Регулирует процессы сна и бодрствования таламус
Что такое гипоталамус? Приведём пример: у вас урчит в животе. Вы не позавтракали с утра, вас наполняет чувство голода и вы готовы съесть любой продукт, увиденный на прилавке магазина. Вы не можете сконцентрироваться на том, чем занимаетесь, и голова занята только мыслями о еде. Вам настолько некомфортно, что в конце концов вы решаете поесть. Знакомо? За весь этот процесс отвечает гипоталамус. Где находится гипоталамус? Эта небольшая подкорковая структура расположена в центре мозга. Размером всего с горошину, гипоталамус отвечает за такие жизненно важные функции нашего организма, как, например, голод, регулируя гомеостаз. Без гипоталамуса мы бы не знали когда нам нужно поесть и умирали бы с голоду. В этой статье психолог CogniFit («КогниФит»)Давид Асенсио Бенито подробно расскажет об этом важнейшем отделе головного мозга.
Гипоталамус регулирует пищевое поведение через ощущение голода и сытости
Что такое Гипоталамус?
Каково строение гипоталамуса? Гипоталамус – мозговая структура, вместе с таламусом формирующая промежуточный мозг. Он является частью Лимбической Системы и содержит наибольшее разнообразие нейронов во всём головном мозге. Гипоталамус контролирует эндокринную и вегетативную нервную системы организма. Это эндокринная железа, выделяющая гормоны, ответственные за поддержание вида, и регулирующая секрецию гормонов гипофиза. Гипоталамус и гипофиз формируют гипоталамо-гипофизарную систему. Гипоталамус содержит два вида секреторных нейронов: мелкоклеточные (выделяют пептидные гормоны) и крупноклеточные (выделяют нейрогипофизарные гормоны).
Проверьте когнитивные способности вашего мозга с помощью инновационного нейропсихологического теста CogniFit!
Где находится Гипоталамус? Правильное расположение – это важно
Гипоталамус расположен под таламусом (отсюда и его название). Кроме того, он ограничен терминальной пластинкой, маммилярными (сосцевидными) частями, внутренней капсулой мозга и оптической хиазмой. Соединяется с гипофизом через гипофизарный стебель. Такое центральное расположение гипоталамуса в мозге позволяет ему прекрасно коммуницировать, получая информацию (афференции) от различных структур тела, и отправляя информацию (эфференции) другим.
Зачем нужен Гипоталамус? Как он сохраняет нам жизнь
Фукнции гипоталамуса жизненно важны. Он регулирует голод и сытость, поддерживает температуру тела, регулирует сон, отвечает за любовные отношения и агрессию, а также формирует эмоции. Большинство этих функций регулируется посредством взаимодействия гормонов между собой.
- Голод: когда наше тело обнаруживает отсутствие достаточных запасов энергии и нуждается в питании, оно отсылает Грелин (гормон) в гипоталамус, с указанием, что нам пора поесть. Далее гипоталамус выделяет гормон, отвечающий за чувство голода – Нейропептид Y. В приведённом в начале статьи примере гипоталамус выделял большое количество Нейропептида Y, в связи с чем наше чувство голода было очень сильным.
- Сытость: Напротив, когда мы поели достаточно, наше тело должно сообщить мозгу, что мы больше не нуждаемся в питании и нужно прекратить есть. В процессе еды наше тело производит инсулин, который увеличивает производство гормона, называемого лептин. Лептин перемещается по крови до вентромедиального ядра гипоталамуса, и, дойдя до его рецептора, тормозит производство Нейропептида Y. Как только прекращается выделение Нейропептида Y, наступает сытость, и мы больше не испытываем чувство голода.
- Жажда: Как и с голодом, как только наш организм начинает нуждаться в большем количестве воды, гипоталамус высвобождает антидиуретический гормон (или вазопрессин), предотвращающий излишнюю потерю воды и регулирующий приём жидкостей.
