Poprzedni rozdział | Jak działa mózg - spis treści.


7.1. Pień mózgu

Pień i podstawa neuronalna, zawierającą wszystkie układy regulacyjne i reproduktywne organizmu nazywany jest też "zespołem R" (od Reptilians, gady).
Zespół R jest bardziej pierwotny niż obszary mózgu kontrolujące emocje, mają go już zwierzęta zimnokrwiste.
Pień mózgu wpływa na pozostałe obszary zarówno przez bezpośrednią stymulację jak i regulację poziomu różnych neurotransmiterów.
W części przedniej widzimy głównie wejścia i wyjścia różnych wiązek nerwów prowadzących do i od rdzenia.
Przechodzą tędy wszystkie nerwy kontrolujące ruchy mięśni, oprócz pionowego ruchu oczu.
Większość uszkodzeń tego obszaru prowadzi do paraliżu lub niedowładów różnych grup mięśni.

Swoiste (specyficzne) drogi nerwowe biegną od receptorów przez pien mózgu do pól recepcyjnych kory (np droga wzrokowa, słuchowa, smakowa i węchowa), przez nieliczne pośrednie synapsy, działając szybko i oddzielając strumienie infromacji o różnych modalnościach.
Nieswoiste (niespecyficzne) drogi nerwowe prowadzą do tworu siatkowatego, który otrzymuje informacje od wszystkich zmysłów i dzięki temu przez drogi wstępujące może pobudzić liczne obszary kory, przygotowując je do analizy specyficznych bodźców.

Budowa pnia mózgu: trzy główne struktury to rdzeń przedłużony (medulla oblongata), most (pons) i śródmózgowie (mesencephalon). Jego naturalne przedłużenie stanowi międzymózgowie obejmujące wzgórze, szyszynkę, przysadkę i okolice przylegające do trzeciej komory mózgu, pomiedzy przednim i tylnym spoidłem.

W pniu jest aż 9 jąder serotoninergicznych, czyli wydzielających neurotransmiter serotoninę (5-HT, 5-hydorksytryptoamina).


Jądra produkujące serotoninę:
22: jądra szwu (raphe nucleus), 9 par w całym pniu; 34-miejsce sinawe (locus coeruleus); 36-jądro przyramienne boczne; 37-jądro górne środkowe; 47-jądro pasma samotnego.
Projekcje do podwzgórza (21), układu limbicznego: ciała migdałowatego (40), hipokampu (41), zakrętu obręczy, jądra ogoniastego (1) i skorupy (2).

W mózgu (98% serotoniny jest poza mózgiem) gra ważną rolę w regulacji faz snu, nastroju, aptetytu, odruchu wymiotnego i popędu seksualnego.
Zaburzenia poziomu serotoniny wiążą się z depresją, migrenami, stanami lękowymi, oraz cyklofrenią (chorobą dwubiegunową).
O neurotransmiterach będziemy dokładniej mówili później.

Ośrodki oddechowe: jądro pasma samotnego w tylnej (grzbietowej) części rdzenia przedłużonego wysyła projekcje do jądra dwuznacznego (nucleus ambiguus) a stamtąd przez rdzeń do mięśni kontrolujących ruch klatki piersiowej przy wdechu. Drugi ośrodek oddechowy mieści się w jądrze dwuznacznym (i jądrze retroambiguus), kontroluje zarówno wdech jak i wydech.
Nieprawidłowe działanie tych jąder powoduje zaburzenia oddychania, np. bezdech senny, na który cierpi ok. 100.000 osób w Polsce. Jeśli zatrzymanie oddechu trwa dłużej niż 10 sekund 10 razy w ciągu godziny spada ilość tlenu we krwi a wzrosta ilość dwutlenku węgla. Prowadzi to senności w ciągu dnia, trudności w koncentracji uwagi, zaburzeń pamięci i bólów głowy.
Ośrodki oddechowe są dość odporne na uszkodzenia pnia mózgu.

Kichanie: odruch wywołuje stymulacja nerwu trójdzielnego, może też wywołać go silne niebieskie światło.
Główne struktury w rdzeniu przedłużonym to okolica jądra samotnego (kichanie wiąże się z oddechem), jądro nerwu trójdzielnego.
Okoliczne obszary (jądro dwuznaczne i jądro samotne) zaangażowane też są w odruch połykania.

Ośrodek wymiotny w rdzeniu przedłużonym jest znacznie bardziej skomplikowany, otrzymuje informacje z jąder przedsionkowych (zmysł równowagi), móżdżku, jądra nerwu trójdzielnego, jądra samotnego, jąder ślinianek, ośrodków oddechowych, a wysyła infromację do jąder w moście, jądra dwuznaczego a także jąder kontrolujących ruch mięśni twarzy.
Uwaga, wymioty !


W obrębie mostu są jądra mostu, twór siatkowaty, liczne jądra nerwów: podjęzykowego, językowo gardłowego, grzbietowe nerwu błędnego, przedsionkowo-ślimakowego, twarzowego, odwodzącego, jądro nerwu trójdzielnego, oraz jądro dwuznaczne i jądro samotne, oraz liczne jądra produkujące neurotransmitery i kontrolujące działanie całego mózgu.

