Головной мозг: цитоархитектонические поля Бродмана

История изучения

В Германии в 1909 году врач-ученый Корбиниан Бродман впервые построил и описал карты цитоархитектонических полей Бродмана. Спустя 10 лет О. Фогт и Ц. Фогт изучили и описали больше сотни миело-архитектонических областей в полушариях мозга.

В результате в государственном научном центре неврологии И. Н. Филимоновым и С.А. Саркисовым выпущена карта полушарий мозга по Бродману, в которой описаны 47 полей.

Поля Бродмана чаще всего используются при изучении нейронной организации головного мозга и ее функционирования. Разделение той или иной области мозга к конкретному разделу полей проводилось на основе гистологического анализа — цветовой окраске по Нисслю.

Немного об истории

Построением карты поверхности головного мозга занималось много ученых: Бейли, Бец, Экономо и прочие. Их карты значительно отличались друг от друга по форме полей, их размерам, количеству. В современной нейроанатомии наибольшее признание получили поля головного мозга по Бродману. Всего насчитывается 52 поля.

Павлов, в свою очередь, подразделил все поля на две большие группы:

• центры первой сигнальной системы;
• центры второй сигнальной системы.

Каждый центр состоит из ядра, играющего ключевую роль в осуществлении функции определенного центра, и анализаторов, окружающих ядро. Примечательно то, что центры в коре головного мозга регулируют функционирование органов на противоположной стороне тела. Это связано с тем, что проводящие пути нервных волокон делают перекрест на своем пути от центра к периферии.

Поля мозга по Бродману обозначены арабскими цифрами, у некоторых также есть обозначение, из которого можно понять функцию конкретного поля.

Центры первой сигнальной системы

Первая сигнальная система числится как у Homo sapiens, так и у других живых существ. Она выполняет функции понимания и анализа раздражений, исходящих из окружающего мира и проявляющиеся в форме ощущений и представлений.

Центры первой сигнальной системы располагаются в ядрах анализаторов сенсорной чувствительности, двигательных анализаторах, слуховых, кожных, зрительных и обонятельных.

Обозначаются в верхней и нижней теменной области мозга, в прецентральной и надкраевой борозде, а также в толще латеральной борозды (слуховые ядра).

Назначение данной системы представлено в таблице полей Бродмана:

На картинке изображены поля коры больших полушарий по Бродману и их функции:

Группы полей головного мозга по Бродману

Описание полей Бродмана в коре головного мозга по зонам:

1. Первая зона — моторная, ответственная за реакции активных движений. В эту зону входят 4, 6, 8, 9 поля Бродмана. 4 отвечает за моторику, находится в прецентральной извилине. 6 выделяется в передних областях прецентральной извилины и в районе средней лобной извилины. 8 координирует произвольную подвижность глаз и находится в задних отделах верхней и средней лобной извилин. 9 располагается в префронтальной области.
2. Вторая зона — аффективная. Включает в себя области коры мозга сзади роландовой борозды. Здесь располагаются 1, 2, 3, 5 и 7 поля. Верхняя часть зоны отвечает за тактильные ощущения ног и гениталий. Нижележащие области — за ощущения в области рук, черепа и ротовой полости. Вторая зона непосредственно взаимодействует с первой. В первой зоне располагаются афферентные нервные клетки, принимающие стимулы от проприоцепторов — это моторные сенсорные области. Во второй зоне размещаются двигательные компоненты — это сенсомоторные области, регулирующие формирование и интенсивность чувств боли.
3. Третья зона – зрительная, располагающаяся в затылочной области коры мозга. В нее входят 17, 18, 19 поля Бродмана. 17-е относят к первичной зрительной области, а 18 и 19 — вторичной зрительной. От вторичных областей в первичные поступают зрительные возбуждения и там уже обрабатываются. При патологиях 17 поля Бродмана возникает корковая слепота — утрата зрительного восприятия. При нарушении 18 поражается функция идентификации и восприятия письменной речи. При патологиях 19 отмечаются галлюцинации и нарушения образного запоминания.
4. Четвертая зона – слуховая, выделяется в височной зоне коры мозга. В нее включается 22, 41, 42, 52 поля. При поражении 22 отмечаются слуховые галлюцинации, страдает ориентирование на звук, возникает музыкальная глухота. При патологиях 42 страдает распознавание звуков, а поражение 41 – корковая глухота, то есть полная утрата слухового восприятия. 52 — это зона, которая отвечает за пространственное восприятие голосов, звуков и речи.
5. В пятую – обонятельную зону входит 11 и 29 поля, которые выделяются в грушевидной извилине. Отвечают за распознавание различных запахов.
6. Шестая зона – вкусовая, включающая в себя 43-е поле.
7. Седьмая зона — речевая, у правшей находится в левом полушарии. Сюда входит 22 поле — речевой центр Вернике, 37 — контролирует произвольную речь и ее понимание, 47 — области пения, 44 и 45 – речевые центры Брокка.
8. 24, 25 и 26 поля Бродмана выполняют задачу распознавания несовпадений и ошибок.

