Stuburinių gyvūnų smegenys: sandara, funkcijos ir evoliucija

Stuburinių gyvūnų smegenys: sužinokite apie sandarą, funkcijas ir evoliuciją — nuo refleksų iki aukštesnių gebėjimų, lyginamosios struktūros ir adaptacijos.

Stuburinių smegenys yra pagrindinė centrinės nervų sistemos dalis. Stuburinių (ir daugumos kitų gyvūnų) smegenys paprastai yra priekyje, galvoje, ir jas saugo kaukolė. Jos yra netoli pagrindinių jutimo organų — regos, klausos, pusiausvyros, skonio ir uoslės pojūčių. Gyvūnui judant pirmyn, šie jutimai nuolat surenka duomenis apie aplinką, o informacija keliauja į smegenis, kur ji apdorojama ir sujungia jutimus su veiksmu.

Sandara

Visų stuburinių smegenų pagrindinė struktūra yra panaši, nors atskiros dalys skiriasi dydžiu ir išvystymu tarp klasių. Svarbiausios dalys:

• Didieji pusrutuliai (smegenų žievė) — atsakingi už jutimų apdorojimą, sąmoningą suvokimą, mokymąsi, atmintį ir sudėtingus elgesio planus. Smegenų žievėje daugiausia vyksta pasiruošimas motoriniams veiksmams ir aukštesnės nervinės funkcijos.
• Tarpinės smegenys (pvz., talamas ir hipotalamas) — talamas tarpininkauja jutiminių signalų skirstyme, o hipotalamas reguliuoja homeostazę ir hormonų pusiausvyrą per ryšį su hipofize.
• Vidurinės smegenys ir smegenų kamienas — kontroliuoja refleksus, pagrindines gyvybines funkcijas (kvėpavimą, širdies ritmą) ir jungia smegenis su nugaros smegenimis.
• Smegenėlės — koordinuoja judesius, palaiko pusiausvyrą ir motorinę samplaną.
• Nugaros smegenys — perduoda impulsus tarp kūno ir smegenų, koordinuoja segmentines refleksines reakcijas.

Organiškai smegenis sudaro nervinės ląstelės — neuronai — ir palaikomosios glijos ląstelės. Smegenis skalauja cerebrospinalinis skystis ir jas apsaugo trys dangalai (meningos). Taip pat egzistuoja kraujagyslinis barjeras, apsaugantis nervinę audinį nuo daugelio kraujyje cirkuliuojančių cheminių medžiagų.

Funkcijos

Smegenys atlieka daugybę funkcijų, kurios bendruoju atveju skirstomos į greitas ir lėtas reakcijas:

• Jutimų apdorojimas: smegenys integruoja signalus iš regos, klausos, uoslės, skonio, jutimo ir pusiausvyros organų.
• Motorinė kontrolė: smegenys siunčia komandas raumenims, koordinuoja judesius ir leidžia atlikti sudėtingas motorines užduotis.
• Autonominė reguliacija ir hormonų kontrolė: hipotalamas ir smegenų kamienas reguliuoja širdies ritmą, kraujospūdį, virškinimą ir endokrinines funkcijas (per hormonus ir neuromediatorius).
• Atmintis ir mokymasis: sinapsių stiprinimas ir sinapsių struktūros pokyčiai leidžia formuotis ilgalaikei atminčiai ir įgūdžiams — tai ypač akivaizdu smegenų žievėje ir hippocampe.
• Elgesio ir emocijų valdymas: limbinė sistema dalyvauja emocijose, motyvacijoje ir socialiniame elgesyje.
• Refleksai: nugaros smegenys gali sukelti greitas, automatinio pobūdžio reakcijas be smegenų įsikišimo — tai leidžia greitai reaguoti į pavojų ar atlikti ritmiškus judesius (pvz., plaukimą, vaikščiojimą).

Smegenys taip pat koordinuoja greituosius raumenų atsakus bei lėtesnes organizmo reakcijas, kurias atlieka autonominė nervų sistema ir endokrininės sistemos. Jos yra pagrindinis kūno valdymo centras, net jei dalis reakcijų (pvz., atskiros refleksinės grandys) realizuojamos per nugaros smegenis.