Most dostarcza móżdżkowi informacji o sygnałach sterujących mięśniami, móżdżek przesyła dodatkowe sygnały modyfikujące szczegóły skurczów mięśni.
Uszkodzenia podstawy mostu mogą prowadzić do niekontrolowanych krótkich epizodów płaczu (rzadziej śmiechu), może to być zapowiedzią udaru pnia mózgu.
Niektóre uszkodzenia mogą doprowadzić do specificznych gwałtownych ruchów gałki ocznej (częściej jest to jednak związane z uszkodzniami środmózgowia).

Jądrem produkującym noradrenalinę (norepinefrynę), neurotransmiter regulujący stopień pobudzenia mózgu jak i niektóre funkcje autonomiczne (np. termoregulację), jest miejsce sinawe (34), położone z tyłu (grzebietowo) mostu, ma ok. 10-14 mm.
Podwyższona wrażliwość na działanie noradrenaliny w części podstawowo-bocznej jąder migdałowatych (40) jest odpowiedzialna za stany lękowe wynikające ze stresu, w tym za ostry zespół stresu pourazowego (posttraumatic stres disorder, PTSD).
Silny stres zaburza działanie jądra sinawego. PTSD może rozwijać się powoli, od tygodni do miesięcy, wywołując opóźnione rekacje stresowe, poczucie odrętwienia i przytępienia uczuciowego, niezdolność do przeżywania przyjemności, bezsenność, lęki i stany depresyjne, nawroty przeżyć urazowych sytuacji, a nawet załamanie i brak reakcji na otoczenie.

Leki na depresję, stany paniki, fobie i silne lęki oddziaływają na miejsce sinawe.
Zaburzenia działania tego jądra obserwowane jest tez w chorobie Parkinsona, Alzheimera i syndromie Downa.
Miejsce sinawe związane jest też z regulacją faz snu REM.

Twór siatkowaty znajduje się w grzbietowej części pnia mózgu. Neurony są tam słabo rozgałęzione, w wielu miejscach rozproszone, aksony mogą być wstępujące lub zstępujące.

Wyodrębniono aż 96 jąder tworu siatkowatego, w tym


Funkcje wielu z tych jąder nie są znane.

Twór siatkowaty odpowiedzialny jest za zdolność do czuwania, za stan przytomności, fatygi, zdolność do wybudzania mózgu (część wstępująca).
Część zstępująca pobudza mięśnie, zapewniając ogólny tonus, modulowany przez móżdżek oraz pobudzany przez jądra przedsionkowe (równowaga), korę ruchową, a hamowany przez jądro ogoniaste.
TS uważa się za układ "motywacyjny", dający napęd do działań różnego rodzaju, przełączający pomiędzy parami biegunowo różnych zachowań dotyczących ogólnego pobudzenia (sen-czuwanie), ruchu (spoczynek-ruch), jedzenia (głód-sytość), wydalania, aktywności seksualnej.
Znaleziono korelację pomiędzy pobudliwością tworu siatkowatego a typem osobowości.

Uszkodzenia TS powodują śpiączkę i stan wegetatywny, brak reakcji (koma) i brak świadomości.
Neuroobrazowanie pokazuje uszkodzenia w obszarze TS u ludzi cierpiących na syndrom chronicznego zmęczenia (chronic fatigue syndrome), oraz niektóre przypadki zespółu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (zaburzenie hiperkinetyczne), (ADHD)

Ciężkie uszkodzenie tworu siatkowatego może prowadzić do śpiączki, zwykle w ciągu 2-4 tygodni przechodzącej w stan śmierci mózgu lub stan wegetatywny.
Stan śmierci mózgu wiąże się z całkowitym brakiem aktywności mózgu, łacznie z pniem, a więc również samodzielnej kontroli oddychania.


Martwy mózg na obrazie uzyskanym techniką PET.

W stanie wegetatywnym działa pień mózgu, ale reszta mózgu jest martwa. Pacjent ma otwarte oczy i może przechodzić przez cykl czuwania i snu, ale nie potrafi wodzić wzrokiem czy reagować spójnie na bodźce.
W niektórych przypadkach widać pobudzenia kory zmysłowej i ruchowej, ale nie obszarów skojarzeniowych; w efekcie pacjent wykonuje niekontrolowane ruchy, grymasy twarzy, wydaje nieartykułowane dźwięki. W rzadkich przypadkach wraca świadomość i aktywność w obszarach skojarzeniowych.
Znany jest przypadek kobiety pozostającej przez 20 lat w stanie wegetatywnym, której część kory, w tym obszar Wernickego i Broki, były nadal aktywne, a przypadkowe pobudzenia tej kory powodowały wypowiadanie izolowanych słów (N. Schiff et al, Brain 125, 1210-1234, 2002).

