Štruktúra mozgu cicavcov

Najväčšiu časť mozgu cicavcov tvorí predný mozog. Jeho povrch je zvrásnený, vďaka čomu má zväčšenú plochu. Spracúva vzruchy z pokožky, tváre a končatín a vysiela povely, ktoré riadia pohyby týchto častí tela.

Cicavce sa vyznačujú neobyčajne vyvinutou nervovou sústavou a zložitou stavbou mozgu. Riadenie tela dosahuje najvyššiu úroveň v celej živočíšnej ríši.

Úloha mozgu v nervovej sústave

Oči, uši a iné zmyslové orgány živočícha každú sekundu vysielajú milióny nervových vzruchov. Tieto jemné elektrické výboje predstavujú bohatú informáciu o vnútorných telesných pochodoch živočícha a udalostiach v okolitom prostredí. U zložitejších živočíchov prechádzajú vzruchy cez nervy do mozgu.

Mozog je riadiace stredisko - hustá spleť nervových buniek, zložitejšia ako najnovší počítač. V mozgu sa vzruchy zo všetkých zmyslov sústreďujú, porovnávajú, vyhodnocujú, a ak je potrebné, aj ukladajú. Mozog zasa vysiela vzruchy do svalov.

Výsledkom výstupných vzruchov sú rozličné pohyby a činnosti známe ako správanie. Mozog riadi a zosúlaďuje, nepretržite vyhodnocuje vstupy prichádzajúce od zmyslov a napokon prostredníctvom svalov rozhoduje o činnosti.

O mnohých činnostiach mozgu a miechy často ani nevieme. Celkom samočinne sa starajú o tep srdca, pravidelné dýchanie alebo pohyby čriev, a to aj v čase, keď spíme.

Nervová sústava cicavcov

U všetkých vyšších chordátov - stavovcov - sa rúrková nervová sústava funkčne i morfologicky diferencovala na centrálnu nervovú sústavu (mozog a miechu) a obvodovú (periférnu) nervovú sústavu. Z nervovej trubice sa vyvinula miecha (chránená chrbticou), z ktorej vychádzajú miechové nervy.

V prednej časti (v hlave) sa trubica zväčšila a utvoril sa mozog, ktorý je chránený lebkou. Cicavce majú rúrkovú nervovú sústavu, ktorej základ tvorí miecha a predná časť je rozšírená na mozog.

Funkciou nervovej regulácie je prijímať podnety, reagovať na zmeny vonkajšieho a vnútorného prostredia a spolu s hormonálnou sústavou zabezpečiť rovnovážny stav organizmu (homeostázu). Podstatou nervovej regulácie je pohotovo premeniť podnet - informáciu z okolia - na signál, ktorý zmenou elektrického (akčného) potenciálu bunkovej membrány vyvolá okamžitú odpoveď cieľového orgánu.

Základná stavebná jednotka: neurón

Základnou stavebnou a funkčnou jednotkou nervovej sústavy je nervová bunka - neurón. Kratšie výbežky neurónu sa nazývajú dendrity a dlhý výbežok neurit. Neurit je obalený myelínom a na povrchu sa nachádzajú Schwannove bunky.

Telo bunky tvorí šedú hmotu. Na konci neuritu sa nachádza gombíkovité zakončenie, ktoré sa približuje k ďalšej bunke a vytvára synaptické spojenie.

Receptory sú senzory zachytávajúce podnety. Podnety sa šíria dostredivými nervovými vláknami do miesta spracovania - centrálnej nervovej sústavy, ktorú tvorí mozog a miecha. Odstredivé nervové vlákna vedú vzruchy k efektoru.

Gliové bunky sa vyskytujú v nervovej sústave, obklopujú neuróny, neprenášajú vzruchy a zachytávajú škodlivé látky. Na povrchu membrány neurónu sú ióny Na, z vnútra sú Cl a K. Ak je povrch v pokoji, vzniká napätie - pokojový potenciál.

Ak nastane vzruch, membrána sa stane selektívne priepustná a vzniká akčný potenciál. Najrýchlejší vzruch predstavuje bolesť. Sodíková pumpa obnovuje pokojový potenciál.

Vývoj mozgu stavovcov

Vývoj mozgu stavovcov nebol v priebehu fylogenézy priamočiary a úzko súvisel s rozvojom zmyslových orgánov. V embryonálnom štádiu sa mozog stavovcov diferencuje na tri základné časti, ktoré sú priamo prepojené s inerváciou dôležitých zmyslov:

• predný mozog - čuchový orgán,
• stredný mozog - zrakový orgán,
• zadný mozog - polohovorovnovážny a sluchový orgán.