- Температура: температура крови, поступающей к гипоталамусу, будет определяющей для того, нуждаемся ли мы в снижении или повышении температуры тела. Если температура слишком высокая, необходимо её понизить, отдав тепло, что приведёт к тому, что передняя доля гипоталамуса (Передний гипоталамус) ингибирует его заднюю долю, запуская ряд процессов, ведущих к понижению температуры (например, потоотделение). Наоборот, если температура тела слишком низкая, нам нужно произвести больше тепла, в связи с чем задний отдел гипоталамуса (Задний Гипоталамус) ингибирует переднюю долю. Таким образом, посредством гипоталамо-гипофизарной оси, выделяются тиреотропный гормон (ТТГ) и адренокортикотропный гормон (АКТГ), способствующие сохранению тепла.
- Сон: Причиной того, что нам так сложно спать с включённым светом, также является гипоталамус. Цикл сна-бодрствования имеет циркадный ритм. Структура, отвечающая за регулирование циркадного цикла, представляет собой группу нейронов среднего гипоталамуса, которая называется супрахиазматическое ядро. Cупрахиазматическое ядро получает информацию от ганглионарных клеток сетчатки посредством ретино-гипоталамического тракта. Именно так сетчатка определяет перемены в освещении и отсылает эту информацию супрахиазматическому ядру. Эта группа нейронов обрабатывает информацию, отправленную шишковидному телу (или эпифизу). Если сетчатка обнаруживает, что освещения нет, шишковидное тело выделяет мелатонин, способствующий засыпанию. Если же сетчатка находит свет, эпифиз сокращает выработку мелатонина, что приводит к бодрствованию.
- Поиск пары и агрессивность: Эти два типа поведения (отличающиеся у людей, но все же связанные с животным миром) регулируются все той же частью гипоталамуса (вентромедиальным ядром). Есть нейроны, которые активируются только при романтических отношениях, а есть и такие, котороые активируются при агрессивном поведении. Однако существуют нейроны, которые приходят в действие в обоих случаях. В этой ситуации миндалина мозга отсылает информацию, связанную с агрессией, в приоптическую область гипоталамуса, чтобы та произвела гормоны, соответствующие данной ситуации.
- Эмоции: Наши эмоции сопровождаются физиологическими изменениями. Вероятнее всего мы испытаем страх, если нам придётся идти ночью по тёмной улице, с которой доносятся странные звуки. Наш организм должен быть готов к любым ситуациям, поэтому гипоталамус отправляет информацию в разные части тела (учащается дыхание, сердечный ритм, сужаются кровеносные сосуды, расширяются зрачки и напрягаются мышцы). Так мы можем заметить любую угрозу, убежать или защититься при необходимости. Таким образом, гипоталамус отвечает за физиологические изменения, связанные с эмоциями.
Хотите проверить свои эмоции? Пройдите нейропсихологический тест CogniFit («КогниФит») на депрессию! Начните прямо сейчас!
Как связаны Гипоталамус и любовь?
Эмоции управляются Лимбической Системой. Гипоталамус является частью этой системы и ответственен за донесение всему телу информации о том, какая эмоция у нас сейчас преобладает. Несмотря на то, что наши чувства сложно понять, известно, что именно гипоталамус отвечает за чувство любви. Гипоталамус производит фенилэтиламин – нейротрансмиттер, схожий по действию с амфетаминами, что объясняет приятные и эйфоричные ощущения при влюблённости. Кроме того, происходит выброс адреналина и норадреналина, что приводит к увеличению сердечного ритма, усиливается поступление кислорода и повышается кровяное давление (вызывая ощущения, известные как “бабочки в животе”). С другой стороны, мозг производит дофамин, который позволяет нам быть внимательными к человеку, вызвавшему наши чувства, и серотонин, влияющий на наше настроение. Поэтому если мы хотим объяснить почему так важен гипоталамус, достаточно просто сказать, что без него мы не способны влюбляться!
Как связаны Гипоталамус и Гипофиз?
Гипоталамус регулирует секрецию гормонов гипофиза (или питуитарной железы), с которым связан посредством воронки. Гипофиз также является эндокринной железой и расположен под гипоталамусом, защищённый с помощью турецкого седла (костное образование нашего черепа, напоминающее по форме седло). Его функция заключается в направлении в кровь гормонов, которые, как определяет гипоталамус, необходимы нашему телу для регулирования гомеостаза, другими словами, для восстановления равновесия организма и саморегуляции температуры нашего тела. Гипоталамус и гипофиз так тесно связаны, что формируют гипоталамо-гипофизарную систему. Друг без друга они бы не могли полноценно функционировать. Другими словами, гипофиз помогает гипоталамусу распространять своё влияние по всему телу, задействуя железы, недоступные гипоталамусу.
