а также клетки в областях, удаленных друг от друга, связаны между собой ©
Кора головного мозга
Кора больших полушарий головного мозга, также называемая корой головного мозга, покрывает почти весь мозг. Своими бороздками и извилинами она придает мозгу вид грецкого ореха. Кора больших полушарий головного мозга контролирует восприятие, сознание и поведение. Она дает нам возможность общаться, решать сложные задачи, распознавать и классифицировать объекты.

Лобная доля головного мозга
Лобной долей головного мозга называют всю переднюю часть коры головного мозга. Отсюда контролируется сознательное движение, особенно скорость, направление и развитие силы. Многие ученые считают, что здесь также локализованы высшие психические функции человека и характеризуют лобную долю головного мозга как «носитель культуры». Самая выступающая область лобной доли головного мозга отвечает за внимание, рефлексию, принятие решений и планирование, а также считается местом формирования личности.

Височная доля головного мозга
Самой известной функцией височной доли головного мозга является восприятие звуков. Слуховые центры занимают почти всю поверхность височной доли головного мозга. Вероятно, такая высокая «вычислительная мощность» требуется для восприятия речи и музыки. Тем не менее, височная доля головного мозга необходима и для других вещей: для обоняния, говорения, понимания, распознавания изображений и формирования памяти.

Гиппокамп
Гиппокамп – это «завернутый» участок коры головного мозга и центральная часть лимбической системы. Он важен для хранения знаний и опыта – при его отсутствии вы не сможете запомнить ничего нового. Гиппокамп является одной из немногих областей мозга, в которой на протяжении всей жизни возникают новые нервные клетки.

Лимбическая система
Лимбическая система – это совокупность ряда структур головного мозга, которые имеют большое значение для возникновения и обработки эмоций, а также мнемических процессов. Самыми важными являются гиппокамп, амигдала (миндалевидное тело), поясная извилина и парагиппокампальная извилина. Эти отделы мозга тесно связаны друг с другом. Лимбическая система контролирует наши чувства и нашу сексуальность, а также оценивает важность информации о внешнем мире.

Гипоталамус
Гипоталамус контролирует такие важные функции, как деторождение, питание, терморегуляция и определение времени. Он является высшим центром вегетативной нервной системы, контролирующей бессознательные процессы, такие как дыхание или сердцебиение. Задняя часть гипоталамуса относится к лимбической системе.

Гипофиз
Гипофиз размером всего с горошину, но он жизненно важен. Являясь «королем желез», он определяет гормональную систему организма. Он контролируется гипоталамусом и выделяет в кровь гормоны. Таким образом, он регулирует такие функции организма, как рост и деторождение, а также обмен веществ.

Мозжечок
Мозжечок расположен в задней части головного мозга. Это очень древняя сформировавшаяся в процессе эволюции часть мозга. Связи между нервными клетками здесь значительно менее сложные, чем в головном мозге. Мозжечок кординирует двигательные навыки, то есть положение тела и ходьбу, а также сложные двигательные навыки, такие как письмо. Несмотря на свой небольшой размер, мозжечок состоит из в четыре раза большего количества клеток, чем остальная часть мозга.

Мозговой ствол
Мозговой ствол напрямую связан со спинным мозгом и является чем-то вроде «технического центра» мозга. Мозговой ствол, размером не больше большого пальца руки, контролирует и регулирует бессознательные, жизненно важные процессы в организме, такие как кровообращение, дыхание или сон. Это самая древняя сформировавшаяся в процессе развития часть мозга. Поэтому различия между людьми и животными здесь сравнительно невелики.

