Как и любой другой орган мозга, таламус имеет крайне важную и незаменимую функцию для организма. Трудно представить, но этот сравнительно маленький орган несет ответственность за все психические функции: восприятие и понимание, память и мышление, ведь благодаря ему мы видим, понимаем, ощущаем мир и воспринимаем все, что нас окружает. Благодаря его работе мы ориентируемся в пространстве и во времени, чувствуем боль, этот «коллектор чувствительности» воспринимаем и перерабатывает информацию, полученную от всех рецепторов, кроме обоняния и передает необходимый сигнал в нужный отдел коры головного мозга. В итоге организм дает правильную реакцию, проявляет правильные модели поведения на соответствующий раздражитель или сигнал.
Общие сведения
Промежуточный мозг расположен под мозолистым телом и состоит из: таламуса (таламического мозга) и гипоталамуса.
Таламус (он же: зрительный бугор, коллектор чувствительности, информатор организма) – это отдел промежуточного мозга, находящийся в его верхней части, над стволом мозга. Сюда стекаются сенсорные сигналы, импульсы из самых разных частей организма и от всех рецепторов (кроме обоняния). Тут они перерабатываются, орган оценивает, насколько важны приходящие импульсы для человека и отправляет информацию дальше в ЦНС (центральная нервная система) или к коре головного мозга. Этот кропотливый и жизненно важный процесс происходит благодаря составляющим таламуса – 120 разнофункциональным ядрам, которые несут ответственность за принятие сигналов, импульсов и за отправку переработанной информации в соответствующий отдел коры головного мозга.
Благодаря сложной структуре, «зрительный бугор» способен не только принимать и перерабатывать сигналы, но и анализировать их.
Готовая информация о состоянии организма и его проблемах поступает к коре головного мозга, которая, в свою очередь, разрабатывает стратегию решения и устранения проблемы, стратегию дальнейших действий и поведения.
Если что-то ломается
Как вы могли заметить, у таламуса сложная структура и его функции разнообразны, поэтому, если начинает неправильно работать какой-то из его участков, то могут проявляться совершенно разные симптомы. И если происходят изменения в работе таламуса, это может влиять на функционирование всего организма в целом. Ведь он несёт такую важную роль перераспределителя. Например, может начаться антероретроградная амнезия, при которой человек забывает события, произошедшие после начала заболевания. При этом память о том, что предшествовало появлению симптомов, остаётся нетронутой. Другое редкое заболевание, затрагивающее таламус, впервые описали в 1979 году. Это «фатальная семейная бессонница». Если в гене PRPN произошла определённая мутация, то в участке таламуса, регулирующего сон, начинают накапливаться амилоидные бляшки. Из-за неправильной работы этого отдела человек перестаёт спать. Мутация в гене передаётся по родословной, оттого в названии и есть слово «семейная». Известен только примерно в 40 семьях по всему миру и был у 100 людей. Существует и другая разновидность, это «спорадическая фатальная бессонница», которая так же не имеет особенного лечения, и причина которой так же в неправильной работе таламуса.
Для лечения некоторых заболеваний, которые затрагивают таламус, применяют электроды, которые имплантируются в мозг и могут стимулировать определённую его часть. Например, это используется для устранения симптомов болезни Паркинсона. Метод инвазивный и изменяет электрическую активность, потому для пациентов с такими стимуляторами противопоказана процедура магнитно-резонансной томографии. Зато стимуляцию можно прекратить в любой момент и электроды возможно изъять. Более кардинальным решением является хирургическое вмешательство, когда намерено разрушают определённые участки таламуса – таламотомия. Его используют для лечения тремора при болезни Паркинсона.
Текст: Надежда Потапова
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
Строение
Таламус — парное яйцевидное образование, состоящее из нервных клеток, которые объединяются в ядра, благодаря которым и происходит восприятия и обработка сигналов и импульсов, идущих от разных органов чувств. Таламус занимает основную часть промежуточного мозга (приблизительно 80%). Состоит из 120 разнофункциональных ядер серого вещества. По форме он напоминает небольшое куриное яйцо.
Исходя из строения и расположения отдельных частей, таламический мозг можно разделить на: метаталамус, эпиталамус и субталамус.