Статья в тему: Пенестер – инструкция по применению, дозировка, состав, форма выпуска, показания и цена

Схема полей Бродмана:

Вторая сигнальная система

Вторая сигнальная система существует исключительно у Homo sapiens, ее возникновение объясняется речевыми способностями и мышлением.

Размещается вторая сигнальная система в ядрах моторного анализатора написанного текста, речедвигательного анализатора, понимания вербальной и невербальной речи. Ядра второй системы раскинулись в задних и центральных областях нижележащей лобной извилины, а также в вышележащей височной борозде и внизу теменной доли.

По ядрам определяется назначение второй сигнальной системы.

Ядро восприятия письменности включает в себя поле 40, оно отвечает за изображение и понимание написанных букв. Контролирует также движения рук, повороты черепа и глаз, тонкую моторику.

Речедвигательная область состоит из поля 44 — это речевой центр Брокка, а также 45, связанное с музыкальным восприятием. Это ядро взаимосвязано с областями движений, так как в речевом процессе играет роль моторика многих мышц языка и рта. Выполняет функции устного воспроизведения звуков, слов и фраз.

Слуховое ядро устной речи состоит из поля 42 и 22, контролирует задачу распознавания и понимания устных звуков речи.

Ядро письменной речи — поле 29, обеспечивает функции анализа, восприятия и понимания написанного текста и чтения.

Источник

Поля Бродмана

Цитоархитектонические поля Бродмана

— это пронумерованные участки, от 1 до 50, представляющие собой разделенные на основании цитоархитектуры или принципов организации клеток, поля коры головного мозга. Существуют также карты коры, построенные с учетом различий в расположении нервных воколон, то есть миелоархитектоники.

Примечания

Смотреть что такое «Поля Бродмана» в других словарях:

Цитоархитектонические поля Бродмана — Боковая поверхность мозга с пронумерованными полями Бродмана … Википедия

БРОДМАНА ПОЛЯ — [по имени нем. психиатра К. Бродмана (K.Brodmann, 1868 1918)] участки коры больших полушарий головного мозга, названные по имени Бродмана, описавшего 52 поля, которые различаются по величине, форме, строению и расположению в них нервных клеток и… … Психомоторика: cловарь-справочник

БРОДМАНА ПОЛЯ — Карта коры головного мозга, созданная на основе архитектурной организации нервных клеток. Каждое из 44 полей Бродмана отличается от других своими гистологическими характеристиками. Необходимо отметить, что выделенные Бродманом поля не всегда… … Толковый словарь по психологии

Поля Цитоархитектонические Бродмана (Brodmann Areas) — пронумерованные участки (от 1 до 50), представляющие собой выделенные по гистологическим признакам поля коры головного мозга. Существуют также карты коры, построенные с учетом различий в расположении нервных воколон, т.е. миелоархитектоники.… … Медицинские термины

КАРТА ЦИТОАРХИТОНИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Боковая поверхность мозга с пронумерованными полями Бродмана. Центральная часть мозга с пронумерованными полями Бродмана. Поля Бродмана
— отделы коры больших полушарий головного мозга, отличающиеся по своей цитоархитектонике (строению на клеточном уровне). Выделяется 52 цитоархитектонических поля Бродмана.

