Psychologia

Układ nerwowy: Connecting Sensation and Movement

Rozważając genotyp człowieka, zaczniemy od przeglądu układu nerwowego (patrz rysunek 2.7), tych struktur, które przekazują informacje dotyczące stymulacji zewnętrznej i wewnętrznej oraz koordynują zachowanie.

Rysunek 2.7 Przegląd układu nerwowego człowieka

Ośrodkowy układ nerwowy, składający się z mózgu i rdzenia kręgowego, organizuje i interpretuje informacje otrzymywane z obwodowego układu nerwowego oraz inicjuje reakcje. Podział somatyczny obwodowego układu nerwowego odpowiada na informacje sensoryczne pochodzące z zewnątrz ciała i stymuluje skórę, stawy i mięśnie szkieletowe. Ten typ zachowania jest często uważany za dobrowolny. Autonomiczny układ nerwowy reguluje aktywność mięśni gładkich i gruczołów wewnątrz ciała, biorących udział w krążeniu, oddychaniu i trawieniu (patrz rysunek 2.8). Ten rodzaj aktywności jest często uważany za mimowolny. Podział współczulny powoduje pobudzenie organizmu w warunkach stresu lub zagrożenia, kiedy ciało jest przygotowane do „walki lub ucieczki”. Podział przywspółczulny uspokaja organizm po usunięciu stresu lub zagrożenia.

Rysunek 2.8 Autonomiczny układ nerwowy

Wykonywanie fizycznych połączeń: Neuron

Nawet bardzo proste zwierzęta wymagają jakiegoś sposobu łączenia danych wejściowych środowiska z danymi wyjściowymi zachowania. Wyspecjalizowane komórki nerwowe zwane neuronami są potrzebne do reagowania na zewnętrzną i wewnętrzną stymulację (np. neurony czuciowe) i przenoszenia informacji do części ciała zdolnych do reagowania (np. neurony ruchowe). Trzeci typ komórek, zwany interneuronem, łączy komórki nerwowe ze sobą. Układy nerwowe składają się z tego typu wyspecjalizowanych neuronów, a ich wielkość waha się od kilkuset komórek nerwowych u robaków do około 100 miliardów komórek nerwowych u ludzi. Neurony są w stanie przekazywać informacje elektrycznie i chemicznie. Rysunek 2.9 przedstawia główne części neuronu. Dendryty to małe odgałęzienia, które mogą łączyć się z pobliskimi neuronami. Pojedynczy akson może mieć u człowieka długość do około metra i łączyć się z dendrytami bardziej odległych neuronów. Na przykład, neuron może połączyć rdzeń kręgowy ze stopą.

Rysunek 2.9 Neuron

Komórki nerwowe „strzelają” (tj. osiągają elektryczny potencjał czynnościowy) zgodnie z zasadą wszystko-albo-nic. Oznacza to, że albo komórka jest całkowicie aktywowana, albo nie jest aktywowana wcale. Zwiększenie intensywności stymulacji nie zwiększa prawdopodobieństwa, że nerw odpowie. Raczej zwiększa szybkość odpalania nerwu (tj. częstotliwość w czasie). Na przykład, gdy lampa staje się jaśniejsza, nie zwiększa to prawdopodobieństwa, że komórka receptorowa w oku zostanie pobudzona. Zwiększa to raczej częstotliwość, z jaką komórka receptorowa się zapala. Nerwy mogą się uruchamiać w tempie tysiąca razy na sekundę.

Wykonywanie połączeń chemicznych: Neurotransmitery

Wymiana chemiczna między neuronami zachodzi w synapsach, małych przestrzeniach oddzielających dendryty od zakończeń aksonów (patrz Rysunek 2.10).

Rysunek 2.10 Synapsa

Pierwsza komórka nerwowa uwalnia chemiczne neuroprzekaźniki, które mogą łączyć się z receptorami w drugim neuronie. Wymiana może skutkować pobudzeniem lub hamowaniem, w zależności od rodzaju aktywowanego receptora. Rysunek 2.11 zawiera listę głównych neuroprzekaźników wraz z ich rolami w organizmie.

Rys. 2.11 Główne neuroprzekaźniki

Leki psychoaktywne mogą wpływać na nastrój, myślenie i zachowanie. Większość z nich osiąga te efekty poprzez oddziaływanie na neuroprzekaźniki i połączenia synaptyczne. W Rozdziale 11 (Zachowania niedostosowawcze) rozważymy zastosowanie leków psychoaktywnych w leczeniu depresji i schizofrenii.