Метаталамус (подкорковый слуховой и зрительный центр) — состоит из медиальных и латеральных коленчатых тел. В ядро медиального коленчатого тела заканчивается слуховая петля, а в латеральную – зрительные тракты.
Медиальные коленчатые тела составляют слуховой центр. В медиальной части метаталамуса из подкоркового слухового центра аксоны клеток направляются к корковому концу слухового анализатора (верхняя височная извилина). Дисфункция этой части метаталамуса может привести к снижению слуха или к глухоте.
Латеральные коленчатые тела составляют подкорковый зрительный центр. Тут заканчиваются зрительные тракты. Аксоны клеток, формируют зрительную лучистость, по которой зрительные импульсы достигают коркового конца зрительного анализатора (затылочная доля). Дисфункция этого центра может привести к проблемам со зрением, а серьезные поражения – к слепоте.
Эпиталамус (надталамус) – верхняя задняя часть таламуса, которая возвышается над ним: включает эпифиз, который является надмозговой железой внутренней секреции (шишковидное тело). Эпифиз находится в подвешенном состоянии, так как расположен на поводках. Он отвечает за выработку гормонов: днем он вырабатывает гормон серотонин (гормон радости), а ночью – мелатонин (регулятор режима дня и гормон ответственный за цвет кожи и глаз). Эпиталамус играет роль в регуляции жизненных циклов, регулирует период наступления полового созревания, режимы сна и бодрствования, тормозит процессы старения.
Поражения эпиталамуса приводят к нарушению жизненных циклов, в том числе к бессоннице, а также к половым дисфункциям.
Субталамус (подталамус) или преталамус является мозговым веществом маленького объема. Состоит в основном из субталамического ядра и имеет соединения с бледным шаром. Субталамус контролирует мышечные ответы и отвечает за выбор действия. Поражение субталамуса приводят к двигательным нарушениям, тремору, параличу.
Кроме всего перечисленного, таламус имеет связи со спинным мозгом, с гипоталамусом, подкорковыми ядрами и, естественно, с корой головного мозга.
Каждый отдел этого уникального органа несет определенную функцию и отвечает за жизненно важные процессы, без которых нормальное функционирование организма невозможно.
Функции таламуса
«Коллектор чувствительности» получает, фильтрует, перерабатывает, интегрирует и направляет в мозг информацию, которая поступает от всех рецепторов (кроме обоняния). Можно сказать, что в его центрах происходит формирование восприятия, ощущения, понимания, после чего обработанная информация или сигнал поступают в кору больших полушарий.
Главными функциями органа являются:
- переработка информации получаемой от всех органов (рецепторы зрения, слуха, вкуса и осязания) чувств (кроме обоняния);
- управление эмоциональными реакциями;
- регулирование непроизвольной двигательной активности и мышечного тонуса;
- поддерживание определенного уровня активности и возбудимости головного мозга, что необходимо для восприятия информации, сигналов, импульсов и раздражений исходящих извне, из окружающей среды;
- отвечает за интенсивность и чувство боли.
Как мы уже говорили, каждая доля таламуса состоит из 120 ядер, которые исходя из функциональности, можно разделить на 4 основные группы:
- ретикулярную;
- латеральную (боковые);
- медиальную (срединные);
- ассоциативную.
Ретикулярная группа ядер (отвечает за равновесие) – отвечает за обеспечение равновесия при ходьбе и баланса в организме.
Латеральная группа (центр зрения) – отвечает за зрительное восприятие, принимает и передает импульсы в теменную, затылочную часть коры головного мозга – зрительной зоне.
Медиальная группа (центр слуха) — отвечает за слуховое восприятие, принимает и передает импульсы в височную часть коры — слуховой зоне.
Ассоциативная группа (тактильные ощущения) — принимает и передает в кору головного мозга тактильную информацию, то есть сигналы, исходящие от рецепторов кожных покровов и слизистых оболочек: болевые ощущения, зуд, удар, прикосновение, раздражение и т.д.
Также, с функциональной точки зрения, ядра можно разделить на: специфические и неспецифические.
К специфическим ядрам поступают сигналы от всех рецепторов (кроме обоняния). Они обеспечивают эмоциональную реакцию человека и отвечают за возникновение болевых ощущений.