В 1909 году немецкий невролог Корбиниан Бродман опубликовал[1] карты цитоархитектонических полей коры больших полушарий головного мозга. Бродман впервые создал карты коры. Впоследствии О. Фогт и Ц. Фогт (1919—1920 гг.) с учётом волоконного строения описали в коре головного мозга 150 миелоархитектонических участков. В Институте мозга АМН СССР (ныне — Научный центр неврологии РАМН) И. Н. Филимоновым и С.А. Саркисовым были созданы карты коры головного мозга, включающие 47 цитоархитектонических полей[2].

Несмотря на критику[3], поля Бродмана являются самыми известными и наиболее часто цитируемыми при описании нейрональной организации коры головного мозга и её функций.

Отнесение того или иного участка коры к определённому полю основывалось на гистологическом исследовании — окраске по Нисслю. Те или иные поля соответствуют участкам мозга, отвечающим за определённые функции.

А. В. Кэмпбелл предложил разделение полей на первичные, вторичные и третичные. Первичные и вторичные поля (ядерная зона анализатора) получают импульсы непосредственно от таламуса, в то время как третичные — только от первичных и вторичных полей. Первичные поля производят специфический анализ импульсов определенной модальности. Вторичные поля осуществляют взаимодействие различных анализаторных зон. Третичные поля играют определяющую роль в сложных видах психической деятельности — символической, речевой, интеллектуальной.[4]

Карта мозга

Новая структурно-функциональная карта делит кору больших полушарий на 180 участков.

Кора мозга устроена чрезвычайно сложно – разные её участки отличаются друг от друга как по функциям, так и по клеточному устройству. Естественно, тем, кто начал заниматься мозгом, очень скоро понадобилась «карта местности» для мозговой коры, и своеобразным золотым стандартом тут стала система цитоархитектонических полей, опубликованная немецким неврологом Корбинианом Бродманом ещё в 1909 году.

• 1
• 2

Эти поля отличаются по морфологии клеток и по тому, как клетки в них уложены друг относительно друга (то есть по клеточной цитоархитектонике). Поля Бродмана оказались необычайно полезны, но всё же у ни были некоторые существенные минусы.

Во-первых, сам Бродман построил свою карту на материале всего одного мозга, взятого от умершего человека. В дальнейшем строение полей коры уточняли уже на более разнообразном материале, и к чистой морфологическим параметрам добавились функции: за что отвечает один участок, за что другой, и т. д. Однако чем больше нейробиологи узнавали о мозге, тем ясней становилось, что кору полушарий нужно картировать заново, используя несколько признаков одновременно.

За эту работу взялись Мэтью Глассер (Matthew F. Glasser) и его коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Оксфорда, Университета Миннесоты и Университета Неймегена. Они взяли массив данных магнитно-резонансной томографии (МРТ), накопленных в рамках проекта Коннектом Человека (напомним, что цель проекта Коннектом Человека в том, чтобы полностью описать структуру связей в нашем мозге).

Исследователей интересовали результаты структурной МРТ, которая позволяет установить, например, толщину тех или иных участков коры и другие подобные особенности, и функциональной МРТ, с помощью которой можно увидеть функцию той или иной зоны мозга. При этом мозг во время сканирования может отдыхать, и тогда мы различим его базовую функциональную топографию, или же выполнять какое-то задание – и тогда мы увидим, какие участки работают над конкретной процедурой. Для построения новой карты коры использовали данные фМРТ, полученные при выполнении семи заданий, от аудиотестов до математических задач.

Таким образом, алгоритм, который искал в коре функциональные поля, должен был оперировать сразу несколькими параметрами, структурными и функциональными. В итоге удалось обнаружить целых 180 полей в каждом полушарии, 83 из которых ранее уже были описаны в литературе, а вот 97 оказались доселе неизвестными.

Алгоритм работал с результатами МРТ-сканирования 210 добровольцев проекта Коннектом Человека, и сразу же возникал вопрос, удастся ли определить те же зоны у других людей? Не получится ли так, что карта из 180 полей имеет смысл только для тех двух сотен человек, на которых обучали вышеупомянутый алгоритм?

Но когда попытались проанализировать набор МРТ-данных от «посторонних» людей, то у них зоны коры определялись почти так же. Более того, авторы работы также смогли определить индивидуальные отличия между теми или иными участками. (На всякий случай уточним, что индивидуальные отличия не означают, что мозг у одного устроен так, а у другого – иначе, просто зоны могут работать с разной эффективностью и быть в раной степени развитыми; аналогичным образом, если мы видим рядом высокого человека и малорослого, мы не говорим, что у них разный план строения.)

