Apa fungsi diencephalon pada mamalia? Sistem saraf mamalia. Teori media transisi

Ahli paleontologi Amerika menggunakan komputer Tomografi sinar-X mempelajari endocast (rongga otak) dari dua bentuk mamalia Jurassic Awal - hewan peralihan antara mamalia reptil cynodont dan mamalia pertama. Penelitian menunjukkan bahwa perkembangan mamalia dibarengi dengan peningkatan otak yang signifikan, yang terjadi dalam tiga tahap. Pada tahap pertama, bagian otak yang bertanggung jawab atas fungsi penciuman dan sensorimotor (sentuhan dan koordinasi gerakan) meningkat; dua tahap berikutnya mencerminkan peningkatan lebih lanjut pada indra penciuman.

Sejarah evolusi vertebrata darat (tetrapoda) dimulai dengan fakta bahwa pada akhir periode Devonian (380–360 juta tahun yang lalu), salah satu kelompok ikan purba bersirip lobus memunculkan amfibi pertama. Pada periode Karbon berikutnya, amfibi memunculkan reptil, yang segera terbagi menjadi beberapa garis evolusi. Peran paling penting dua di antaranya berperan dalam sejarah fauna darat selanjutnya: diapsid (lihat juga Diapsid) dan sinapsida (lihat juga Synapsid). Reptil diapsid dibagi menjadi archosaurus (yang meliputi, khususnya, dinosaurus dan burung keturunannya) dan lepidosaurus (kadal, ular, dan lainnya). Reptil sinapsida berjumlah banyak dan beragam pada periode Permian dan Trias, tetapi kemudian punah secara bertahap, kecuali satu kelompok yang memunculkan mamalia.

Transisi evolusioner dari reptil sinapsida ke mamalia berlangsung lama dan bertahap; itu telah dipelajari dengan sangat rinci (lihat: mamaliaisasi theriodont). Penemuan fosil hewan tertua yang tanpa syarat oleh para ahli paleontologi dianggap sebagai “mamalia sejati” berumur Trias Akhir (lebih dari 200 juta tahun yang lalu). Nenek moyang langsung mamalia pertama termasuk dalam kelompok “mamaliaforms”, yang, pada gilirannya, mewakili salah satu cabang cynodont. Cynodont adalah salah satu kelompok theriodont, atau kadal bergigi binatang, dan theriodont adalah salah satu cabang evolusi sinapsida.

Ahli paleontologi telah merekonstruksi secara rinci tahapan utama transformasi evolusioner gigi dan kerangka theriodont saat mereka “dimamaliakan” - sebuah gerakan evolusi bertahap menuju mamalia. Sedikit sekali yang diketahui tentang evolusi otak. Sementara itu, jelaslah bahwa perkembangan otak yang progresiflah yang sangat menentukan keberhasilan evolusi mamalia.

Otak mamalia sangat berbeda dengan otak reptil, termasuk cynodont, tidak hanya dalam ukurannya, tetapi juga dalam strukturnya. Secara khusus, mamalia mengembangkan apa yang disebut "korteks baru" - neokorteks (lihat juga Neokorteks), yang bertanggung jawab atas fungsi sensorimotor, umbi penciuman dan bagian korteks yang berhubungan dengan penciuman, serta otak kecil, meningkat tajam. Namun hingga saat ini sangat sedikit yang diketahui tentang kapan dan dalam urutan apa perubahan-perubahan ini terjadi selama pembentukan evolusioner mamalia.

Studi tentang otak mamalia dan mamalia pertama menjadi sulit, pertama, karena jarangnya penemuan tengkorak yang terpelihara dengan baik, dan kedua, karena mempelajari endocast (cetakan rongga otak, dari mana seseorang dapat menilai ukuran dan bentuk otak), biasanya tengkorak diperlukan untuk dihancurkan.

Sebuah artikel oleh ahli paleontologi Amerika yang diterbitkan dalam jurnal edisi terbaru Sains, sebagian besar mengisi kesenjangan yang mengganggu ini. Dengan menggunakan tomografi sinar-X terkomputasi, penulis dapat, tanpa merusak tengkorak yang berharga, memperoleh gambar tiga dimensi yang terperinci dari endocast dua mamalia yang hidup pada awal Jurassic Awal (200–190 juta tahun yang lalu) di tempat yang sama. sekarang Tiongkok.

Bentuk mamalia dipelajari Morganucodon oehleri Dan Hadrocodium wui- kerabat terdekat mamalia “asli” pertama. Dilihat dari struktur kerangkanya, mereka mewakili bentuk peralihan klasik antara “yang masih reptil” dan “yang sudah menjadi mamalia”. Di mana Morganukodon berdiri lebih dekat dengan cynodont "basal" (primitif), dan Hadrokodium datang sedekat mungkin dengan mamalia sambil tetap berada di luar kelompok secara formal. Studi menunjukkan bahwa dalam hal struktur otak, hewan-hewan ini juga menempati posisi perantara antara cynodont khas dan keturunannya - mamalia.

Endocast dari cynodont basal telah dipelajari sebelumnya Thrinaxodon Dan Diademodon. Ternyata ukuran dan struktur otak mereka masih cukup “reptil”.