Взаимодействие – это все
Наш мозг представляет собой сложную сеть из миллиардов нервных клеток, которые постоянно связаны между собой. Связи между нервными клетками постоянно устанавливаются заново или разрываются, усиливаются или ослабевают. Это также является предпосылкой того, что мы можем учить и можем забывать. Нервные клетки получают электрические стимулы через дендриты и проводят их к телу клетки. Оттуда они отправляются по аксону к другим нервным клеткам. Передача импульса от одной клетки к другой происходит через синапсы. Здесь электрический импульс преобразуется в химический импульс. В мозге существуют нервые клетки, которые получают сигналы от 10 000 других нервных клеток, и те, которые передают сигналы тысячам других.
  Нервые клетки в мозге располагаются слоями. Эти слои и их многочисленные связи являются предпосылкой для быстрой обработки информации.

Мыслительные магистрали
Отнесение определенных функций к отдельным областям мозга не объясняет сложную работу мозга – например, действия, эмоции и внимание зависят друг от друга. И когнитивная деятельность, например, счет, тоже возможна только благодаря сложной взаимосвязи различных областей мозга. В мозге проходят большие пучки нервных волокон, соединяющие друг с другом клетки различных областей мозга «надрегионально». С помощью диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (дМРТ) ученые могут проследить эту сеть участков мозга в живом человеческом мозге. Эта техника неинвазивна, безвредна и очень точна. Измеряется диффузионное движение молекул воды в ткани. Они могут двигаться быстрее и легче вдоль пучков нервных волокон, чем поперек. Затем исследователи переводят измеренные градиенты диффузии в светящиеся цветовые модели.
  © Институт когнитивных наук и наук о мозге Общества Макса Планка, Лейпциг / Ральф Шураде, Альфред Анвандер / Программное обеспечение для визуализации: Fibernavigator 2
Большие пучки нервных волокон в мозге можно визуализировать с помощью дМРТ. Цвета указывают на ориентацию волокон.

Более, чем обслуживание для нейронов
Помимо нервных клеток, в мозге есть еще один тип клеток – глиальные клетки. Без них в наших головах ничего бы не функционировало. Глиальные клетки формируют основную структуру мозга и тем самым обеспечивают быструю обработку информации. Они снабжают нервные клетки питанием и утилизируют продукты их жизнедеятельности. Слой, который электрически изолирует длинные нервные волокна, также образован глиальными клетками. Это является предпосылкой для быстрой нервной проводимости, характерной для позвоночных. Ученые Общества им. Макса Планка в Гёттингене исследуют значение глиальных клеток при неврологических и психиатрических заболеваниях. Нейробиолог Магдалена Гётц из Мюнхена обнаружила, что по мере развития мозга нервные клетки также развиваются из глиальных клеток. Сейчас она исследует, могут ли новые нервные клетки возникать из глиальных клеток в развитом мозге, например, после тяжелой черепно-мозговой травмы или инсульта.
  © Институт нейробиологии им. Макса Планка, Мартинсрид / Фолькер Штайгер
Когда мозг поврежден, определенные глиальные клетки активизируются: микроглия (здесь красная) и астроциты (зеленые) поддерживают, защищают и питают нервные клетки (сине-бирюзовые), чтобы они могли восстановиться.

Схема соединений мозга
Все нервные связи живого существа называются коннектомом. Этот термин призван продемонстрировать то, что нервные клетки сильно связаны друг с другом и могут быть поняты только в их отношении друг к другу. Коннектом мозга человека очень сложный. Поэтому ученые исследуют основные принципы на устроенных более просто мозгах, например, у мышей. В 2019 году исследователи из Института исследований мозга Макса Планка смогут визуализировать связи в маленьком кусочке мозга мыши более точно, чем когда-либо прежде: схема соединений между примерно 7 000 аксонами, с более чем двумя с половиной метрами нейронных "кабелей", связанных через добрых 400 000 синапсов. Для этого они используют новый тип обработки изображений, основанный на искусственном интеллекте (ИИ). При этом они впервые также смогут показать, что расположение новых синапсов подчиняется жестким правилам.
  © Перепечатано с разрешения А. Мотта и др., Science. ЦИО: 10.1126/science.aay3134
Небольшая часть коры больших полушарий головного мозга мыши - реконструирована с помощью программного обеспечения для обработки изображений на основе ИИ.