Консервативные механизмы развития нервной системы

Общую схему развития основных структур нервной системы можно проследить на примере развивающегося мозга эмбриона. Поразительное сходство основных мозговых структур у эмбрионов таких далеких друг от друга организмов, как земноводные и млекопитающие, особенно заметно на ранних стадиях эмбриогенеза. Поскольку эволюция работает путем отлаживания обеспечивающих формирование мозговых структур механизмов, менее сложно устроенные и эволюционно более архаичные формы не выбраковываются, а модифицируются и совершенствуются.

Как следствие, в наиболее сложно организованных нервных системах, в том числе в нервной системе человека, присутствуют анатомические и функциональные элементы менее сложных нервных систем, и именно они составляют ее основу.

Например, билатеральная симметрия, свойственная нервной системе червей, присуща и более сложно организованным нервным системам. Более того, в составе нервной системы человека мы можем видеть спинной мозг, который составляет основу простейшей нервной системы рыб. Это верно и в отношении ствола мозга более сложно организованных рыб, земноводных и рептилий. Новая кора (неокортекс), которая у человека достигла особо крупных размеров и стала особенно сложной, есть и у других млекопитающих.

а) Эволюция мозга. У эмбрионов позвоночных нервная система развивается из пласта клеток — нервной пластинки. Затем нервная пластинка скручивается в полую трубку, образуя три отдела — передний мозг, средний мозг и задний мозг, которые выглядят как три утолщения на конце спинного мозга эмбриона (рис. 1).

У взрослых рыб, земноводных и рептилий мозг состоит из этих трех отделов. Передний мозг (prosencephalon) отвечает за обоняние и способность различать вкусы, средний мозг (mesencephalon) отвечает за зрение и слух, а ромбовидный мозг (rhombencephalon) управляет движением и равновесием. Спинной мозг представляет собой часть заднего мозга.

У эмбрионов млекопитающих (рис. 1) передний мозг продолжает развиваться, образуя такие подкорковые структуры как промежуточный мозг (diencephalon), и полушария головного мозга с участками коры, образующие конечный мозг (telencephalon). В процессе дальнейшего развития задний мозг млекопитающих образует задний мозг (metencephalon), в состав которого входит мозжечок, и продолговатый мозг (myelencephalon), который переходит в спинной мозг.

Рисунок 1. Эволюция и развитие мозга. В процессе эволюции передний мозг млекопитающих значительно увеличился в размерах

Мозг человека устроен особенно сложно — у него очень крупные полушария, при этом он сохранил большую часть структур, свойственных другим млекопитающим (рис. 1). Необходимые для производства речи области коры головного мозга, то есть участки лобных, височных и теменных долей, у человека значительно крупнее, чем у других приматов. Считается, что именно речь изменила наше мировоззрение — то, как мы думаем, выражаем свои мысли и формируем представления о мире.

б) Нервная система и разумное поведение. В большинстве своем различные формы поведения не являются результатом активности какого-то одного участка мозга, они возникают в результате взаимодействия многих отделов мозга на разных уровнях. Взаимодействующие таким образом отделы нервной системы не просто выполняют одну и ту же функцию — скорее, каждый из отделов вносит свой вклад в поведение.

Такая иерархическая организация свойственна каждому из типов человеческого поведения. Нарушения, связанные с травмами и заболеваниями мозга, которые сами по себе выглядят странно, представляют собой не что иное, как проявления активности отдельных элементов иерархической системы мозга. Наша эволюционная история, история нашего развития и история становления нашей личности находят свое отражение в анатомическом строении и функциональной организации нервной системы.

P.S. Принцип 6. Системы мозга организованы иерархично, а также параллельно.

Действительно ли только нервная система позвоночных может формировать разумное поведение? Беспозвоночные животные, такие как осьминог, прошли долгий путь эволюции, после того как пути их развития разделились с позвоночными более 700 млн лет назад. Нервная система осьминога, которая разительно отличается от нашей, устроена все же достаточно сложно. Способен ли осьминог учиться так же, как учатся позвоночные животные?

Итальянские биологи Грациано Фиорито и Пьетро Скотто (Graziano Fiorito, Pietro Scotto, 1992) посадили двух осьминогов обыкновенных (Octopus vulgaris) в разные аквариумы, в каждый из которых воду подавали отдельно, и позволили им поддерживать зрительный контакт в течение двух часов. Как показано ниже, осьминог-наблюдатель мог смотреть на осьминога-демонстратора через прозрачную стенку аквариума. Демонстратора дрессировали таким образом, чтобы он понял, что красный шар связан с подкреплением, а белый — со слабым ударом током.

Как показано ниже, животное-демонстратор быстро научилось различать шары разного цвета. Затем наблюдателя изолировали. При последующем тестировании выяснилось, что наблюдатель выбирал те же объекты, что и демонстратор, реагировал быстрее, чем демонстратор во время дрессировки, и выполнял задачу правильно в течение пяти дней без дополнительного обучения.

в) Эксперимент. Должна ли нервная система быть такой же, как у позвоночных, чтобы формировать разумное поведение?

Результаты:

1. Животное-демонстратор быстро научилось различать шары разного цвета.

2. После изоляции и тестирования животное-наблюдатель выбирало те же объекты, что и демонстратор, реагировало быстрее, чем демонстратор во время обучения, и выполняло задачу правильно в течение 5 дней.

Вывод. У беспозвоночных встречаются такие формы разумного поведения, как обучение посредством наблюдения.

- Читать далее "Управление поведением центральной нервной системой (ЦНС)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 2.7.2023