Ukuran relatif otak pada vertebrata diperkirakan menggunakan “koefisien ensefalisasi” (EQ), yang dihitung menggunakan rumus empiris EQ = EV/(0,055 0,74), dengan EV adalah volume rongga otak dalam mililiter, Wt adalah berat badan dalam gram. Pada cynodont basal, EQ bervariasi dari 0,16 hingga 0,23. Bola penciuman mereka kecil, dan tidak ada turbinat yang mengeras di hidung, yang menunjukkan buruknya perkembangan epitel penciuman. Otak depannya kecil dan sempit, tidak terbagi menjadi beberapa bagian, tanpa tanda-tanda adanya neokorteks. Otak tengah dan kelenjar pineal (“mata parietal”) tidak ditutupi dari atas oleh belahan otak depan. Otak kecil lebih lebar dari otak depan, sumsum tulang belakang tipis. Ciri-ciri ini dan ciri-ciri “reptil” lainnya pada otak dan tengkorak cynodont menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan mamalia, mereka memiliki indra penciuman yang lemah dan penglihatan, pendengaran, sentuhan, dan koordinasi gerakan yang kurang sempurna.

Otak Morganukodon, ternyata, jauh lebih mirip dengan otak mamalia. Volumenya satu setengah kali lebih besar daripada otak cynodont basal (EQ = 0,32). Bulbus olfaktorius dan korteks olfaktorius mengalami peningkatan paling besar. Ini jelas menunjukkan indera penciuman yang berkembang. Belahan otak depan menjadi cembung karena perkembangan neokorteks; mereka menutupi otak tengah dan kelenjar pineal jika dilihat dari atas, seperti pada mamalia. Otak depan Morganukodon lebih lebar dari otak kecil, meskipun otak kecil juga tumbuh secara nyata dibandingkan dengan cynodont basal.

Pembesaran otak kecil menunjukkan peningkatan koordinasi gerakan. Hal ini juga ditunjukkan dengan sumsum tulang belakang yang lebih tebal dibandingkan dengan cynodont basal.

Perkembangan neokorteks pada mamalia purba terutama dikaitkan dengan peningkatan fungsi somatosensori (lihat Sistem Somatosensori). Bagian penting dari neokorteks pada mamalia primitif seperti opossum adalah korteks somatosensori, yang bertanggung jawab untuk mengumpulkan dan menganalisis sinyal yang berasal dari berbagai mekanoreseptor yang tersebar di seluruh tubuh. Terutama banyak dari reseptor ini terbatas pada folikel rambut.

Menurut banyak ahli paleontologi, rambut pertama kali melakukan fungsi taktil (taktil), dan kemudian mulai digunakan untuk termoregulasi, ketika homeotermi (berdarah panas) mulai berkembang pada nenek moyang mamalia. kamu Morganukodon Dan Hadrokodium saldo yang dapat diandalkan garis rambut belum ditemukan, namun kerabat dekat mereka adalah mamalia mirip berang-berang Castorocauda- ditutupi dengan bulu tebal, yang, seperti hewan modern, terdiri dari rambut aksial dan lapisan bawah (lihat: Kerangka unggas air yang menakjubkan ditemukan di endapan Jurassic di Cina, “Elements”, 12/03/2006). Hal ini menunjukkan bahwa Morganukodon Dan Hadrokodium juga ditutupi dengan bulu. Menurut penulis, kemunculan neokorteks pada mamalia berhubungan erat dengan perkembangan rambut dan sentuhan.

Otak Morganukodon, perwakilan dasar bentuk mamalia, menggambarkan tahap pertama evolusi otak progresif selama perkembangan mamalia. Pada tahap ini, pembesaran otak disebabkan oleh perkembangan indera penciuman, sentuhan dan koordinasi gerak. Perubahan struktur bagian dalam telinga juga menunjukkan kemungkinan peningkatan pendengaran.

Hadrokodium, anggota lanjutan dari bentuk mamalia dan kerabat terdekat mamalia “sejati”, menggambarkan tahap kedua perkembangan otak. Koefisien ensefalisasi Hadrokodium sama dengan 0,5, artinya, otak telah meningkat satu setengah kali lipat dibandingkan dengan Morganukodon dan mencapai ukuran karakteristik beberapa mamalia sejati. Otak tumbuh terutama karena bulbus olfaktorius dan korteks penciuman. Jadi, tahap kedua dari evolusi progresif otak juga dikaitkan dengan perkembangan penciuman.

Tulang telinga tengah (martil dan inkus) Hadrokodium dipisahkan dari rahang bawah, yang merupakan salah satu ciri pengenal utama mamalia. kamu Morganukodon seperti semua reptil lainnya, tulang-tulang ini adalah bagian dari rahang bawah (lihat: Penemuan paleontologis baru menyoroti evolusi awal mamalia, “Elemen”, 17/03/2007). Namun para penulis percaya bahwa pemisahan maleus dan inkus dari mandibula tidak mungkin dikaitkan dengan peningkatan pendengaran yang radikal, karena struktur telinga bagian dalam pada Hadrokodium sama dengan Morganukodon. Para penulis juga mengisyaratkan, dengan mengutip data dari perkembangan embrio opossum, bahwa perubahan penting pada tengkorak ini mungkin saja merupakan efek samping dari pertumbuhan korteks otak depan penciuman.