Специфические ядра, в свою очередь, бывают:
- внешние — получают импульсы от соответствующих рецепторов и отправляют информацию в конкретные зоны коры. Благодаря этим импульсам возникают чувства и ощущения;
- внутренние — не имеют прямых связей с рецепторами. Получают информацию уже переработанной со стороны релейных ядер. От них импульсы идут в кору головного мозга в ассоциативные зоны. Благодаря этим импульсам возникают примитивные ощущения и обеспечивается взаимосвязь между сенсорными зонами и корой больших полушарий.
Неспецифические ядра поддерживают общую активность коры головного мозга, посылая неконкретные импульсы и стимулируя мозговую активность. Не имея прямой связи с корой, неспецифические ядра таламуса передают свои сигналы в подкорковые структуры.
Таламус
Ритмическая активность таламуса
Многочисленные исследования показали, что источники электрических явлений, отражающихся на поверхности скальпа в виде альфа-ритма ЭЭГ, расположены в неокортексе. В то же время менее очевидно расположение генераторов, запускающих эти события. Идея о вовлечении таламуса в генерацию альфа-ритма была впервые высказана Бергером в 1930-х гг. К настоящему времени накоплена огромная доказательная база, подтверждающая вовлеченность таламуса в формирование альфа-активности. Самым очевидным доказательством являются результаты экспериментов по локальному повреждению таламуса. Такие повреждения приводят к дезорганизации или полному подавлению альфа-активности на ЭЭГ. В 1960-е гг. П. Андерсен и С. Андерссон (Andersen Р. A., Andersson S., 1968), выполнив ряд изящных экспериментов, впервые показали, что именно таламус является первичным генератором всех видов ритмической веретенообразной активности, регистрируемых в коре. Как еще одно доказательство роли таламуса обычно приводятся результаты исследований, выполненных Лопес де Сильва с соавторами (Lopes da Silva [et al.], 1973). В периоде спокойного бодрствования с закрытыми глазами у собак регистрируется выраженный ритм альфа-частоты с максимальной амплитудой в задних отделах скальпа, который является аналогом доминантного затылочного альфа-ритма у человека. Альфа-активность у собак регистрировалась синхронно в зрительной части таламуса — в латеральном коленчатом теле (LGN) и зрительной коре.
Таламус — структура, в которой происходит первичная обработка и интеграция практически всех сигналов, поступающих в кору большого мозга, за что он получил название «ворота к коре». Основой специфических таламических ядер являются «релейные» нейроны, имеющие прямые аксональные проекции в строго определенную зону коры. Релейные ядра получают афферентную стимуляцию непосредственно от рецепторных зон соответствующих анализаторов. Функция релейных ядер заключается в переключении информации, ищущей в кору большого мозга от рецепторов соответствующего анализатора. Релейными ядрами первого порядка для зрительного анализатора являются латеральные коленчатые тела.
Нейроны релейных ядер таламуса обладают пейсмекерной активностью: электрический потенциал нейронной мембраны спонтанно снижается до критического уровня, что вызывает ритмическую генерацию потенциалов действия. Эти клетки способны генерировать единичные либо двойные разряды потенциалов действия. Через таламокортикальные волокна импульсация поступает в соответствующие зоны коры, формируя ритмическую активность в виде так называемых «кортикальных двойников». В результате частота спайковой активности таламических нейронов совпадает по частоте с корковой альфа-волной.
Таким образом, исследования механизмов генерации биоэлектрической активности мозга человека в настоящее время определили «таламическую» теорию генерации альфа-ритма как доминирующую. Эта гипотеза подразумевает наличие ключевого нейронального механизма: залповой пейсмекерной активности в таламокортикальных нейронах релейных ядер, в первую очередь латерального коленчатого тела, и активное взаимодействие между нейронами таламуса и коры, формирующее так называемую таламокортикальную систему.
Таламокортико-таламическая петля
Ритмическое возбуждение пейсмекерных нейронов по кортикопетальным проекциям формирует ВПСП на постсинаптической мембране пирамидных клеток коры. Частота спонтанной деполяризации пейсмекеров может варьировать в широких пределах и составляет от 3—4 до 15—20 Гц. Почему же основным ритмом на ЭЭГ является альфа-ритм — активность коры частотой около 10 Гц?