Что происходит при дисфункции Гипоталамуса? Болезни и поражения
Учитывая важность гипоталамуса, повреждение любого из его ядер может привести к летальному исходу. Например, при поражении центра насыщения (в связи с чем мы становимся неспособными испытывать чувство сытости), мы начнем испытывать постоянный голод и есть без остановки, со всеми вытекающими осложнениями для нашего здоровья. Наиболее часто встречающиеся патологии:
- Синдром несахарного диабета: вызван дисфункциями супраоптического, паравентрикулярного ядер и супраоптикогипофизарного тракта. При этом синдроме из-за пониженного производства АДГ происходит увеличение потребления жидкости, сопровождающееся обильным мочеиспусканием (полиурия).
- Травма каудолатеральной части гипоталамуса: при повреждении этого участка гипоталамуса снижаются как симпатические функции, так и температура тела.
- Нарушения ростромедиального отдела гипоталамуса: при поверждении этой области гипоталамуса снижаются парасимпатические функции, однако температура тела увеличивается.
- Синдром Корсакова: при повреждении сосцевидных ядер (тесно связанных с гиппокампом и, соответственно, с памятью) происходит так называемая антероградная амнезия, другими словами, нарушение памяти о событиях, неспособность запоминать новые события. Люди с таким синдромом склоны заполнять “пробелы” в своей памяти вымышленными ситуациями (тем самым компенсируя забытые воспоминания, без намерения обмануть), то есть событиями, которые не имели место в их жизни или не соответствуют действительности. Несмотря на то, что это нарушение в основном связано с хроническим алкоголизмом, оно также может быть вызвано дисфункциями маммилярных отростков и их соединений (как, например, гиппокамп или медиодорсальное ядро таламуса).
Подробнее о…
Какие гормоны вырабатывает Гипоталамус?
Принцип работы гипоталамуса основан на производстве гормонов. Поэтому важно знать какие виды гормонов он выделяет:
- Нейрогормоны: антидиуретический гормон (АДГ) и Окситоцин.
- Гипоталамические факторы: Ангиотензин II (AII), пролактин-ингибирующий фактор (ПИФ), соматотропин-ингибирующий фактор (СИФ или соматостатин), гормон, высвобождающий адренокортикотропный гормон или кортикотропин (КРГ), гонадотропин-высвобождающий гормон (ГНРГ), тиротропин-высвобождающий гормон (ТРГ) и соматропин-высвобождающий гормон (“гормон роста” или соматокринин).
Ядра Гипоталамуса и их функции
Из каких ядер состоит Гипоталамус и для чего они предназначены? Как мы уже рассмотрели ранее, гипоталамус состоит из большого числа ядер (групп нейронов), и каждое из них выполняет ту или иную фукнцию. Основные ядра:
- Аркуатное ядро: несёт эмоциональную функцию гипоталамуса. Кроме того, выполняет важнейшую эндокринную функцию, синтезируя гипоталамические пептиды и нейротрансмиттеры. Отвечает за производство гонадотропин-высвобождающего гормона (ГНРГ), также известного, как как лютеинизирующий гормон (люлиберин).
- Переднее гипоталамическое ядро: отвечает за потерю тепла через потоотделение. Также ответственно за ингибирование высвобождения тиротропина в гипофизе.
- Заднее гипоталамическое ядро: его функцией является удерживание тепла когда нам холодно.
- Боковые ядра: регулируют ощущения голода и жажды. Когда обнаруживается дефицит сахара или воды, пытаются восстановить баланс, побуждая нас принять пищу или воду.
- Сосцевидное ядро: тесно связан с гиппокампом и памятью.
- Паравентрикулярное ядро: регулирует секрецию гипофиза посредством синтеза гормонов, таких как окситоцин, вазопрессин и гормон, высвобождающий адренокортикотропин (КРГ).
- Преоптическое ядро: влияет на парасимпатические функции, такие как приём пищи, движение и романтические отношения.
- Супраоптическое ядро: отвечает за регулирование кровяного давления и баланс жидкостей в организме посредством производства антидиуретического гормона (АДГ).