Tahap ketiga evolusi otak progresif berhubungan dengan transisi dari bentuk mamalia yang lebih tinggi, seperti Hadrokodium, untuk mamalia asli. Pada tahap ini, indera penciuman menjadi lebih halus, terbukti dengan perubahan spesifik pada tulang ethmoid: concha hidung terbentuk di atasnya, menopang perluasan epitel penciuman.

Bukti baru menunjukkan bahwa kebutuhan akan akal sehat kemungkinan besar merupakan pendorong utama perkembangan otak pada masa kemunculan mamalia. Mamalia diketahui memiliki indera penciuman yang jauh lebih berkembang dibandingkan semua vertebrata darat lainnya. Kemungkinan besar, hal ini awalnya dikaitkan dengan adaptasi terhadap gaya hidup nokturnal (lihat: Penglihatan penciuman dan warna berkembang dalam antifase dalam evolusi mamalia, “Elemen,” 18/06/2008). Pada akhir Trias - awal Jurassic, sinapsida akhirnya kalah dalam persaingan memperebutkan ceruk "siang hari" dari diapsida, dan hanya mereka yang berhasil "pergi ke malam hari" yang berhasil bertahan, mengembangkan rasa yang sempurna. bau untuk orientasi dalam gelap.

• 1 Otak depan mencapai ukuran yang sangat besar, menutupi bagian otak lainnya. Peningkatannya terjadi karena kulit kayu ( neokorteks), yang menjadi pusat utama yang lebih tinggi aktivitas saraf(tipe otak mamalia). Area korteks mungkin halus, tetapi pada area yang paling terorganisir, area tersebut meningkat karena pembentukan konvolusi dan alur. Di depan belahan otak, sebagian besar mamalia (kecuali cetacea, primata, dan termasuk manusia) memiliki lobus penciuman yang besar, yang dikaitkan dengan pentingnya penciuman dalam kehidupan hewan. Di belahan otak, 4 hingga 5 lobus dibedakan, berdasarkan topografi alur dan konvolusi tertentu. Berbagai area di korteks serebral merupakan area khusus untuk memproses informasi yang berasal dari indera. Selain itu, terdapat zona asosiatif korteks yang tidak terkait dengan penganalisis tertentu. Mereka mewakili suprastruktur di seluruh area korteks, menyediakan proses berpikir dan penyimpanan memori spesifik dan individu.
• 2 Diencephalon, seperti pada vertebrata lainnya, dibentuk oleh epithalamus, thalamus dan hipotalamus, yang tersembunyi oleh belahan otak depan. Di sisi punggungnya terdapat epifisis, dan di sisi perut terdapat kelenjar pituitari.

Perkembangan neokorteks pada mamalia menyebabkan peningkatan tajam talamus. Ini berisi 40 inti, di mana jalur menaik dialihkan ke neuron terakhir, yang aksonnya mencapai korteks serebral, tempat informasi dari semua sistem sensorik diproses. Hipotalamus merupakan pusat tertinggi pengaturan fungsi endokrin tubuh. Selain itu, ini adalah pusat simpatik dan tertinggi divisi parasimpatis sistem saraf otonom. Epithalamus berfungsi sebagai pengatur neurohumoral aktivitas harian dan musiman serta pubertas pada hewan.

• 3 Otak tengah ditutupi oleh belahan otak depan, berukuran relatif kecil dan tidak diwakili oleh colliculus, tetapi oleh quadrigeminal, yang tuberkel anteriornya berhubungan dengan penganalisa visual, dan yang depan - dengan pendengaran.
• 4 Otak kecil sangat berkembang dan memiliki lebih banyak struktur yang kompleks; terdiri dari bagian tengah - vermis dengan alur melintang dan belahan berpasangan. Perkembangan otak kecil memungkinkan terjadinya bentuk koordinasi motorik yang kompleks.
• 5 Medula oblongata sebagian ditutupi oleh otak kecil. Ini berbeda dari perwakilan kelas lain karena aliran ventrikel keempat memisahkan kumpulan serabut saraf memanjang - tangkai posterior otak kecil, dan di permukaan bawah ada punggung memanjang - piramida.

Terdapat 12 pasang saraf kranial yang muncul dari batang otak.

Mamalia adalah kelas vertebrata yang paling terorganisir dengan sistem saraf pusat yang sangat berkembang. Karena ini reaksi adaptif mamalia terhadap kondisi lingkungan yang kompleks dan sangat sempurna.

Otak depan (otak ujung) berukuran besar, jauh lebih besar daripada seluruh bagian otak lainnya. Belahannya tumbuh ke segala arah, bersembunyi diensefalon. Otak tengah terlihat dari luar hanya pada aplasenta dan plasenta bawah, dan pada hewan berkuku, karnivora, cetacea, dan primata, otak tersebut ditutupi oleh bagian posterior belahan otak. Pada antropoid dan manusia, lobus oksipital otak depan juga didorong ke otak kecil.