Mózg

Z powodów dosłownych i przenośnych, kuszące jest odnoszenie się do ludzkiego mózgu jako do koronnego osiągnięcia ewolucji. W końcu mózg siedzi na szczycie naszego systemu nerwowego i umożliwia nasze najbardziej złożone, jawne i ukryte zachowania. Twoje myśli, uczucia, wszystkie skomplikowane rzeczy, które robisz, nie byłyby możliwe bez tego organu, który mieści się wewnątrz czaszki na szczycie głowy.

Mózg człowieka jest podobny w budowie do mózgów innych ssaków, ale znacznie większy w porównaniu z wielkością naszych ciał. Bez wzrostu wielkości mózgu, który nastąpił podczas ewolucji człowieka, nie miałoby znaczenia, czy odziedziczyliśmy struktury fizyczne niezbędne do mówienia i tworzenia narzędzi. Ten potencjał nigdy nie zostałby zrealizowany. Manhattan nadal wyglądałby tak samo jak 400 lat temu. Obecnie wykorzystujemy nasz niezwykły mózg do badania samego siebie. Rząd Stanów Zjednoczonych ogłosił lata 90. „Dekadą Mózgu” i poczyniono znaczne postępy w zrozumieniu działania mózgu. Prezydent Stanów Zjednoczonych Barack Obama ogłosił w 2013 roku inicjatywę „The BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative”, mając nadzieję na pogłębienie tej wiedzy.

Istnieje wiele sposobów opisywania mózgu pod względem jego struktury (tj. anatomii) lub funkcji (tj. części działających razem w celu uzyskania określonego efektu). Rysunek 2.12 przedstawia główne części ludzkiego mózgu. Kora przedczołowa jest zaangażowana w wyższe funkcje poznawcze człowieka, w tym uwagę, percepcję, myślenie, pamięć, język i świadomość.

Rysunek 2.12 Mózg człowieka

Mózg jest organem adaptacyjnym łączącym czucie z ruchem. Oprócz pierwotnego obszaru somatosensorycznego w płacie ciemieniowym, obszary sensoryczne obejmują płat potyliczny dla wzroku i płat skroniowy dla słuchu. Poza pierwotnym obszarem ruchowym w tylnej części płata czołowego, obszary ruchowe obejmują pień mózgu i rdzeń kręgowy. Pozostała część kory mózgowej określana jest jako obszary asocjacyjne i jest przeznaczona do percepcji i poznania. To właśnie wielkość i struktura tego obszaru uległy ogromnej ekspansji w miarę ewolucji człowieka i umożliwiły nam nie tylko przetrwanie, ale i przekształcenie ludzkiej kondycji.

Ludzki mózg waży około trzech funtów i jest „gąbczasty” (coś jak żelatyna). Kora mózgowa pokrywa większą część mózgu i składa się z włókien nerwowych złożonych w taki sposób (zwanych zwojami), aby zwiększyć ilość powierzchni w całkowitej przestrzeni. Istnieją dwie symetryczne połówki, często określane jako lewa półkula mózgowa (lub półkula) i prawa półkula mózgowa (lub półkula). Obie połówki połączone są ciałem modzelowatym, grubą siecią włókien nerwowych umożliwiających obu stronom komunikację. Lewa strona mózgu łączy się z prawą stroną ciała i odwrotnie. Pewne czynności wydają się bardziej charakterystyczne dla jednej strony niż dla drugiej (patrz rysunek 2.13). Rozróżnienia te określane są mianem lateralizacji . Pomimo różnych akcentów, obie strony zazwyczaj działają zgodnie w wykonywaniu tych czynności (Toga & Thompson, 2003).

Rysunek 2.13 Lateralizacja mózgu

Większość ekspansji w rozmiarze ludzkiego mózgu nastąpiła w płacie czołowym. Ta część mózgu jest zaangażowana w samokontrolę, opisaną w rozdziale 1, oraz w myślenie abstrakcyjne i rozwiązywanie problemów, opisane w rozdziale 7. Mały płat potyliczny zajmuje się widzeniem, opisanym w rozdziale 3. Na granicy płatów czołowego i ciemieniowego znajduje się głęboka szczelina (bruzda środkowa), w której spotykają się duże pasma tkanki nerwowej odpowiedzialnej za czucie (pierwotna kora somatosensoryczna) i ruch (pierwotna kora ruchowa). Płat skroniowy jest zaangażowany przede wszystkim w pamięć i język, co zostało opisane w rozdziale 6. Płat ciemieniowy jest związany z odczuciami pochodzącymi ze skóry, mięśni i stawów.

