Как растет нервное волокно

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Спросите любую мать, и она вам ответит, когда начал ходить ее ребенок, когда и какое первое слово он пролепетал, когда стал задавать первые вопросы и т. п. Для врача-педиатра, для психолога эти факты очень важны, потому что каждое такое событие в жизни ребенка связано с изменением в структуре и функциях клеток головного мозга. Нужны эти факты и инженеру…

Головной мозг человека состоит из миллиардов клеток, каждая из которых является единицей действия и обладает целой системой свойств. Можно провести точнейшие физиологические эксперименты, но мозг останется для нас закрытой книгой, если не станет известно точно количество этих единиц действия, в каких соотношениях они между собой находятся, каковы их размеры, статистические закономерности роста и развития как в индивидуальном, так и в историческом аспекте.

Необходимость подобных исследований диктуется и потребностями кибернетики, одна из задач которой — моделирование работы мозга. А как может инженер моделировать машину, не зная соотношения принципов взаимодействия между ее частями? В последнее время биологи, медики провели немало работ, посвященных труднейшей проблеме исследования роста и развития структуры мозга.

В коре головного мозга с двигательной функцией связан тот ее отдел, который располагается между собственно лобной и теменной областями. Он называется прецентральной областью. Кора мозга состоит из многочисленных клеток и отходящих от них отростков. Отростки являются путями, по которым распространяются нервные импульсы. Что же представляют собой эти пути?

Можно обработать срез мозга так, что тела клеток останутся скрытыми от глаза, а окрасятся только их отростки — аксоны. Под микроскопом мы увидим густое сплетение волокон, словно причудливо перевитые тонкие стебли каких-то необычных растений. Одни из волокон сравнительно длинные, другие — совсем короткие. Их начало и конец почти невозможно найти: они теряются в общей сети.

Однако при более внимательном взгляде, несмотря на все многообразие, вырисовываются две основных системы волокон. Одни идут перпендикулярно поверхности коры мозга (пересекают ее по радиусам) и называются радиальными. Такие волокна располагаются не поодиночке, а собраны в более или менее компактные пучки, уходящие в глубь белого вещества.

Направление других волокон очень разнообразно, они образуют нерадиальную сеть. Особенно густое сплетение нерадиальных волокон в коре прецентральной области располагается между III и V клеточными слоями. Ученые определили, что именно эта полоска служит важной морфологической основой для восприятия и анализа приходящих сюда раздражений.

У взрослого человека большая часть волокон покрыта особым жироподобным веществом — миэлином. Исследования при помощи поляризационного и электронного микроскопов показали, что это система спиралеобразных оболочек, которые, как изоляционная лента, покрывают нервные волокна.

Картина распространения миэлиновых волокон называется миэлоархитектоникой. Ученые установили, что миэлиновая оболочка на волокнах появляется не сразу после рождения человека, а лишь на определенных стадиях индивидуального развития. И, что самое интересное, более сложные по функции отделы нервной системы миэлинизируются значительно позже других. К наиболее поздно миэлинизирующимся отделам относится кора головного мозга.

Однако до сих пор было очень мало известно о темпах и сроках ее миэлинизации. Нам удалось установить, что процесс этот протекает в соответствии с тремя основными закономерностями.

Во-первых, нижний этаж коры, ее глубокие слои, миэлинизируется значительно раньше верхних. Этот факт совпадает с данными исследователей, показавших, что верхний этаж коры закладывается позже в онтогенезе (Г. И, Поляков) и клетки здесь растут и развиваются значительно дольше (И. И. Глезер).

Есть данные, показывающие, что верхний этаж коры имеет большее отношение к ее высшей, синтетической деятельности, а нижний этаж связан с более простыми прямолинейными функциями.

Второй вывод заключается в том, что радиальная система волокон миэлинизируется раньше нерадиальной. Это связано с тем, что радиальная система состоит из волокон, образующих в своей массе нисходящие пути (эфференты), а нерадиальная сеть осуществляет тонкую координацию действий внутри коры, а также включает в себя волокна, подающие импульсы в кору (афференты).

Наконец, третья особенность процесса миэлинизации заключается в том, что разные участки коры двигательной области созревают не в одно и то же время. В жизни это проявляется так: у ребенка раньше вырабатываются уверенные шаги, чем тонкие, дифференцированные движения отдельных пальцев рук, ребенок раньше начинает сидеть, стоять, ходить, позднее — говорить. Как последовательно и постепенно расширяются и утверждаются двигательные возможности ребенка, так последовательно и постепенно миэлинизируются те участки коры, которые имеют отношение к разным двигательным функциям. Участок, связанный с движением ноги, миэлинизируется раньше, чем участок, имеющий отношение к деятельности мимической мускулатуры.

Процесс развития идет непрерывно, но неравномерно. В нем есть периоды убыстренные, интенсивные. Есть и особенно ответственные периоды, они близки к полуторамесячному, трехлетнему и шестисемилетнему возрастам. В эти сроки появляются новые морфологические особенности: удлиняются и утолщаются волокна, больше становится их масса, гуще нерадиальная сеть.

Такие изменения обусловлены общим развитием ребенка и особенностями его двигательной деятельности. Правильное, своевременное созревание системы связей, в свою очередь, обеспечивает нормальные функциональные возможности: способность сидеть, стоять, ходить, действовать рукой, наконец, говорить.

К десяти годам жизни миэлоархитектоника прецентральной области мозга человека по большинству показателей приближается к уровню взрослого, хотя формирование ее некоторых черт продолжается, видимо, на протяжении всей жизни.

Может возникнуть вопрос: ну как же новорожденный двигает руками и ногами, морщит лицо, сосет? Какой механизм управляет действиями крохотного существа, если система связей в коре его двигательной области едва начала развиваться? Ведь не может же возбуждение передаваться без морфологической основы? По каким же путям идут сигналы, если миэлиновых волокон в коре еще нет? Верно, нет миэлина, но волокна есть. Они еще не созрели, не покрылись оболочкой, но к осуществлению некоторых, сравнительно простых функций готовы, иначе обреченный на неподвижность организм вынужден был бы погибнуть.

Движения новорожденного хаотичны, неточны, недифференцированны. Система связей, не получившая еще миэлиновых обкладок, передает не концентрированное, а разлитое, генерализованное возбуждение. Так отличаются двигательные возможности ребенка и взрослого, так отличается зрелая структура от той системы, которой предстоит еще пройти долгий путь развития.

Автор: М. С. Войно.