Stan minimalnej świadomości jest wynikiem braku aktywności rozległych obszarów mózgu, zachowane są jednak pobudzenia kory zmysłowej i niektórych obszarów skojarzeniowych.
Prowadzi to od czasu do czasu do spójnych reakcji pacjentów, którym można przypisać minimalną świadomość.
Taki stan odróżnia się od stanu wegetatywnego dopiero od lat 90. Powtórne zbadanie 40 niewidomych pacjentów uznanych za osoby w stanie wegetatywnym w 1996 roku w Wielkiej Brytanii pokazało, że 17 z nich miało minimalną świadomość i zdolności do porozumiewania się.
Terry Wallis wyzdrowiał po 19 latach w stanie minimalnej świadomości.
Terri Schiavo po 15 latach stanu wegetatywnego została odłączona od aparatury (wyrokeim Sądu Najwyższego USA); jej mózg uległ atrofii i ważył przy końcu 615 gramów.


Metabolizm mózgu w różnych stanach świadomości.

Uszkodzenia brzusznej części mostu (uraz, krwotok, miażdżyca) mogą spowodować "zespół zamknięcia", całkowity paraliż ciała. Pozostaje jedynie możliwość pionowych ruchów gałki ocznej i mruganie powiekami.
Komunikacja z taką osobą możliwa jest też dzięki sygnałom EEG.
Wiemy, że takie uszkodzenia nie upośledzają świadomości, zmieniają nastrój na melancholijny.
Same obserwacje klinicznie nie potrafią czasem odróżnić stanu zamknięcia od prawdziwego stanu wegetatywnego (Adrian Owen).
Dziennikarz, redaktor naczelny "Elle", Jean-Dominique Bauby, po wylewie, przez dwa lata żył w stanie zamknięcia, mrugając powieką napisał książkę "Skafander i motyl", według której nakręcono film.

Pień mózgu jest więc kluczową strukturą dla zrozumienia działania całości, a w szczególności świadomości.
Świadomość rdzenna (Damasio), poczucie istnienia, wykorzystuje "pętlę ciała", informacje chemiczne z układu autonomicznego i informacje z układu obwodowego i centralnego.
Jądra pnia mózgu zbierają informację z rdzenia i nerwów czaszkowych (trójdzielnego i błędnego): są to jądra tworu siatkowatego i okoliczne (aminowe i acetylocholinowe).

Śródmózgowie składa się z pokrywy, nakrywki i odnogi mózgu (podstawy konarów).
Pokrywa zawiera wzgórki czworacze, pośredniczące w odruchach słuchowych (dolne) i wzrokowych (górne), odpowiedzialne za mechanizm orientacji.
Nakrywka zawiera największe jądro, czyli istotę czarną, duże jądro produkujące dopaminę.
Zawiera też istotę szara środkową, jądro czerwienne oraz część okołośrodkowego tworu siatkowatego.

Istota szara okołowodociagowa (PAG) to nazwa istoty szarej otaczającej wodociąg mózgu;
zawiera jądra grzebietowe szwu, miejsce sinawe, jądro grzbietowe nakrywki i nerwu trójdzielnego;
koordynuje reakcje emocjonalne przez jądra ruchowe tworu siatkowatego i nerwy czaszkowe.

Ogólna funkcja pnia mózgu: zarządzanie stanami ciała i ich reprezentacjami.
Informacje o stanie ciała reprezentowane są w korze somatosensorycznej.
Trudno jest zrobić dobry model działania pnia mózgu ze względu na stopień jego komplikacji.

Spekulacje na temat funkcji pnia mózgu (Kilmer, McCuloch, Blum 1969):
drzewka dendrytyczne prostopadłe do kierunku rdzenia tworzą moduły, które być może zdolne są do analizy sygnałów o różnych modalnościach.
Twór siatkowaty potrafi prawdopodobnie sterować ogólną aktywnością całego mózgu (wybierać globalny stan behawioralny), przełączając go na różne tryby działania.

Pojawiły sie próby zastosowania takiego modelu w robotyce (M.D. Humphries, K. Gurney, T.J. Prescott, Adaptive Behavior 13, 97-113, 2005), ale niewiele się w modelowaniu pnia mózgu od 1969 roku zmieniło!

Rysunek z pracy Humphries i inni (2005):
a) Mózg kota,
SC=wzgórki czworacze,
SN = istota czarna,
CPu = jądro ogoniaste i skorupa.

b) drzewka dendrytyczne, duże kółko symbolizuje neuron projekcyjny.

c) Model z modułami, czarne kółka to neurony wstawkowe (lokalnie hamujące).

Niestety nie jest to model całego pnia czy tworu siatkowatego a jedynie rozważania pokazujące, że twór siatkowaty ma strukturę sieci "małych światów", lokalnie silnie połączone jądra, ze znacznie rzadszymi połączeniami pomiędzy nimi.
Jakie dokładnie są to połaczenia? Pień jest nadal strukturą mało zbadaną.
Baza danych o mózgu szczura, o połączeniach korowo-mostowych i innych.

Wim Hof potrafi regulować temperaturę ciała nawet w skrajnych warunkach!
Teoretycznie istnieje możliwość nauczenia się wpływu na aktywność pnia mózgu.
Filmy: lokalnie!


Następny rozdział | Jak działa mózg - spis treści.