Очевидно, что новая карта (описанная в статье в Nature) пригодится как в фундаментальной науке, так и в медицине. Правда, и у неё тоже есть свои минусы, связанные, в первую очередь, с тем, что у МРТ всё-таки недостаточно высокое пространственное разрешение, то есть кора мозга может на самом деле делиться на ещё большее число полей.

С другой стороны, предстоит ещё выяснить, как устроены новые 180 зон на уровне клеток, синапсов и их молекулярных характеристик. Ну и, наконец, не будем забывать про недавнюю работу, поставившую под вопрос тысячи и тысячи результатов МРТ-сканирования – будем надеяться, что новая карта коры от этого разоблачения не слишком пострадает.

Впервые составлен полный атлас человеческого мозга с клеточным разрешением 1 мкм/пиксель

Несколько изображений из атласа человеческого мозга. Изображение: Allen Institute for Brain Science
Знание детальной анатомической структуры человеческого мозга крайне важно для понимания его функциональности. Существующие справочные атласы не отличаются высоким качеством: у них относительно низкое разрешение или они неполные, или не хватает аннотаций структуры. Долгое время атласы человеческого мозга уступали атласам мозга червей, мух и мышей по качеству, пространственному разрешению и полноте. Это связано с техническими ограничениями из-за огромного размера и сложности человеческого мозга. Что и говорить, если в медицине до сих пор зачастую используются атласы столетней давности.

Хорошо, что в мире остались меценаты, такие как сооснователь Microsoft Пол Аллен. Полмиллиарда долларов, вложенных в научный проект по исследованию человеческого мозга, принесли результат. Учёные из Института Аллена по нейронаукам (Allen Institute for Brain Science) восполнили большой научный пробел — и подготовили самый полный и детальный на сегодняшний день цифровой атлас человеческого мозга. Он составлен путём нейровизуализации, гистологического исследования с высоким разрешением и химиоархитектуры мозга 34-летней женщины (как известно, мозг женщины структурно и функционально не отличается от мужского).

Для составления атласа пришлось задействовать магнитно-резонансную томографию, диффузионно-взвешенную визуализацию (диффузионную МРТ) и 1356 больших анатомических пластин размером с полушарие мозга для иммуногистохимии (ИГХ) и исследования по методу Ниссля с клеточным разрешением, то есть 1 мкм/пиксель.

Ранее в этом году о создании атласа человеческого мозга объявили исследователи Human Connectome Project. Они скомпилировали изображения, полученные методом МРТ у 210 взрослых людей. Но такая картина даже близко не может сравниться с детальным атласом одной женщины на клеточном уровне, который составили в Институте Аллена по нейронаукам.

«Это самый структурно полный атлас на сегодняшний день, и мы надеемся, что он послужит эталонным справочником человеческого мозга в различных научных дисциплинах», — говорит Эд Лейн (Ed Lein), кандидат наук и исследователь Института Аллена по нейронаукам. В будущем этот атлас будет полезен как базовый справочник для наложения других карт человеческого мозга, в том числе функциональных карт или карт клеточного состава отделов мозга. Это своеобразный единый фреймворк для интеграции множества научных исследований, объединения разных типов данных о человеческом мозге.

Создана самая подробная карта нейронных связей в мозге человека

В человеческом мозге насчитывается 86 миллиардов нейронов, сообщающихся между собой посредством сотни триллионов синапсов. Это запутанная сеть нейронных связей, в глубине которой таятся наши сознание, мысли чувства, воспоминания и индивидуальность.

Человеческий мозг сложнее любого существующего на сегодняшний день компьютера. Поэтому визуализация полной структуры всех его связей выглядит, на первый взгляд, совершенно непосильной задачей.

Однако исследователи со всего мира упорно трудятся, буквально собирая по кусочкам небольшие области головного мозга человека. К слову, такая карта нейронных связей называется «коннектомом», а наука, которая занимается «картографией» нервной системы – коннектомика.

В 2021 году исследователи из Google в сотрудничестве с коллегами из Медицинского института Говарда Хьюза создали коннектом мозга плодовой мушки. Звучит как довольно простая задача, однако пока что им удалось «нанести на карту» лишь около половины головного мозга насекомого.