Jika pada awalnya, dalam perjalanan evolusi, sebagian besar telencephalon terdiri dari lobus olfaktorius, maka pada mamalia hanya lobus olfaktorius yang lebih rendah yang mengembangkan lobus olfaktorius, dan pada lobus olfaktorius yang lebih tinggi, lobus olfaktorius berbentuk pelengkap kecil, terbagi menjadi bulbus olfaktorius dan saluran penciuman.

Peningkatan ukuran relatif otak depan mamalia terutama disebabkan oleh pertumbuhan atapnya, dan bukan striatum, seperti pada burung. Kubah meduler (atap) terbentuk materi abu-abu, disebut kulit kayu. Yang terakhir merupakan kompleks yang terdiri dari jubah kuno (paleopalium), jubah lama (archipallium) dan jubah baru (neopalium). Jubah baru menempati posisi tengah, terletak di antara jubah lama dan kuno. Mantel tua, atau korteks tua, terletak di medial dan dulu disebut hipokampus atau tanduk Amon. Jubah kuno, atau kulit kayu kuno, menempati posisi menyamping.

Beras. 10. Otak kelinci.

saya – tampilan atas.
II – tampilan bawah.
III – tampak samping.
IV – bagian memanjang.

1 – belahan otak; 2 - lobus penciuman; 3 – saraf optik; 4 - kelenjar pineal; 5 – otak tengah; 6 – otak kecil; 7 – medula oblongata; 8 – kelenjar pituitari; 9 - pon; 10 – corong otak; 11 – korpus kalosum.

Jubah baru biasanya disebut neokorteks (korteks baru) dan dari sinilah sebagian besar belahan otak depan tersusun. Dalam hal ini, permukaan belahan bisa halus (lisencephalic) atau terlipat (dengan alur dan konvolusi). Selain itu, terlepas dari ini, 4 hingga 5 lobus dibedakan di belahan bumi. Prinsip pembagian otak depan menjadi lobus didasarkan pada topografi alur dan lilitan tertentu. Pembagian menjadi lobus di otak lisencephalic (halus) bersifat kondisional. Biasanya terdapat lobus parietal, temporal, oksipital dan frontal, dan pada primata tingkat tinggi dan manusia juga terdapat lobus kelima yang disebut insula. Ini terbentuk pada periode embrionik karena pertumbuhan lobus temporal ke sisi ventral belahan otak.

Mengambil otak lisencephalic sebagai tipe awal belahan otak, ada tiga varian pengembangan pola alur: longitudinal, arkuata, dan "tipe primata". Pada tipe primata, alur di lobus frontal diarahkan ke rostral, dan di lobus temporal - ke ventro-dors.

Letak sulkus dan girus dapat dipengaruhi secara signifikan oleh bentuk otak. Pada sebagian besar mamalia, otak memanjang ke arah rostro-caudal. Namun, pada banyak lumba-lumba, otaknya melebar kesamping dan panjangnya relatif lebih pendek.

Untuk mengkarakterisasi otak depan mamalia sangat penting, selain alur dan konvolusi, memiliki pola distribusi di korteks saraf (sitoarsitektur). Neokorteks mamalia memiliki struktur enam lapis dan ditandai dengan adanya sel piramidal, yang tidak terdapat pada otak vertebrata lainnya. Terutama sel piramidal besar (sel Betz) terletak di korteks motorik. Akson mereka mengirimkan impuls saraf neuron motorik sumsum tulang belakang dan neuron motorik dari inti motorik saraf kranial.

Area berbeda di korteks serebral adalah area khusus untuk memproses informasi yang berasal dari berbagai organ indera. Ada area sensorik dan motorik. Yang terakhir membentuk jalur menurun serabut saraf ke batang otak dan inti motorik tulang belakang. Di antara area sensitif dan motorik korteks terdapat area integratif yang menggabungkan masukan dari area sensorik dan motorik korteks dan menentukan kinerja fungsi spesifik spesies tertentu. Selain itu, terdapat zona asosiatif korteks yang tidak terkait dengan penganalisis tertentu. Mereka mewakili suprastruktur di seluruh area korteks, menyediakan proses berpikir dan penyimpanan memori spesifik dan individu.

Seluruh kompleks zona yang didistribusikan di korteks dikaitkan dengan spesialisasi fungsional bidang. Dalam hal ini, batas morfologi dan fungsional bidang tersebut bertepatan dengan cukup akurat. Kriteria untuk mengidentifikasi bidang tertentu adalah perubahan distribusi elemen seluler di korteks atau munculnya sublapisan baru di dalamnya.

Ciri-ciri arsitektur bidang tertentu merupakan ekspresi morfologis dari spesialisasi fungsionalnya. Penyebab terjadinya perubahan sitoarsitektonik pada lapang pandang adalah bertambahnya jumlah serabut saraf asendens dan desendens. Peta topologi lapangan kini telah dibuat untuk manusia dan banyak hewan laboratorium.

Bidang-bidang korteks serebral merupakan bagian dari lobus-lobus tertentu dan pada saat yang sama terbagi menjadi zona-zona fungsional yang berhubungan dengan organ-organ tertentu atau bagian-bagiannya dan mempunyai tatanan yang teratur. struktur internal. Di setiap bidang atau zona, apa yang disebut modul tatanan vertikal organisasi korteks dibedakan. Modul ini berbentuk kolom atau glomerulus, yang mencakup neuron yang terletak di seluruh ketebalan korteks. Kolom tersebut berisi sekelompok 110 neuron yang terletak di antara sepasang kapiler yang melintasi diameter korteks.