Стабилизация частоты достигается механизмом возвратного торможения. Ключевую роль в регуляции частоты ритмической активности занимает ретикулярное ядро вентрального таламуса, относящееся к неспецифическим ядрам. Принимая некоторые допущения, в целом процесс может быть описан как таламо-кортико-таламическая петля возвратного торможения.
Нейроны релейного ядра таламуса через таламокортикальные волокна вызывают активацию нейронов соответствующей зоны коры. Возбуждение по ассоциативным волокнам через сеть вставочных нейронов достигает фронтальной коры и по нисходящим кортикофугальным проекциям «возвращается» в таламус. Одним из основных нисходящих путей является кортикоталамический путь через нейроны ядра Мейнерта, холинергические проекции которых поступают в ретикулярное ядро вентрального таламуса. При возбуждении ретикулярные нейроны выделяют тормозный медиатор ГАМК, вызывая гиперполяризацию мембраны нейрона пейсмекера. Наступает рефрактерная фаза — спонтанная деполяризация пейсмекера становится на какое-то время невозможной. В результате частота спонтанной деполяризации снижается, поддерживается стабильная частота ритмической активности в коре около 10 Гц, что соответствует альфа-диапазону частот.
Таким образом, спонтанное возбуждение таламических пейсмекерных нейронов приводит к возбуждению нейронов проекционной зоны коры, передается на нейроны фронтальной коры, которые в свою очередь активируют нейроны ретикулярного ядра таламуса. В состав ретикулярного ядра входят ГАМК-ергические нейроны, которые при возбуждении, выделяя в синаптическую щель тормозный медиатор ГАМК, угнетают активность пейсмекеров. Так замыкается таламо-кортико-таламическая петля и реализуется механизм возвратного торможения.
Ретикулярное ядро обладает топографической организацией кортикофугальных проекций. В результате обеспечивается пространственная организация возвратного торможения: ретикулярное ядро обеспечивает селективное регулирование таламокортикальной активности ядерных структур таламуса. Поэтому, регулируя кортикальный вход, ретикулярные ядра осуществляют регуляцию распределения ритмической активности по поверхности коры головного мозга. Этот механизм лежит в основе правильного зонального распределения альфа-ритма. В норме альфа-ритм доминирует по амплитуде в затылочных отведениях и практически отсутствует в лобных и височных отделах.
Таким образом, в механизмах генерации альфа-ритма, в частности в поддержании стабильной частоты осцилляций, ключевую роль играет возвратное торможение активности таламических пейсмекеров со стороны фронтальной коры.
Литературные источники
- Александров М. В., Иванов Л. Б., Лытаев С. А. [и др.]. Электроэнцефалография : руководство / под ред. М. В. Александрова. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СпецЛит, 2021. — 224 с.
- Александров М. В., Иванов Л. Б., Лытаев С. А. [и др.]. Общая электроэнцефалография / под ред. М. В. Александрова. — СПб.: Стратегия будущего, 2021. — 128 с.
- Бреже М. Электрическая активность нервной системы : пер. с англ. — М. : Мир, 1979. — 264 с.
- Гнездицкий В. В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография. — М.: МЕДпресс-информ, 2004. — 624 с.
- Русинов В. С., Майоргик В. Е., Гриндель О. М. |и др.]. Клиническая электроэнцефалография / под ред. В. С. Русинова. — М.: Медицина, 1973. — 339 с.
Отдельно о зрительном бугре
Ранее считалось, что таламус обрабатывает только зрительные импульсы, тогда орган и получил название — зрительные бугры. Сейчас это название считается устаревшим, так как орган обрабатывает практически весь спектр афферентных систем (кроме обоняния).
Система, которая обеспечивает зрительное восприятие – одна из самых интересных. Основной внешний орган зрения – глаз – рецептор, который имеет сетчатку и оснащен особенными клетками (колбочки, палочки), которые трансформируют световой пучок и электрический сигнал. Электрический сигнал, в свою очередь, проходя по нервным клеткам, попадает в латеральный центр таламуса, который отправляет обработанный сигнал в центральный отдел коры головного мозга. Тут происходит окончательный анализ сигнала, благодаря чему формируется увиденное, то есть – картинка.