Evoliucija ir vystymasis

Per evoliucijos istoriją stuburinių smegenys tapo sudėtingesnės ir specializuotesnės. Pagrindinės tendencijos:

• Ankstyvųjų stuburinių (pvz., žuvų) smegenyse dominuoja jutiminiai ir motoriniai centrai, kuriuos daugiausia sudaro paveldėtos grandys — todėl daugelio žemesniųjų gyvūnų elgesys yra iš dalies arba visiškai instinktyvus.
• Amfibijose ir ropliuose atsiranda geresnis jutimų ir motorikos ryšys, tačiau aukštesnės integracijos centrai vis dar riboti.
• Paukščiai ir žinduoliai išsivystė su didesniu priekinės dalies plėtimusi: paukščiai turi specifiškas pallium zonas, kurios palaiko sudėtingą elgesį ir orientaciją; žinduoliai, ypač primatai, turi smarkiai išsivysčiusią smegenų žievę.
• Žinduolių smegenys dažnai vystosi ilgesnį laiką po gimimo, todėl patinai ir patelės gali mokytis išpatirties, o tai didina prisitaikymą prie kintančios aplinkos. Dėl šios priežasties žmonių gebėjimas mokytis ir vystytis per gyvenimą yra ypač išplėtotas.

Be to, ne tik smegenų dydis svarbus: neuronų tankis, jungčių (sinapsių) gausa ir organizacija lemia kognityvines galimybes. Pavyzdžiui, kai kurie paukščiai (pvz., papūgos, varnos) turi aukštą neuronų tankį ir sudėtingą elgesį, nors jų smegenys yra mažesnės nei panašaus dydžio žinduolių.

Vystymasis ir plastika

Žmonių smegenys — suaugusio žmogaus sveria apie 1300–1400 g — turi maždaug 86 milijardus neuronų ir panašų kiekį glijos ląstelių. Smegenys vystosi per gimimą ir vaikystę: sinapsių ir nervinių kelių skaičius didėja, o vėliau vyksta "sinapsių tvarkymas" (pruning), kurio metu stiprinami naudingi ryšiai, o nereikalingi — nyksta. Tokie pokyčiai yra mokymosi ir patirties pagrindas.

Smegenų plastika — gebėjimas keistis po patirties ar pažeidimo — leidžia atsigauti po traumų tam tikru mastu ir išmokti naujų įgūdžių. Plastika yra akivaizdi tiek vaikams, tiek suaugusiems, nors vaikams smegenys paprastai yra lankstesnės.

Klinikiniai ir ekologiniai aspektai

Norint normaliai veikti, smegenys reikalauja nuolatinio kraujo tiekimo ir deguonies. Pažeidimai, uždegimai, toksiškos medžiagos ar kraujotakos sutrikimai gali smarkiai paveikti funkcijas. Taip pat svarbūs yra mityba, miegas ir socialinė aplinka — jie veikia vystymąsi ir pažinimo sveikatą.

Apibendrinant: centrinė nervų sistema ir jos smegenys yra sudėtingas informacijos apdorojimo ir valdymo centras. Nors visų stuburinių smegenų sandara iš esmės yra panaši, evoliucijos metu atsiradusi specializacija leido gauti didesnį elgesio sudėtingumą, geresnį prisitaikymą ir didesnį gebėjimą mokytis — ypač žinduolių ir paukščių grupėse.

Stuburinių smegenų sritys

Kelios smegenų sritys išliko identiškos visiems stuburiniams gyvūnams - nuo jūrų kiaulytės iki žmogaus. Čia pateikiame kai kurių svarbiausių sričių sąrašą ir trumpą šiuo metu suprantamų jų funkcijų aprašymą. Dėl šių funkcijų vis dar gali būti tam tikru mastu ginčijamasi. Pradedant nuo nugaros (arba žmogaus apatinės dalies), sritys yra šios:

• Meduloje (ir nugaros smegenyse) yra daugybė mažų branduolių, susijusių su įvairiomis autonominėmis funkcijomis. Jos apima širdies plakimą ir kraujospūdį, kvėpavimą ir vėmimą. ^{44, 45 skyriai.}
• Ponsas yra retransliacijos stotis, perduodanti pranešimus tarp smegenų, smegenų skilvelių ir smegenėlių.
• Pagumburis yra nedidelė sritis priekinių smegenų pagrinde. Tai centrinė miego ir budrumo ciklų, valgymo ir gėrimo kontrolės, hormonų išsiskyrimo kontrolės ir daugelio kitų funkcijų valdymo stotis. Jis yra iškart virš hipofizės ir išskiria į ją hormonus. Šie hormonai slopina arba stimuliuoja hipofizę. Ši liauka savo ruožtu gamina hormonus, kurie veikia visą likusį organizmą.
• Talamas yra virš pagumburio ir žemiau smegenų žievės. Tai įvairių funkcijų branduolių rinkinys. Jis veikia kaip relinė stotis, surenka visų rūšių jutiminę informaciją (išskyrus uoslės) ir perduoda ją smegenų žievei. Be to, ji atlieka svarbų vaidmenį sąmonėje ir miege.
  Yra kelių rūšių elgesio, įskaitant valgymą, gėrimą, tuštinimąsi ir kopuliaciją,
  veiksmų sistemos.
• Smegenėlės koreguoja kitų smegenų sistemų rezultatus, kad jie būtų tikslesni. Pašalinus smegenėles, gyvūnas negali nieko konkretaus atlikti, tačiau jo veiksmai tampa neryžtingi ir nerangūs. Šis tikslumas nėra įgimtas, o išmokstamas bandymų ir klaidų būdu. Išmokti važiuoti dviračiu yra pavyzdys nervinio plastiškumo, kuris gali vykti daugiausia smegenėlėse. ^{42 skyrius.}
• Tektumas, dažnai vadinamas optiniu tektu, nukreipia veiksmus į erdvės taškus. Geriausiai ištirta jo funkcija - nukreipti akių judesius. Jis taip pat nukreipia ir pasiekimo judesius. Jis gauna stiprius regos signalus ir signalus iš kitų pojūčių, kurie yra naudingi nukreipiant veiksmus, pavyzdžiui, pelėdos - klausos signalus, gyvatės - iš termojautrių duobės organų ir t. t. Kai kurių žuvų, pavyzdžiui, nykštukų, tai yra didžiausia smegenų dalis.
• Griežtai kalbant, hipokampas priklauso tik žinduoliams, tačiau jis turi analogų visuose stuburiniuose. Jis dalyvauja žuvų, paukščių, roplių ir žinduolių erdvinėje atmintyje ir navigacijoje.
• Bazaliniai gangliukai - tai grupė priekinių smegenų struktūrų, glaudžiai susijusių su smegenų žieve ir talamu. Atrodo, kad pagrindinė bazinių ganglijų funkcija yra veiksmų atranka. Jie siunčia slopinamuosius signalus visoms smegenų dalims, kurios gali generuoti veiksmus. Tinkamomis aplinkybėmis jos atpalaiduoja slopinimą, kad veiksmus generuojančios sistemos galėtų atlikti savo veiksmus. Apdovanojimai ir bausmės daro svarbiausią nervinį poveikį bazaliniams ganglijams.
• Galvos smegenų žievė - tai pilkųjų ląstelių sluoksnis, esantis priekinių smegenų paviršiuje. Ji atlieka daugybę funkcijų, įskaitant uoslę ir erdvinę atmintį. Žinduolių, kurių smegenyse ji dominuoja, smegenyse ji kontroliuoja daugelio poodinių sričių funkcijas.
• Uoslės svogūnėlis - tai speciali struktūra, kuri apdoroja uoslės jutimo signalus (kvapus) ir siunčia juos į galvos smegenų žievės uoslės dalį. Tai pagrindinė daugelio stuburinių gyvūnų smegenų sudedamoji dalis, tačiau primatų smegenyse ji gerokai sumažėjusi.

Parodytos atitinkamos žmogaus ir ryklio smegenų sritys. Tai, kas ryklio smegenyse yra gale (smegenys), žmogaus smegenyse yra apačioje. Ryklio smegenys (telenchefalonas) yra priekyje, o žmogaus - viršuje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra stuburinių smegenys?

Klausimas: Kiek sveria suaugusio žmogaus smegenys?

K: Kokį vaidmenį judėjimui atlieka nugaros smegenys?

K: Kaip žinduoliai mokosi?

K: Kokia žinduolių struktūra leidžia mokytis?

K: Kuo skiriasi žemesniųjų gyvūnų ir žinduolių elgesys?

K: Kokie evoliuciniai pokyčiai įvyko stuburinių gyvūnų smegenyse?

Paieška pagal raidę