Ľudský mozog je základnou riadiacou jednotkou ľudského tela a nášho duševného života. Pritom váži asi 1,5 kg, čo je zhruba 2 % celkovej hmotnosti ľudského tela. Na prvý pohľad pripomína vlašský orech. Vonkajší obraz mozgu nám ukáže, že je rozdelený na dve polovice, ktoré nazývame hemisférami. Existuje teda hemisféra pravá a hemisféra ľavá.
Tieto hemisféry však neexistujú každá zvlášť, ale sú spojené zložitou neurónovou sieťou, známou ako corpus callosum, ktorá prevádza informácie z jednej polovice mozgu do druhej. Pri vonkajšej prehliadke mozgu si tiež všimneme, že mozog vyzerá akosi "pokrčený", je plný rýh a závitov. Práve tieto ryhy a závity zväčšujú vonkajšiu plochu mozgovej kôry, čím prispievajú k väčšej funkčnej kapacite.
Základná štruktúra mozgovej kôry
Šedá a biela hmota
„Šedá kôra mozgová“ je naozaj mozgová kôra a má skutočne našedlú farbu. Je to spôsobené tým, že je tvorená prevažne telami nervových buniek - neurónov, ktoré majú šedú farbu. Z týchto mozgových buniek potom vybiehajú do vnútorných mozgových štruktúr nervové vlákna, ktoré sú väčšinou obalené myelínom. Ten je naopak biely, preto je mozog vo vnútornej štruktúre prevažne práve biely.
Mozgová kôra (po lat. cortex cerebri) je sivá hmota v krajnej časti koncového mozgu. Je hrubá 2-5 mm a tvorí ju 13-15 miliárd neurónov, z ktorých každý vytvára asi 5 000 synapsií (neurónových spojení). Povrch kôry je poprehýbaný do závitov, tzv. gyrifikácia kôry, čo zväčšuje plochu až na 2 200 cm². Je to najvyššie riadiace centrum organizmu.
Mozgová kôra koncového mozgu sa skladá zo šiestich vrstiev nervových buniek. V kôre sa nachádzajú väčšie alebo menšie oblasti, nazývané projekčné kôrové centrá, do ktorých vstupujú informácie z receptorov. Tu sa analyzujú, syntetizujú a na základe týchto pochodov sa prijímajú rozhodnutia o forme reakcie. Okrem senzorických kôrových oblastí sú tu aj motorické centrá, ktoré riadia vôľové, vedomé pohyby, formuje sa tu vedomá činnosť.
Vývojové delenie mozgovej kôry
Z hľadiska vývoja možno rozdeliť mozgovú kôru na:
- Paleocortex: Fylogeneticky najstaršia časť kortexu, nachádza sa vo funkčnej kortikálnej oblasti pre čuch - tvorí rhinencephalon.
- Archicortex: Zaberie približne 4 % kortikálneho povrchu. Je uložený v hĺbke temporálneho laloku a na jeho dolnom okraji.
- Neocortex (tiež isocortex): Vývojovo najmladšia, zároveň ale zaberá až 95 % celkového povrchu kortexu a je sídlom najvyšších nervových funkcií.
Allocortex je označenie pre vývojovo staršie štruktúry, teda paleocortex a archicortex.
Štruktúra a organizácia mozgovej kôry
Lamina molecularis tvorí povrch kortexu a obsahuje v porovnaní s ostatnými vrstvami menej neurónov. Je tvorená predovšetkým gliovými bunkami, interneurónmi a nervovými vláknami. Kortex má tiež svoju myeloarchitektoniku, teda usporiadanie nervových vlákien.
Brodmannove oblasti
Brodmannove oblasti sú systémom slúžiacim na rozdelenie mozgovej kôry na základe cytoarchitektonickej organizácie. Táto klasifikácia je postavená na skutočnosti, že ľudská mozgová kôra sa skladá z celkom šiestich bunkových vrstiev, ktorých hustota a celková architektúra sa líši oblasť od oblasti. Korbinian Brodmann publikoval zmapované ľudské kortikálne oblasti už v roku 1909.
Kortex Brodmann rozdeľuje na 52 regiónov (číslované postupne). Rôznym oblastiam je na základe ich fyziologických vlastností priraďovaná aj funkcia, prečo sa nazývajú funkčné kortikálne oblasti. Motorické oblasti majú vyvinutú predovšetkým 3. a 5. vrstvu, kým oblasti pre senzitívne podnety skôr 2. a 4.
Funkcie mozgovej kôry podľa lalokov a oblastí
Mozgová kôra tvorí asi 2/3 z celej mozgovej hmoty. Plní mnoho dôležitých funkcií a je tvorená štyrmi lalokmi - čelovým, spánkovým, temenným a záhlavným. Mozog a miecha, ako centrálna nervová sústava, je vysoko plastická. Dnes vieme, že v mozgu zreje v priebehu celého dospievania a počas neho dozrievajú rôzne kognitívne funkcie.
Čelný lalok (Frontálny kortex)
Čelný lalok zaberá najväčšiu časť mozgovej kôry a je kontrolným centrom celého nášho bytia. V čelnom laloku sa nachádza centrum usudzovania, uvažovania, rozumu a vôle. Kôra čelného laloku zaberá 2/3 plochy celej mozgovej kôry, niekedy sa mu tiež hovorí "koruna mozgu". Z dôvodu jeho kritickej dôležitosti je veľmi dôležité túto oblasť hlavy chrániť.