Pada tahap pembentukan otak hominid paling purba, area di mana aksi seleksi alam diarahkan adalah korteks dan, pertama-tama, bagian-bagian berikut: daerah parietal inferior, frontal inferior, dan temporo-parietal. Keuntungan kelangsungan hidup diberikan kepada individu-individu tersebut, dan kemudian kepada populasi orang-orang baru yang ternyata maju dalam hal pengembangan beberapa elemen bagian korteks (area bidang yang lebih luas, koneksi yang lebih beragam dan mobile). , perbaikan kondisi sirkulasi darah, dll). pengembangan koneksi dan struktur baru di korteks memberikan peluang baru untuk pembuatan alat dan pembangunan tim. Pada gilirannya, tingkat teknologi baru, permulaan budaya dan seni melalui seleksi alam berkontribusi pada perkembangan otak.

Sampai saat ini, sebuah gagasan telah terbentuk tentang kompleks sistemik spesifik korteks otak depan manusia, termasuk lobus parietal inferior, temporal superior posterior, dan lobus frontal inferior korteks. Kompleks ini dikaitkan dengan fungsi yang lebih tinggi- melalui ucapan, aktivitas tenaga kerja dan berpikir abstrak. Secara umum, ini adalah substrat morfologi dari sistem sinyal kedua. Sistem ini tidak memiliki reseptor perifer sendiri, tetapi menggunakan alat reseptor lama dari berbagai organ indera. Misalnya, telah diketahui bahwa lidah memiliki bagian khusus dari alat taktil, yang perkembangannya menentukan urutan pembentukan suara pada tahap awal pembentukan artikulasi bicara anak.

Struktur submantel otak depan meliputi ganglia basalis, striatum (kuno, lama dan baru) dan bidang septum.

Di berbagai bagian otak depan dan diensefalon terdapat kompleks struktur morfofungsional yang disebut sistem limbik. Yang terakhir ini memiliki banyak hubungan dengan neokorteks dan sistem saraf otonom. Ini mengintegrasikan fungsi otak seperti emosi dan memori. Penghapusan bagian dari sistem limbik menyebabkan kepasifan emosional hewan, dan stimulasinya menyebabkan hiperaktif. Fungsi terpenting sistem limbik adalah interaksi dengan mekanisme memori. Memori jangka pendek berhubungan dengan hipokampus, dan memori jangka panjang berhubungan dengan neokorteks. Melalui sistem limbik, pengalaman individu hewan diekstraksi dari neokorteks dan terjadi kontrol motorik. organ dalam, dan stimulasi hormonal pada hewan. Selain itu, semakin rendah tingkat perkembangan neokorteks, semakin besar ketergantungan perilaku hewan pada sistem limbik, yang mengarah pada dominasi kontrol emosional-hormonal dalam pengambilan keputusan.

Pada mamalia, koneksi menurun dari neokorteks ke sistem limbik memungkinkan integrasi berbagai macam masukan sensorik.

Dengan munculnya dasar pertama korteks pada reptil, seikat kecil serabut saraf yang menghubungkan belahan kiri dan kanan terpisah dari komisura mantel. Pada mamalia berplasenta, kumpulan serat seperti itu jauh lebih berkembang dan disebut corpus callosum. Yang terakhir ini menyediakan fungsi komunikasi antarbelahan.

Diencephalon, seperti pada vertebrata lainnya, terdiri dari epithalamus, thalamus dan hipotalamus.

Perkembangan neokorteks pada mamalia menyebabkan peningkatan tajam pada talamus, dan terutama pada bagian punggung. Talamus berisi sekitar 40 inti, di mana jalur menaik beralih ke neuron terakhir, yang aksonnya mencapai korteks serebral, tempat informasi yang berasal dari semua sistem sensorik diproses. Pada saat yang sama, inti anterior dan lateral memproses dan mengirimkan sinyal visual, pendengaran, sentuhan, pengecapan, dan interoseptif ke zona proyeksi korteks yang sesuai. Ada pendapat bahwa sensitivitas nyeri tidak diproyeksikan ke korteks otak depan, dan mekanisme sentralnya terletak di talamus. Asumsi ini didasarkan pada fakta bahwa iritasi pada berbagai area korteks tidak menimbulkan rasa sakit, sedangkan iritasi pada talamus menyebabkan rasa sakit. rasa sakit yang kuat. Beberapa inti talamus berpindah, dan bagian lainnya bersifat asosiatif (dari sana terdapat jalur menuju zona asosiatif korteks). Di bagian medial talamus terdapat inti yang, dengan rangsangan listrik frekuensi rendah, menyebabkan berkembangnya proses penghambatan di korteks serebral, yang menyebabkan tidur. Stimulasi frekuensi tinggi pada inti ini menyebabkan aktivasi parsial mekanisme kortikal. Dengan demikian, sistem regulasi thalamokortikal, dengan mengendalikan aliran impuls menaik, terlibat dalam mengatur perubahan antara tidur dan terjaga.