Z týchto troch základov sa postupne sformoval úplný mozog, ktorý sa u drvivej väčšiny stavovcov diferencuje na päť častí:

1. predĺžená miecha,
2. zadný mozog, ktorý tvorí mozoček a u cicavcov aj Varolov most,
3. stredný mozog,
4. medzimozog,
5. koncový alebo predný mozog.

Evolučne najstaršiu a základnú časť mozgu všetkých stavovcov predstavuje mozgový kmeň. Patria sem predĺžená miecha, most, stredný mozog a čiastočne medzimozog.

V mozgovom kmeni sídlia centrá pre udržanie základných životných funkcií, ako sú dýchanie a srdcová činnosť, ale aj nepodmienených obranných a potravových reflexov, akými sú kašľanie, kýchanie, hltanie či cicanie.

Vzostup významu koncového mozgu

Počas evolúcie dochádza k fylogenetickému posunu najvyššieho riadiaceho ústredia z nižších poschodí mozgu do vyšších. Najvyšším ústredím a centrom koordinácie pohybov u rýb a obojživelníkov je stredný mozog.

U plazov, vtákov a cicavcov sa toto riadenie presúva vyššie - predovšetkým na mozoček a mozgovú kôru koncového mozgu, zatiaľ čo stredný mozog zostáva dôležitým už len pre základné reflexné odpovede, napríklad reflexné pohyby očí a hlavy za svetlom či zvukom.

Hlavným vývojovým smerom celej nervovej sústavy stavovcov bolo zdokonaľovanie a rast koncového mozgu. Kým u primárne vodných kruhoústnic a rýb je koncový mozog ešte celistvý, už u obojživelníkov sa po prvýkrát priečne rozdeľuje na dve pologule alebo hemisféry.

Kým u týchto nižších stavovcov slúžil koncový mozog výlučne na spracovanie čuchových vnemov (palaeopallium), u plazov sa zhlukovaním sivej hmoty po prvýkrát objavuje druhotná mozgová kôra (neopallium).

Z nej sa následne u cicavcov vyvíja rozsiahla a zvrásnená mozgová kôra (neocortex), ktorá u nich tvorí až 90 % celého koncového mozgu a predstavuje najvyšší stupeň evolučného rozvoja. Najväčšia je u primátov a človeka.

Hlavné časti mozgu cicavcov

Rôzne živočíchy majú rozličnú stavbu mozgu, ktorá vždy zodpovedá ich schopnostiam a spôsobu života. Mozog môže mať rozličné vypukliny alebo laloky, ktoré spracúvajú rôzne zmyslové informácie, zaznamenávajú deje a pohyby.

Predný a koncový mozog

Najväčšiu časť mozgu cicavcov tvorí predný mozog. Jeho povrch je zvrásnený, vďaka čomu má zväčšenú plochu. Práve v mozgovej kôre sú sústredené ústredia najzložitejších nervových funkcií, pamäte a logického myslenia.

Najväčšou časťou ľudského mozgu je predný mozog, ktorý je rozdelený na dve hemisféry. Je sídlom pamäti, myslenia a citov. Rozličné centrá predného mozgu plnia osobitné úlohy.

Čelové laloky

Čelové laloky majú na starosti pamäť, myslenie, city a „osobnosť“. Ich činnosť súvisí s vyššími kognitívnymi schopnosťami, ktoré patria medzi charakteristické prejavy rozvoja koncového mozgu cicavcov.

Zrakový lalok

Zrakový lalok je umiestnený v zadnej časti predného mozgu. Vyhodnocuje nervové vzruchy prichádzajúce z očí a vytvára v mysli obraz toho, čo vidíme.

Sluchové centrum

Nervové vzruchy prichádzajúce z uší sa na tomto mieste triedia a potom postupujú do ďalších oblastí mozgu, aby sa vyhodnotili.

Hmatové centrum

V každej časti hmatového ústredia sa vyhodnocujú vzruchy prichádzajúce z pokožky na určitej časti tela. Predný mozog spracúva vzruchy z pokožky, tváre a končatín a vysiela povely, ktoré riadia pohyby týchto častí tela.

Motorické centrum

Z motorického centra sa vysielajú povely cez mozoček do tvárových svalov, tela a končatín. Výstupné nervové vzruchy tak riadia rozličné pohyby a činnosti známe ako správanie.

Mozoček

Mozoček stavovcov je centrom rovnováhy. Okrem toho zosúlaďuje svalovú činnosť a pohyby.

Mozoček je dvojdielna časť mozgu, ktorej úlohou je vysielať povely svalom tak, aby ich činnosť bola zosúladená. U cicavcov je mimoriadne vyvinutý a predstavuje centrum koordinácie zložitého pohybu.

Predĺžená miecha a mozgový kmeň

Predĺžená miecha je súčasťou mozgového kmeňa, v ktorom sa nachádzajú centrá základných životných funkcií. Mozgový kmeň zabezpečuje najmä automatické riadenie dýchania a srdcovej činnosti a podieľa sa na nepodmienených reflexoch.