- Супрахиазматическое ядро: регулирует Циркадные Ритмы и отвечает за флуктуацию гормонов, задействованных в этом процессе.
- Вентромедиальное ядро: регулирует ощущение сытости.
Как гипоталамус получает информацию? Куда он её отсылает?
Гипоталамус, благодаря своему привилегированному положению в мозге, обладает огромным количеством связей. С одной стороны, он получает информацию (афференции) от других структур, а с другой, сам отправляет информацию (эфференции) другим частям мозга.
- Aфференции:
- Ретикулярные афференции от ствола мозга: от ствола мозга к боковому сосцевидному ядру.
- Средний прозэнцефалический пучок: от обонятельной области, септальных ядер и области, окружающей миндалину, к боковой преоптической зоне и боковой части гипоталамуса.
- Миндально-таламические волокна: идут от миндадины, с одной стороны, к среднему преоптическому ядру, переднему, ветромедиальному и дугообразному ядру гипоталамуса. С другой стороны, миндалина соединена с боковым ядром гипоталамуса.
- Гиппокампо-таламические волокна: ведут от гиппокампа к перегородке мозга и сосцевидным ядрам.
- Предспаечные волокна свода мозга: соединяют с дорсальной частью гипоталамуса, септальными ядрами и боковым преоптическим ядром.
- Постспаечные волокна свода мозга: несут информацию среднему сосцевидному ядру.
- Ретино-гипоталамические волокна: собирают информацию об освещении, которую они получают от ганглионарных клеток и отправляют её в супрахиазматическое ядро для регулирования циркадного цикла.
- Корковые проекции: получают информацию от коры головного мозга (например, от грушевидной доли) и отсылают её в гипоталамус.
- Эфференции:
- Дорсальный продольный пучок: от средней и перивентрикулярной области гипоталамуса к периакведуктальному мезенцефалическому серому веществу.
- Чувствительные сосцевидные волокна: от среднего сосцевидного ядра и, с одной стороны, к передним таламическим ядрам, а с другой, к среднему мозгу, к вентральным и дорсальным теменным ядрам.
- Супраоптический гипофизарный тяж: от супраоптических и паравентрикулярных ядер к задней доле гипофиза.
- Тубергипофизарный тяж: от дугообразного ядра к воронкообразному стволу и срединному бугру.
- Нисходящие проекции ствола мозга и спинного мозга: от паравентрикулярного ядра, боковой и задней области, к одиночному, двойному, дорсальному ядрам блуждающего нерва (Х пара черепных нервов) и вентролатеральным областям продолговатого мозга (медуллы).
- Эфферентные проекции супрахиазматическое ядра: главная эфференция супрахиазматического ядра соединяется с шишковидным телом.
Перевела с испанского Анна Иноземцева
Источник
Сомнология — наука о сне.
Её девизом можно считать слова крупнейшего сомнолога ХХ века Мишеля Жуве: «Кто познает тайну сна, познает тайну мозга».
Сон — физиологическое состояние организма, при котором снижается мозговая активность и способность воспринимать внешние раздражители.
Сон — регулярная физиологическая потребность организма. В состоянии сна человек проводит одну треть своей жизни.
Лишение сна переносится организмом тяжелее, чем лишение пищи.
Фатальная семейная бессонница
Фатальная семейная бессонница — наследственное заболевание прионной природы.
Известно порядка 40 семей, поражённых этой болезнью.
В 1979 году зафиксирована гибель от бессонницы членов одной итальянской семьи на протяжении нескольких поколений.
При наблюдении за развитием болезни и исследовании мозга удалось выявить причину заболевания. Болезнь возникает в результате генной мутации в 20-й хромосоме: белковая молекула превращается в прион. Под действием приона другие, нормальные белковые молекулы тоже становятся прионами.
Болезнь начинается в возрасте от 30 до 60 лет, и человек, не зная о ней, успевает передать мутацию потомству.
Симптомы развиваются на протяжении трех лет: прогрессирующая бессонница, панические атаки, галлюцинации. На последней стадии человек не способен спать, перестаёт говорить и не реагирует на окружающее. Болезнь всегда заканчивается смертью.