Недавно Google совместно с исследователями из Гарварда выпустил похожую модель человеческого мозга. Точнее, его крохотного участка.

Исследователи использовали для этого образец из височной доли коры головного мозга размером всего в 1 мм3. Его окрасили специальными веществами и нарезали на 5 300 слоёв толщиной около 30 нанометров. Затем каждый из этих слоёв отсканировали с помощью электронного микроскопа.

Так учёные получили 225 миллионов двухмерных изображений, которые затем «сшили» в 3D-модель.

Разные клетки и их структуры внутри образца выявляли с помощью алгоритмов машинного обучения. Исследователи лишь изредка проверяли вручную точность, с которой машины определяли принадлежность разных клеток.

Конечный результат назвали набором данных H01, и он является одной из наиболее полных карт человеческого мозга из когда-либо созданных. Он содержит информацию о 50 000 нервных клеток, 130 миллионах синапсов и, кроме того, визуализирует дополнительные детали: аксоны и дендриты нейронов, миелин и клетки ресничного эпителия.

Самым впечатляющим в этом наборе данных стало то, что он занял целых 1,4 петабайта памяти. Это больше миллиона гигабайтов.

При этом в Google утверждают, что это всего одна миллионная часть полной карты человеческого мозга.

Выходит, что огромную сложность представит не только сама работа по картированию всего этого объёма, но и поиск места для хранения этого невероятного массива информации. К тому же исследователям ещё предстоит найти способ организации полученных данных и обеспечить удобный доступ к ним.

А пока для ознакомления онлайн доступен собранный ныне набор данных H01.

Научная статья, сопровождающая это достижение, была опубликована на сайте препринтов bioRxiv.

Напомним, ранее мы писали о создании карты мозга, показывающей, где в нём «хранятся» отдельные слова (кстати, она тоже доступна онлайн). Также мы сообщали о том, что учёные обнаружили сходство человеческого мозга с пчелиным роем.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Функция и семиотика поражения

7-е цитоархитектоническое поле Бродмана получает информацию из первичной соматосенсорной зоны, располагающейся в постцентральной извилине и представленном полями 3, 1 и 2, а также из зрительной коры затылочных долей. Таким образом в этом поле перекрываются несколько анализаторов. С точки зрения функциональной теории организации коры больших полушарий головного мозга Пенфилда данное поле Бродмана является третичным проекционным полем (ассоциативной зоной в месте перекрывания различных анализаторов, в которой происходит интеграция различных сигналов, формирование соответствующих ощущений, осуществление сложных аналитико-синтетических функций)[2]. В 7-м поле развиты те участки, которые ответственны за получение информации (IV слой) и передачу её в другие отделы коры (III слой — аксоны нервных клеток которого формируют ассоциативные и комиссуральные волокна)[3].

В 5-м и 7-м полях происходит анализ и обработка поступившей в постцентральную извилину информации как о глубокой так и поверхностной чувствительности. Данные поля обеспечивают стереогноз — узнавание предметов наощупь.

Поражение 5-го и 7-го цитоархитектонических полей Бродмана характеризуется возникновением астереогноза

— нарушения способности узнавать предмет наощупь. Человек чётко определяет свойства предмета: «твёрдый» или «мягкий», «холодный» или «тёплый», «гладкий» или «рельефный» и др. При этом он утрачивает способность проанализировать полученную информацию и определить сам предмет[4].

Также при поражении цитоархитектонического поля Бродмана 7 в области правого (недоминантного) полушария возникает аутотопоагнозия — нарушение узнавания собственного тела и его частей. Больному с нарушением схемы тела может казаться, что его конечности или увеличены (макропсия) или уменьшены (микропсия) в размерах, либо изменены не только по величине, но и по форме (метаморфопсии). Одним из вариантов аутотопоагнозии является агнозия пальцев руки. Больные могут путать правую и левую стороны, утверждать, что у них много рук или ног (полимелия). К этой же группе расстройств можно отнести анозогнозию (синдром Антона), когда больной не сознаёт наличия у него дефекта (двигательного, слухового и др.) и/или заболевания. Анозогнозия часто сочетается с аутотопоагнозией и возникает на фоне грубых нарушений проприоцептивной чувствительности[5].