Układ dokrewny: Regulacja hormonalna

Układ endokrynny składa się z gruczołów bez przewodów, które wydzielają hormony (przekaźniki chemiczne) do krwiobiegu, aby utrzymać homeostazę. Istnieje u wszystkich zwierząt posiadających system nerwowy. Podobnie jak układ nerwowy, układ endokrynny umożliwia komunikację między różnymi częściami ciała.

Układ endokrynny utrzymuje homeostazę poprzez serię pętli sprzężenia zwrotnego, z których najważniejsze są kontrolowane przez podwzgórze współdziałające z przysadką mózgową. Często podwzgórze stymuluje przysadkę mózgową do wydzielania hormonu aktywującego inny gruczoł. Jeśli sygnał jest przekazywany do gruczołu, wskazując niski poziom we krwi jego hormonu, wydziela dodatkowe ilości do strumienia krwi. Gdy optymalny poziom zostanie przywrócony, gruczoł przestaje wydzielać hormon. W ten sposób układ endokrynny odgrywa kluczową rolę w metabolizmie, wzroście, rozwoju płciowym, reprodukcji i reagowaniu na stres. Rysunek 2.14 przedstawia lokalizacje głównych gruczołów.

Rysunek 2.14 Główne lokalizacje gruczołów

Przysadka mózgowa łączy się z podstawą podwzgórza i jest często określana jako gruczoł główny, ponieważ wydziela kilka różnych hormonów wpływających na inne gruczoły biorące udział w utrzymaniu homeostazy. Hormony wydzielane przez przysadkę kontrolują wzrost, ciśnienie krwi, równowagę wodną, regulację temperatury i uśmierzanie bólu. Szyszynka znajduje się u podstawy kory mózgowej, pomiędzy dwiema półkulami i obok wzgórza. Wpływa na cykl snu i czuwania poprzez wydzielanie hormonu melatoniny, gdy jest stymulowana przez światło. Tarczyca znajduje się w szyi przy krtani (skrzynce głosowej) i wpływa na metabolizm poprzez kontrolowanie tempa, w jakim energia jest zużywana. Jest to jeden z gruczołów podlegających przysadce mózgowej, która wydziela hormon tyreotropowy (TSH). Przysadka z kolei jest kontrolowana przez podwzgórze poprzez uwalnianie hormonu uwalniającego tyreotropinę (TRH). Ludzie mają zazwyczaj cztery gruczoły przytarczyczne znajdujące się na tylnej powierzchni tarczycy. Kontrolują one ilość wapnia we krwi i w kościach. Grasica znajduje się poniżej tarczycy, w środkowej części klatki piersiowej. Jest ona ważną częścią układu odpornościowego. Jej uszkodzenie, np. w wyniku zarażenia wirusem HIV, może skutkować zwiększoną podatnością na infekcje (np. AIDS). Śledziona znajduje się w dolnej części klatki żebrowej i bierze udział w usuwaniu czerwonych krwinek. Nadnercza znajdują się na szczycie nerek i poprzez uwalnianie epinefryny (adrenaliny) są w znacznym stopniu zaangażowane w reakcję organizmu „walcz lub uciekaj” w odpowiedzi na niebezpieczeństwo. Gruczoły płciowe (jajniki u kobiet i jądra u mężczyzn) wydzielają hormony kontrolujące rozwój narządów rozrodczych i drugorzędowych cech płciowych (np, owłosienie łonowe) w okresie dojrzewania.

Atrybucje

Figura 2.7 „Układ nerwowy człowieka” jest udostępniona na licencji CC BY-SA 3.0

Figura 2.8 „Autonomiczny układ nerwowy” autorstwa Geo-Science-International jest udostępniona na licencji CC BY 1.0

Rysunek 2.9 „The neuron” is licensed under CC BY-SA 4.0

Rysunek 2.10 „Synapse” by Dwindrim is licensed under CC BY-SA 1.0

Rysunek 2.11 „Neurotransmitters” is licensed under CC BY-SA 3.0

Figure 2.12 „Human brain” by Bruce Blaus is licensed under CC BY 3.0

Figure 2.13 „Brain lateralization” is licensed under CC BY-SA 3.0

Rycina 2.14 „Major endocrine glands” by US Government is in the Public Domain, CC0