Zmyslové laloky a spôsob života

Čuchové laloky spracúvajú vzruchy prichádzajúce z čuchových orgánov, takže živočíchy, pre ktoré je čuch veľmi dôležitý, ich majú veľmi veľké. Zrakové laloky zasa spracúvajú vzruchy z očí.

Rozličné druhy cicavcov majú jednotlivé časti mozgu vyvinuté v rozdielnej miere. Ich veľkosť a štruktúra súvisia so zmyslami, ktoré sú pre daný druh najdôležitejšie, aj s jeho spôsobom života.

Informácie z okolia prijímajú zmysly, ktoré sú vo všeobecnosti veľmi dobre a rozmanito vyvinuté v závislosti od ekológie druhu. Charakteristickým znakom cicavcov je prítomnosť vonkajšieho ucha s ušnicou.

Porovnanie mozgu rôznych skupín živočíchov

Ryby

Ryby majú čuchové laloky na dlhých výbežkoch smerujúcich dopredu k čuchovým jamkám. Zrakové laloky majú blízko pri očiach.

Pre žraloky, ako výrazné predátory s potrebou dokonalého čuchu, je charakteristický obrovský rozvoj čuchových lalokov koncového mozgu.

Plazy

U plazov sa zhlukovaním sivej hmoty po prvýkrát objavuje druhotná mozgová kôra (neopallium). Mozoček stavovcov je centrom rovnováhy a zároveň zosúlaďuje svalovú činnosť a pohyby.

Vtáky

Väčšina vtákov má veľké zrakové laloky, ktoré potvrdzujú, že zrak hrá v živote vtákov rozhodujúcu úlohu. Vidia veľmi ostro, a to aj za zníženej viditeľnosti, a rozlišujú farby, tak, ako ľudia.

Dobre vyvinutý majú aj mozoček, ktorý zosúlaďuje zložitú svalovú činnosť. Čuchové laloky však majú malé a predpokladá sa, že niektoré vtáky pachy vôbec necítia.

Cicavce

U cicavcov sa najvýraznejšie zväčšuje koncový mozog a najmä mozgová kôra (neopallium), čo podmienilo rozvoj zmyslov, pamäti a vyšších kognitívnych alebo rozumových schopností.

Najväčšiu časť mozgu cicavcov tvorí predný mozog, ktorého povrch je zvrásnený. Zvrásnenie umožňuje zväčšenie plochy mozgovej kôry bez toho, aby sa mozog musel zväčšovať iba do dĺžky a šírky.

Štruktúra mozgu a zložitosť nervových spojení

Činnosť mozgu sa odohráva na mikroskopickej úrovni v podobe slabých elektrických výbojov prebiehajúcich krížom-krážom po nekonečnej spleti nervových buniek.

Kúsok mozgu s rozlohou jeden milimeter štvorcový a hrúbkou dva milimetre obsahuje približne 60 000 nervových buniek. Každá z nich je napojená na viac než 50 000 ďalších!

Vedci vytvorili doposiaľ najkomplexnejšiu mapu neurónov v mozgu cicavca, ktorá ponúka prelomové poznatky o fungovaní mozgu. Táto 3D mapa, ktorá zobrazuje malú časť myšieho vizuálneho kortexu menšiu ako zrnko piesku, odhaľuje pol miliardy synapsií a 5,4 km neurónových spojení.

Cieľom projektu MICrONS bolo nielen zmapovať štruktúru neurónov, ale aj preskúmať elektrickú signalizáciu medzi nimi, ukázať, ako komunikujú, a poskytnúť lepší obraz o skrytých rozhovoroch v mozgu.

Vedci z Baylorovej lekárskej univerzity v Texase začali tým, že pomocou špecializovaných mikroskopov zaznamenávali aktivitu mozgu z cieľovej oblasti, keď zviera sledovalo rôzne filmy a klipy na Youtube.

Následne výskumníci z Allenovho inštitútu zobrali ten istý kubický milimeter mozgu a rozrezali ho na viac ako 25-tisíc vrstiev, z ktorých každá mala šírku 1/400 hrúbky ľudského vlasu. Pomocou elektrónových mikroskopov s vysokým rozlíšením potom vyfotografovali každú vrstvu.

Nakoniec tím z Princetonskej univerzity použil umelú inteligenciu a strojové učenie na rekonštrukciu buniek a spojení do 3D modelu. Celkovo má tento masívny dátový súbor veľkosť 1,6 petabajtu, čo zodpovedá 22 rokom nepretržitého HD videa.

Zistenia odhaľujú nové typy buniek a nový princíp inhibície v mozgu. Vedci predtým považovali inhibičné bunky - tie, ktoré potláčajú nervovú aktivitu - za jednoduchú silu, ktorá tlmí aktivitu iných buniek.