Сон является биологической адаптацией к суточным ритмам:
снижение активности в период наименьшей доступности пищи;
снижение активности в связи с резкими изменениями условий среды (ночное похолодание и т.п.);
снижение активности во время максимальной опасности со стороны хищников;
снижение ежедневных энергетических затрат.
Физиологические особенности состояния сна:
отсутствие реакций на внешние раздражители;
торможение условных рефлексов;
уменьшение частоты и силы сердечных сокращений;
снижение артериального давления;
уменьшение частоты и глубины дыхания;
снижение скорости обмена веществ;
понижение температуры тела;
снижение активности пищеварительной и мочевыделительной системы;
снижение мышечного тонуса.
Механизмы сна
Механизмы сна до сих пор до конца не раскрыты.
Определенно известно, что сон, как и остальные физиологические процессы, подчиняется нейрогуморальной регуляции.
На данный момент существует несколько теорий физиологии сна, которые можно разделить на две группы:
Гуморальные теории объясняют сон накоплением биологически активных веществ, запускающих процессы торможения в ЦНС.
Нервные теории объясняют сон особенностями функционирования и взаимного влияния корковых и подкорковых структур больших полушарий головного мозга.
Теория гипнотоксинов («ядов сна»)
Согласно этой теории, сон является следствием самоотравления мозга продуктами обмена веществ, которые накапливаются при бодрствовании (молочная кислота, углекислота, аммиак и др.).
В организме выявлено несколько веществ, способствующих наступлению сна (гипногенные факторы), например, серотонин и образующийся из него мелатонин (гормон эпифиза). Однако, эти вещества могут вызвать сон лишь при определенных условиях, в частности при изменении белкового обмена в центральной нервной системе.
Доказательства теории:
В эксперименте бодрствующей собаке переливали кровь животного, лишенного сна в течение суток. Животное-реципиент немедленно засыпало.
Экстракты мозга спящих и находящихся в зимней спячке животных вызывают у кошек и собак длительное сонное состояние.
Французский ученый М. Монье в 1965 году проводил исследования перекрестного кровообращения двух кроликов. Кровь от мозга одного кролика попадала в туловище другого и наоборот. Если у одного из кроликов раздражали участки мозга, вызывающие сон, то второй кролик тоже засыпал. Подобный эффект можно объяснить переносом гипногенных веществ, активно синтезирующихся и накапливающихся в состоянии сна.
Опровержение:
Гипногенные факторы не могут служить единственной причиной возникновения сна. Об этом свидетельствуют наблюдения за поведением двух пар сиамских близнецов. У них разделение нервной системы произошло полностью, а системы кровообращения имели множество анастомозов (слияний). Эти близнецы могли спать в разное время: одна девочка, например, могла спать, а другая бодрствовала.
Кортикальная теория сна И. П. Павлова
В лабораторных опытах И. П. Павлов доказал, что развитие естественного физиологического сна связано с деятельностью нейронов коры больших полушарий.
В работающих нейронах коры головного мозга постепенно развивается утомление.
Утомление — временное снижение физиологической активности.
Утомление стимулирует тормозные процессы, способствующие восстановлению нервных клеток.
Торможение возникает в ограниченной группе клеток коры головного мозга и постепенно распространяется (иррадиирует) на всю кору, подкорковые центры, промежуточный и средний мозг. Человек засыпает.
КОРКОВО-ПОДКОРКОВАЯ ТЕОРИЯ П. К. АНОХИНА
В гипоталамусе находятся центры сна. Активация центров сна вызывает засыпание организма.
В стволе мозга расположена ретикулярная формация, которая передает в кору больших полушарий информацию о внешних сигналах. Когда возбуждение, распространяющееся по всей коре, доходит до лобных долей, они посылают нервные импульсы, тормозящие деятельность гипоталамических центров сна. Получается система отрицательных обратных связей.
Если ретикулярная формация не приносит импульсы от органов чувств, возбуждение по коре не распространяется, лобные доли не оказывают тормозного влияния на центры сна в гипоталамусе. Вместе с тем центры сна, которые при этих условиях находятся в активном состоянии, оказывают тормозное действие на нейроны ретикулярной формации ствола мозга. Поступление сигналов из окружающей среды не происходит, и человек засыпает.