Jika pada vertebrata tingkat rendah, pusat sensorik dan asosiasi yang lebih tinggi terletak di otak tengah, dan talamus dorsal merupakan integrator sederhana antara otak tengah dan otak tengah. sistem penciuman, maka pada mamalia ini adalah pusat terpenting untuk peralihan sinyal pendengaran dan somatosensori. Pada saat yang sama, area somatosensori telah menjadi formasi diencephalon yang paling menonjol dan memainkan peran besar dalam koordinasi gerakan.

Perlu dicatat bahwa kompleks inti talamus terbentuk baik karena primordium diensefalon maupun karena migrasi dari otak tengah.

Hipotalamus membentuk tonjolan lateral yang berkembang dan tangkai berongga - corong. Terakhir masuk arah ke belakang diakhiri dengan neurohipofisis yang terhubung erat dengan adenohipofisis.

Hipotalamus merupakan pusat tertinggi pengaturan fungsi endokrin tubuh. Ini menggabungkan mekanisme pengaturan endokrin dengan mekanisme saraf. Selain itu, ini adalah pusat tertinggi dari divisi simpatik dan parasimpatis dari sistem saraf otonom.

Epithalamus berfungsi sebagai pengatur neurohumoral aktivitas harian dan musiman, yang dikombinasikan dengan kontrol pubertas pada hewan.

Otak tengah membentuk daerah segi empat, tuberkel anteriornya terhubung dengan penganalisis visual, dan tuberkel posterior terhubung dengan penganalisis pendengaran. Berdasarkan rasio ukuran relatif tuberkel anterior dan posterior, seseorang dapat menilai sistem mana, pendengaran atau visual, yang dominan. Jika tuberkel anterior berkembang lebih baik, ini berarti aferentasi visual (hewan berkuku, banyak predator dan primata), jika tuberkel posterior, maka aferentasi pendengaran (lumba-lumba, kelelawar, dll.).

Tagment dibagi menjadi zona sensorik dan motorik. Zona motorik berisi inti motorik saraf kranial dan serat spinocerebral desendens dan asendens.

Sehubungan dengan perkembangan neokorteks pada mamalia sebagai pusat integratif yang lebih tinggi, reaksi bawaan otak tengah memungkinkan korteks untuk “tidak terlibat” dalam bentuk primitif reaksi spesifik spesies terhadap sinyal eksternal, sementara fungsi asosiatif yang kompleks diambil alih oleh bidang khusus pada korteks.

Otak kecil pada mamalia memperoleh struktur yang paling kompleks. Secara anatomis dapat dibagi menjadi bagian tengah - vermis, belahan yang terletak di kedua sisinya dan lobus flokulonodular. Yang terakhir mewakili bagian kuno secara filogenetik - Archicerebellum. Belahan otak pada gilirannya dibagi menjadi lobus anterior dan posterior. Lobus anterior hemisfer dan bagian posterior vermis serebelar mewakili otak kecil yang tua secara filogenetik - paleocerebellum. Secara filogenetik, bagian termuda dari otak kecil, neocerebellum, termasuk bagian anterior lobus posterior belahan otak kecil.

Beras. 11. Otak vertebrata (tampak samping).

A – ikan (ikan cod).
B – amfibi (katak).
B – reptil (buaya).
G – burung (angsa).
D – mamalia (kucing).
E – manusia (menurut R. Trux, R. Carpenter, 1964).

1 – lobus optik; 2 – otak depan; 3 – bohlam penciuman; 4 – otak kecil; 5 – saluran penciuman; 6 – kelenjar pituitari; 7 – lobus bawah; 8 – diensefalon; 9 – corong; 10 – lobus penciuman; 11 – saluran optik; 12 – kelenjar pineal; 13 – pasang saraf kranial IX dan X (sisanya ditunjukkan dengan angka Romawi).

Di belahan otak kecil ada permukaan atas, membentuk korteks serebelar, dan berkelompok sel saraf- inti otak kecil. Korteks serebelar dibangun berdasarkan prinsip tunggal dan terdiri dari 3 lapisan. Otak kecil terhubung ke bagian lain dari sistem saraf pusat melalui tiga pasang tangkai yang dibentuk oleh kumpulan serabut saraf. Kaki belakang terutama terdiri dari serat proprioseptif yang berasal dari sumsum tulang belakang. Peduncle tengah terdiri dari serat-serat yang menghubungkan otak kecil dan korteks otak depan, dan tangkai anterior dibentuk oleh serat-serat menurun yang menghubungkan otak kecil dan otak tengah.

Koneksi vestibulocerebellar menentukan kemampuan hewan dalam mengoordinasikan gerakan tubuh, yang merupakan fungsi utama archicerebellum. Selain itu, jalur serebelar baru yang lebih kuat telah terbentuk pada mamalia karena munculnya nukleus dentate pada otak kecil. Ia menerima serat dari berbagai bagian belahan otak kecil dan mengirimkan sinyal ke talamus, tempat sinyal sensorimotor diintegrasikan dengan aktivitas pusat kortikal otak depan.