Najnovšia práca však prišla na to, že inhibičné bunky sú veľmi selektívne, pokiaľ ide o to, na ktoré bunky sa zameriavajú, čím vytvárajú sieťový systém koordinácie a spolupráce.

Pochopenie formy a funkcie mozgu by mohlo viesť k lepšiemu poznaniu neurologických porúch, ktoré zahŕňajú narušenie neurónovej komunikácie.

Veľkosť mozgu a veľkosť tela

Najväčší mozog nemusí byť vždy ten najmúdrejší. Najväčší mozog vôbec má vorvaň tuponosý. Váži vyše 9 000 gramov, pričom ľudský mozog dosahuje priemernú hmotnosť 1 300 gramov.

Lepším ukazovateľom inteligencie je pomer medzi veľkosťou mozgu a veľkosťou tela. Samotná hmotnosť mozgu preto nestačí na posúdenie jeho funkčnej zložitosti alebo schopností živočícha.

Štruktúra mozgu v súvislosti s vývojom cicavcov

Cicavce (Mammalia) sa vyvinuli z plazov, presnejšie z línie synapsidných plazov, už na začiatku druhohôr, v období triasu. Sú to evolučne najvyspelejšie teplokrvné stavovce.

Rozvoj koncového mozgu patrí medzi hlavné znaky cicavcov. Nervová sústava dosahuje najvyšší stupeň vývoja a výrazne sa zväčšuje koncový mozog, najmä mozgová kôra (neopallium).

Cicavce sú primárne prispôsobené životu na suchej zemi, pričom niektoré skupiny druhotne prešli do vody, napríklad veľryby, alebo si osvojili aktívny let, napríklad netopiere. Rozmanité prostredie a spôsob života sa odrážajú aj v stavbe ich zmyslových centier a mozgu.

Ľudský mozog ako príklad mozgu cicavca

Najväčšou časťou ľudského mozgu je predný mozog, ktorý je rozdelený na dve hemisféry. Je sídlom pamäti, myslenia a citov.

Čelové laloky majú na starosti pamäť, myslenie, city a „osobnosť“. Zrakový lalok je umiestnený v zadnej časti predného mozgu a vyhodnocuje nervové vzruchy prichádzajúce z očí.

Ľudský mozog je neuveriteľne zložitý. Jeho funkcie vznikajú spoluprácou veľkého množstva nervových buniek, synapsií, nervových dráh a špecializovaných oblastí mozgovej kôry.

Význam mozgovej kôry cicavcov

U cicavcov tvorí neocortex až 90 % celého koncového mozgu. Jeho úlohou je spracúvať zmyslové informácie, podieľať sa na riadení pohybov a zabezpečovať pamäť, logické myslenie a ďalšie zložité nervové funkcie.

Zvrásnený povrch mozgovej kôry zväčšuje jej plochu. Vďaka tomu sa do obmedzeného priestoru lebky môže uložiť väčšie množstvo nervového tkaniva a vytvoriť viac prepojení medzi nervovými bunkami.

Rôzne časti mozgovej kôry majú osobitné úlohy. Zraková oblasť vyhodnocuje vzruchy z očí, sluchová oblasť spracúva signály z uší, hmatové centrum prijíma informácie z pokožky a motorické centrum vysiela povely svalom.

Automatické a vedomé riadenie organizmu

Mozog a miecha riadia nielen vedomé pohyby a správanie, ale aj mnohé procesy, ktoré prebiehajú bez vedomej kontroly. Celkom samočinne sa starajú o tep srdca, pravidelné dýchanie alebo pohyby čriev.

Tieto činnosti pokračujú aj počas spánku. Základné životné funkcie súvisia najmä s činnosťou mozgového kmeňa, zatiaľ čo zložitejšie správanie, učenie, pamäť a myslenie sú spojené predovšetkým s koncovým mozgom a jeho mozgovou kôrou.

Štruktúra mozgu a správanie cicavcov

Mozog sústreďuje, porovnáva a vyhodnocuje signály zo všetkých zmyslov. Na základe ich spracovania vysiela nervové vzruchy do svalov, ktorých činnosť sa prejavuje pohybmi a správaním.

Schopnosti cicavcov súvisia s rozvojom koncového mozgu, mozgovej kôry, zmyslových centier a mozočka. Zložitá stavba mozgu umožňuje rýchle reakcie, koordinovaný pohyb, pamäť a vyššie kognitívne schopnosti.

Stavba mozgu vždy zodpovedá schopnostiam a spôsobu života živočícha. Druhy, ktoré sa výrazne spoliehajú na zrak, majú dobre rozvinuté zrakové oblasti, zatiaľ čo pri druhoch závislých od čuchu nadobúdajú väčší význam čuchové laloky.

tags: #struktura #mozgu #cicavcov