Як росте нервове волокно

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Запитайте будь-яку матір, і вона вам відповість, коли почав ходити її малюк, коли і яке перше слово він пробелькотів, коли почав задавати перші питання і т. д. Для лікаря-педіатра, для психолога ці факти дуже важливі, тому що кожна така подія в житті дитини пов’язана зі зміною в структурі та функціях клітин головного мозку. Потрібні ці факти і інженеру…

Головний мозок людини складається з мільярдів клітин, кожна з яких є одиницею дії і володіє цілою системою властивостей. Можна провести точні фізіологічні експерименти, але мозок залишиться для нас закритою книгою, якщо не стане відома точна кількість цих одиниць дії, в яких співвідношеннях вони між собою знаходяться, які їхні розміри, статистичні закономірності росту і розвитку як в індивідуальному, так і в історичному аспекті.

Необхідність подібних досліджень диктується і потребами кібернетики, одне із завдань якої – моделювання роботи мозку. А як може інженер моделювати машину, не знаючи співвідношення принципів взаємодії між її частинами? Останнім часом біологи, медики провели чимало робіт, присвячених запеклій проблемі дослідження росту і розвитку структури мозку.

У корі головного мозку з руховою функцією пов’язаний той її відділ, який розташовується між власне лобовою і тім’яною областями. Він називається прецентральною областю. Кора мозку складається з численних клітин та відростків, що відходять від них. Відростки є шляхами, по яких поширюються нервові імпульси. Що ж являють собою ці шляхи?

Можна обробити зріз мозку так, що тіла клітин залишаться прихованими від ока, а забарвляться тільки їх відростки – аксони. Під мікроскопом ми побачимо густе сплетіння волокон, немов химерно перевиті тонкі стебла якихось незвичайних рослин. Одні з волокон порівняно довгі, інші – зовсім короткі. Їх початок і кінець майже неможливо знайти: вони губляться в загальній мережі.

Однак при більш уважному погляді, незважаючи на все різноманіття, вимальовуються дві основні системи волокон. Одні йдуть перпендикулярно поверхні кори мозку (перетинають її по радіусах) і називаються радіальними. Такі волокна розташовуються не поодинці, а зібрані в більш-менш компактні пучки, що йдуть в глиб білої речовини.

Напрямок інших волокон дуже різноманітний, вони утворюють нерадіальну мережу. Особливо густе сплетіння нерадіальних волокон в корі прецентральної області розташовується між III і V клітинними шарами. Вчені визначили, що саме ця смужка служить важливою морфологічною основою для сприйняття та аналізу подразнень, що приходять сюди.

У дорослої людини велика частина волокон покрита особливою жироподібною речовиною – міеліном. Дослідження за допомогою поляризаційного та електронного мікроскопів показали, що це система спіралеподібних оболонок, які, як ізоляційна стрічка, покривають нервові волокна.

Картина поширення міелінових волокон називається міелоархітектонікою. Вчені встановили, що міелінова оболонка на волокнах з’являється не відразу після народження людини, а лише на певних стадіях індивідуального розвитку. І, що найцікавіше, більш складні по функції відділи нервової системи міелінізуються значно пізніше інших. До найбільш пізно міелінізованих відділів відноситься кора головного мозку.

Проте досі було дуже мало відомо про темпи і терміни її міелінізації. Нам вдалося встановити, що процес цей протікає відповідно до трьох основних закономірностей.

По-перше, нижній поверх кори, її глибокі шари, міелінізіються значно раніше верхніх. Цей факт збігається з даними дослідників, що показали, що верхній поверх кори закладається пізніше в онтогенезі (Г. І. Поляков) і клітини тут ростуть і розвиваються значно довше (І. І. Глезер).

Є дані, що показують, що верхній поверх кори має більше відношення до її вищої, синтетичної діяльності, а нижній поверх пов’язаний з більш простими прямолінійними функціями.

Другий висновок полягає в тому, що радіальна система волокон міелінізіється раніше нерадіальними. Це пов’язано з тим, що радіальна система складається з волокон, що утворюють у своїй масі спадні шляхи, а нерадіальними мережа здійснює тонку координацію дій всередині кори, а також включає в себе волокна, що подають імпульси в кору.

Нарешті, третя особливість процесу міелінізації полягає в тому, що різні ділянки кори рухової області дозрівають не в один і той же час. У житті це проявляється так: у дитини раніше виробляються впевнені кроки, ніж тонкі, диференційовані рухи окремих пальців рук, дитина раніше починає сидіти, стояти, ходити, пізніше – говорити. Як послідовно і поступово розширюються і затверджуються рухові можливості дитини, так послідовно і поступово міелінізуються ті ділянки кори, які мають відношення до різних рухових функцій. Ділянка, пов’язана з рухом ноги, міелінізується раніше, ніж ділянка, що має відношення до діяльності мімічної мускулатури.

Процес розвитку йде безперервно, але нерівномірно. У ньому є періоди прискорення, інтенсивні. Є й особливо відповідальні періоди, вони близькі до півторамісячного, трирічному та шестисемилітнього віку. У ці терміни з’являються нові морфологічні особливості: подовжуються і товщають волокна, більше стає їх маса, густіше нерадіальна мережа.

Такі зміни зумовлені загальним розвитком дитини і особливостями її рухової діяльності. Правильне, своєчасне дозрівання системи зв’язків, у свою чергу, забезпечує нормальні функціональні можливості: здатність сидіти, стояти, ходити, діяти рукою, нарешті, говорити.

До десяти років життя міелоархітектоніка прецентральної області мозку людини за більшістю показників наближається до рівня дорослого, хоча формування її деяких рис триває, мабуть, протягом всього життя.

Може виникнути питання: ну як же новонароджений рухає руками і ногами, морщить обличчя, смокче? Який механізм управляє діями крихітної істоти, якщо система зв’язків у корі його рухової області ледве почала розвиватися? Адже не може ж збудження передаватися без морфологічної основи? За якими ж шляхами йдуть сигнали, якщо міелінових волокон в корі ще немає? Вірно, немає міеліна, але волокна є. Вони ще не дозріли, не покрилися оболонкою, але до здійснення деяких, порівняно простих функцій готові, інакше приречений на нерухомість організм змушений був би загинути.

Рухи новонародженого хаотичні, неточні. Система зв’язків, не отримала ще міелінових обкладок, передає не концентроване, а розлите збудження. Так відрізняються рухові можливості дитини і дорослого, так відрізняється зріла структура від тієї системи, якій належить ще пройти довгий шлях розвитку.

Автор: М. С. Войно.