Evolusi otak kecil tidak hanya mengarah pada duplikasi koneksi kuno, tetapi juga pada pembentukan jalur baru. Dengan demikian, hubungan terjadi melalui nukleus dentate dengan nukleus ventrolateral talamus dan nukleus retikuler batang otak, yang memungkinkan mempertahankan tonus otot dan melakukan reaksi refleks. Koneksi dengan pusat vestibular memungkinkan Anda mengontrol posisi tubuh dalam ruang, dan koneksi thalamus menentukan koordinasi sensorimotor halus. Semua proses ini dilakukan melalui sistem interaksi antar sel yang kompleks di tingkat korteks serebelar.

Otak makhluk hidup mana pun- mungkin organ yang paling misterius dan jarang dipelajari. Operasi spesies individu sel-sel dan bagian-bagian otak telah diidentifikasi dan dijelaskan dengan jelas, namun ilmu pengetahuan belum mampu menjelaskan bagaimana otak berfungsi secara keseluruhan. Meskipun demi keasliannya, harus dikatakan bahwa dalam beberapa tahun terakhir telah terlihat kemajuan dalam penelitian semacam itu.

• metode ablasi - melibatkan pengangkatan salah satu bagian otak dan kemudian mengamati perilaku tubuh;
• stimulasi magnetik transkranial - penilaian rangsangan otak menggunakan impuls magnetik.
• elektrofisiologi - registrasi impuls listrik aktivitas otak;
• stimulasi listrik - stimulasi area tertentu di otak menggunakan impuls listrik.

Film Ilmiah. Otak

Ukuran otak 20 makhluk hidup berbeda, indeks ensefalisasi

Melalui penelitian, para ilmuwan menemukan bahwa ukuran otak pada hewan berbeda-beda, dan terdapat perbedaan rasio antara ukuran otak dan berat badan makhluk hidup. Semakin besar massa otak dibandingkan massa tubuh, semakin banyak jaringan otak yang digunakan untuk memecahkan masalah kognitif. Oleh karena itu, konsep seperti koefisien ensefalisasi diperkenalkan - rasio relatif berat badan dan ukuran otak mamalia. Itu dihitung dengan rumus:

Di mana M– massa otak, g; M– berat badan, g.

Indeks ensefalisasi memberikan peluang untuk mengeksplorasi potensi kemampuan spesies yang berbeda.

Ukuran otak tidak mempengaruhi kecerdasan

Aksioma ini harus diperiksa lebih detail dengan menggunakan contoh hewan dari kelas dan spesies yang berbeda.

Klasifikasi dimulai dari angka tertinggi (hewan terpintar) dan berlanjut secara menurun.

1. Lumba-lumba hidung botol. Otak memiliki berat 1550 g, koefisien ensefalisasi 4,14
2. Rubah – 53g, koefisien =1,6
3. Gajah – 7843 g, koefisien = 1,3
4. Anjing – 64 g, koefisien = 1,2
5. Kera – 62g, koefisien = 1,19
6. Keledai – 370g, koefisien = 1,09
7. Kucing – 35 g, koefisien = 1,0
8. Burung pipit – 1,0g, koefisien = 0,86
9. Jerapah – 680g, koefisien = 0,66
10. Kuda – 510g, koefisien = 0,9
11. Domba – 140g, koefisien = 0,8
12. Paus sperma – 7800 g, koefisien = 0,58
13. Kelinci – 12g, koefisien = 0,4
14. Tikus – 2g, koefisien = 0,4
15. Badak – 500g, koefisien = 0,37
16. Landak – 3,3g, koefisien = 0,3
17. Tikus lapangan – 0,2g, koefisien = 0,22
18. Kadal hijau 0,1g, koefisien = 0,04
19. Lalat – 0,0002g, koefisien = 0,02
20. Ular berbisa – 0,1g, koefisien = 0,005

Jadi, yang paling mirip dengan manusia dalam hal koefisien ensefalisasi adalah lumba-lumba.

Seperti yang bisa kita lihat, stereotip tentang rendahnya kemampuan mental, misalnya keledai, jerapah, dan domba, tidak ada dasarnya.

Fakta menarik: serangga tidak memiliki otak, peran sistem saraf pusat dilakukan oleh simpul saraf - ganglia. Secara teori, jika kecoa dibiarkan tanpa kepala, ia akan mati karena tidak bisa makan.

Telah dibuktikan juga bahwa kemampuan berpikir tubuh tidak hanya bergantung pada ukuran otak, namun sebagian besar pada jumlah koneksi antar neuron.

Mencegah penyusutan otak pada manusia

Otak manusia perlu dicermati, karena organ inilah yang jika diteliti lebih mendalam, dapat memberikan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan abadi mengenai perkembangan dan kehidupan kita.

Otak bayi baru lahir memiliki berat 365 g, anak 2 tahun – 930 g, 6 tahun – 1211 g, dewasa – 1400 d.Koefisien ensefalisasi otak seseorang di atas 18 tahun adalah 6,74.