Рис. Теория сна П. К. Анохина
У новорожденных лобная доля менее активна, чем у взрослых людей. Поэтому, обычно большую часть времени новорожденные спят и просыпаются только при возбуждении центра голода и т. п.
При напряженной умственной работе перед сном возникает бессонница, т.к. перевозбуждается кора больших полушарий. При этом усиливаются тормозные влияния нейронов лобной коры на гипоталамические центры сна, и подавляется механизм их блокирующего действия на ретикулярную формацию ствола мозга.
Доказательства:
При поражениях подкорковых и стволовых образований мозга, у больных отмечаются различные нарушения сна.
Раздражение гипоталамуса приводит к засыпанию животных. При снятии раздражителя животные просыпаются. Это указывает на наличие в гипоталамусе центров сна.
Наблюдения за больными, у которых отсутствовали почти все виды чувствительности, показали, что такие люди впадают в состояние сна, как только прерывается поток информации от действующих органов чувств. Например, у одной больной из всех органов чувств была сохранена чувствительность на небольшом участке правой руки. Женщина практически все время спала, просыпаясь только при тактильных сигналах.
Электрическая активность коры больших полушарий
Установлено, что нервные клетки коры головного мозга во время сна находятся не в состоянии покоя, а в состоянии ритмической активности. Во время сна изменяется активность нейронов коры головного мозга: нейроны » отключаются» от внешних раздражений, что создает лучшие условия для переработки информации, поступившей к ним во время бодрствования.
Для изучения изменения электрической активности нейронов коры головного мозга применяют метод электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Интересно, что при решении задач, требующих максимального сосредоточенного внимания, у неронов лобной доли фиксируется гамма-ритм. Существуют теории, связывающие гамма-ритм с работой сознания.
Рис. Гамма-ритм
Фазы сна
Весь период сна делится на 5 стадий.
1 — 4 стадии: фаза медленного (ортодоксального) сна;
5 стадия: фаза бистрого (парадоксального) сна.
Медленный и быстрый сон в течение ночи 6 — 7 раз сменяют друг друга.
Рис. Фазы сна
Особенности быстрого и медленного сна
| МЕДЛЕННЫЙ СОН | БЫСТРЫЙ СОН |
|---|---|
снижение частоты пульса понижение артериального давления медленное и глубокое дыхание | неритмичный и частый пульс повышение артериального давления частое нерегулярное дыхание усиление гормональной активности полное расслабление скелетных мышц активное движение глазных яблок |
Человек, проснувшись в фазу медленного сна, как правило не помнит сновидений.
Если разбудить человека в фазу быстрого сна, то он в 90 % случаев сообщает о сновидениях.
Если человека во время сна избирательно лишать только парадоксальной фазы сна, например, будить его, как только он переходит в эту фазу, то это приводит к существенным нарушениям психической деятельности.
Парадоксальный сон
В состоянии быстрого сна в мозг не поступает информация от органов чувств и не подается информация на мышечную систему, однако клетки мозга проявляют повышенную активность. Получается не сон и не бодрствование, а особое состояние организма, характеризующееся действительно парадоксальным сочетанием признаков: внешнего покоя с чрезвычайно высокой мозговой активностью и переживанием сновидений — как бы активное бодрствование, направленное внутрь.
Предположительно, в этом состоянии интенсивно перерабатывается та информация, которая была получена и сохранена в памяти в период предшествующего бодрствования.
Характерной чертой быстрого сна является возникновение быстрых движений глаз. Одновременно с этим наблюдается максимальное снижение тонуса скелетных мышц.
Феномен демонстрации переживаемых сновидений
М. Жуве и Э. Моррисон обнаружили феномен демонстрации переживаемых сновидений кошками: после разрушения одного маленького участка в задней части мозга, снимающего двигательное торможение в состоянии парадоксального сна, можно по характеру движений вполне представить себе, что именно кошка «видит» и что она «делает» во сне (охотится за мышью, убегает от собаки, дерется с соперниками и т.п.).
В эволюции четко обозначены три различных формы деятельности мозга: бодрствование, медленный сон и быстрый сон.
Парадоксальный сон является поздним приобретением в эволюции животных: он начинает слабо проявляться у птиц и активно проявляется у млекопитающих. Длительность парадоксального сна зависит от уровня организации животного.
Источник