Menariknya, terdapat perbedaan antara otak pria dan wanita. Studi pertama mengenai perbedaan jenis kelamin di otak dilakukan oleh Francis Gatton pada tahun 1882. Belakangan, para ilmuwan dari lembaga penelitian terkemuka dan terkenal di dunia membuktikan bahwa otak pria rata-rata memiliki berat 125 g. lebih besar dari otak wanita. Selain itu, terdapat juga perbedaan ras dan kebangsaan. Misalnya, pemilik otak paling ringan adalah orang Australia - 1185 g, yang terberat - orang Eropa - 1375 g, sedangkan otak Inggris memiliki berat rata-rata - 1346 g, Prancis - 1280 g, Korea - 1376 g, Jepang - 1313 d Pemimpinnya adalah orang Jerman, berat otaknya 1425. Otak orang Rusia lebih kecil 26 gram dari otak Jerman. Orang Afrika-Amerika memiliki berat otak rata-rata 1.223 g, 100 g lebih ringan dibandingkan populasi kulit putih di Amerika Serikat.

Sepanjang hidup, otak dapat mengubah beratnya ke arah kekeringan. Pada dasarnya, hipokampus menyusut pada orang yang menderita depresi dan penderita skizofrenia. Para ilmuwan sekarang mengetahui bahwa beberapa area otak menua lebih cepat dibandingkan area lainnya. Karena perubahan terkait usia, kehilangan volume bisa mencapai 10%. Sebagai ilmuwan dari Pusat layanan kesehatan Universitas Rush, kekurangan vitamin B12, serta penyakit seperti diabetes, menyebabkan penyusutan otak pada orang tua.

Bagaimana cara menghindari hal ini dan mencegah pengeringan materi abu-abu?

Jawabannya sederhana: Anda perlu makan makanan yang mengandung vitamin B12 yang sama lebih sering. Paling banyak jumlah besar itu ditemukan dalam susu, telur, daging, unggas, dan ikan.

Kacang-kacangan, buncis, pisang, roti gandum sangat bermanfaat dalam hal ini - produk inilah yang mengandung glusida (karbon lambat), yang memperlambat proses penuaan otak. Anda harus berolahraga: bahkan olahraga ringan pun merangsang saturasi oksigen dalam darah, yang berarti lebih banyak oksigen masuk ke otak. nutrisi. Sangat penting untuk membangunnya sendiri nutrisi yang tepat, aturan dasarnya adalah jumlah permen yang terbatas, serta variasi makanan: otak tidak menyukai diet yang mengharuskan Anda makan hal yang sama selama beberapa minggu.

Hanya pendekatan yang tepat dengan gaya hidup Anda sendiri akan memungkinkan Anda mempertahankan otak awet muda dan meningkatkan tingkat IQ Anda.

Dan makhluk hidup lainnya, oleh karena itu merupakan kebiasaan untuk mengklasifikasikannya sebagai jenis tersendiri.

Mamalia yang berbeda bertanggung jawab atas proses vital tertentu dalam tubuh. Dengan demikian, di bagian tengah otaklah informasi visual yang diterima seseorang diproses. Selain itu, proses termoregulasi justru terjadi karena adanya kendali oleh organ tersebut.

Pengoperasian bebas masalah sistem endokrin dikendalikan oleh kelenjar pituitari, dan semua informasi yang diterima dianalisis di otak tengah.

Untuk menjaga keseimbangan mamalia, serta keseimbangan sistem motorik secara umum, kerja otak kecil diperlukan. Dan sistem vital utama memiliki pusat kendali sendiri yang terletak di medula oblongata.

Tubuh hewan cukup kompleks, dan diyakini kecerdasannya menempati urutan kedua setelah manusia. Hal ini dibuktikan tidak hanya oleh struktur otak mamalia, tetapi juga oleh massa dalam kaitannya dengan massa sumsum tulang belakang. Misalnya, pada reptil, sumsum tulang belakang dan otak memiliki berat yang kurang lebih sama, sedangkan pada hewan, massa otaknya tiga atau bahkan lima belas kali lebih besar daripada sumsum tulang belakang, bergantung pada spesiesnya.

Area otak tertentu berkembang lebih kuat pada satu spesies dan lebih sedikit pada spesies lain, bergantung pada habitat hewan tersebut. Misalnya, jika waktu utama siang hari dalam kehidupan mamalia adalah malam hari, maka penglihatan hewan tersebut paling berkembang. Jika yang sedang kita bicarakan tentang penghuni waduk atau rawa, diketahui bahwa mamalia tersebut memiliki pendengaran dan penciuman yang sangat berkembang. Pengecualiannya adalah paus, yang sistem penciumannya agak lemah.

Ada 12 pasang di otak hewan saraf kranial. Saraf otak mamalia tidak hanya bertanggung jawab atas pendengaran, penglihatan, dan penciuman, tetapi juga terlibat langsung dalam pembentukannya sistem otonom.

Para ilmuwan telah membuktikan bahwa struktur otak mamalia membutuhkan waktu jutaan tahun untuk terbentuk. Dan nenek moyang hewan modern adalah hewan yang memiliki naluri berburu, memperoleh makanan di malam hari dengan bantuan indera penciuman dan penglihatan yang berkembang dengan baik. Jika dibandingkan dengan dunia hewan modern, perkembangannya kira-kira berada di tengah-tengah antara mamalia modern dan reptilia. Bagaimana otak terbentuk masih belum diketahui sepenuhnya oleh para peneliti. Namun justru berkat tingkat perkembangan inilah hewan purba berhasil, setelah berubah secara signifikan, bertahan hingga zaman modern, dan beberapa - menjadi penolong yang sangat diperlukan bagi manusia.