Motorické oblasti
- Primárna motorická oblasť (Brodmannova area 4): Je uložená v gyrus praecentralis; jej funkciou je zabezpečovanie voľnej motoriky. Motorický kortex je organizovaný somatotopicky, kde určité časti tela majú projekciu rozsiahlejšiu, než by zodpovedalo ich veľkosti - označuje sa ako motorický homunkulus. Horná časť M1 ovláda svaly nohy, dolné končatiny, trupu a horné končatiny, zvyšné časti smerom k sulcus lateralis ovládajú svaly ruky, krku, tváre, hrtana a jazyka.
- Premotorická oblasť (Brodmannova area 6): Nadväzuje na M2, je umiestnená v zadnej časti gyrus frontalis superior a v prednom oddiele gyrus precentralis. Cielene pripravuje a mení pohyby, spolupracuje s frontálnym okohybným poľom (FEF) pri zrakovej kontrole okolia. Poškodenie vedie k ideomotorickej apraxii.
- Frontálne okohybné pole (FEF, Brodmannova area 8): Je lokalizované v gyrus frontalis, susedí s premotorickou oblasťou.
Senzitívne oblasti
- Primárna senzitívna oblasť (Brodmannove areae 1, 2, 3): Je umiestnená v gyrus postcentralis a zadnej časti lobulus paracentralis. Do tohto miesta prichádzajú senzitívne dráhy z tela a hlavy. Aj tu je prítomná somatotopická organizácia kortexu - senzitívny homunkulus. Podnety spôsobujú pocity dotyku na kontralaterálnej polovici tela, poruchou je hypestézia.
- Sekundárna senzitívna oblasť (Brodmannova area 40): Zastupuje hornú časť fissura lateralis v gyrus postcentralis. Stimulácia vedie k pocitu menej presného cítenia.
- Asociačná somatosenzitívna kôra (Brodmannove areae 5, 7): Je uložená v oblasti lobuli parietales. Má za úlohu analýzu a integráciu hmatu, polohocitu (propriocepcia), vnímanie pohybu a orientáciu v priestore, čím vytvára priestorovú predstavu a o vzájomných vzťahoch jednotlivých častí tela.
Zrakové oblasti
- Primárna zraková oblasť (V1, Brodmannove areae 17): Je umiestnená v oblasti sulcus calcarinus, mediálna plocha okcipitálneho laloku. Zabezpečuje vnímanie videných objektov.
- Sekundárna zraková oblasť (Brodmannove areae 18, 19): Je lokalizovaná v tesnej blízkosti primárnej zrakovej oblasti. Jej funkciou je detailnejšia analýza videného, nachádza sa tu zraková pamäť.
Sluchové oblasti
- Primárna sluchová oblasť (A1, Brodmannove areae 41, 42): Vyskytuje sa v dolnej časti fissura cerebri lateralis, v gyri temporales transversi (Heschlove závity). Má za úlohu zabezpečovanie uvedomovania si jednotlivých tónov a zvukov. Poruchou je hluchota, dochádza teda k obojstrannej poruche sluchu.
- Sekundárna sluchová oblasť (Brodmannova area 22): Je uložená v gyrus temporalis superior. Jej funkciou je analyzovanie, rozpoznávanie a komplexnejšie vnímanie zvukov a hlasov.
Chuťová a čuchová oblasť
- Chuťová kortikálna oblasť (Brodmannova area 43): Je lokalizovaná v oblasti gyrus postcentralis (pars opercularis) a v priľahlej kôre lobus insularis. Má za úlohu spracovanie chuťových vnemov.
- Čuchová kortikálna oblasť (Brodmannova area 28): Je uložená vo gyrus parahippocampalis, teda area entorhinalis. Spracováva čuchové vnemy a zodpovedá paleocortexu.
Oblasť pre vnímanie pohybu hlavy
Táto oblasť sa vyskytuje na pomerne malom úseku v oblasti gyrus postcentralis, veľmi blízko sulcus lateralis (Brodmann area 2V). Vďaka nej dochádza k uvedomovaniu si pohybu hlavy v priestore.
Rečové centrá
Už v 19. storočí vedci zistili, že poranenia mozgu na určitých miestach v ľavej hemisfére súvisí s deficitom schopnosti reči. Dnes sa vie, že fenomén reči sa ovláda z piatich oblastí, a obe hemisféry spolu úzko spolupracujú.
- Brocovo centrum reči (Brodmannove areae 44, 45): Je lokalizované v oblasti gyrus frontalis inferior, pars triangularis. Primárne sa podieľa na tvorbe slov, viet a písanom prejave. U pravákov aj väčšiny ľavákov je umiestnené vľavo. Poškodením je expresívna Brocova afázia, ktorá spôsobuje postihnutie reči, pričom porozumenie je v poriadku.
- Wernickeovo centrum (Brodmannove areae 22, 39, 40): Je väčšinou v ľavej (dominantnej) hemisfére v gyrus temporalis superior a v priľahlej parietálnej kôre. Primárne má za úlohu porozumenie počutého slova a písaného textu. Poškodenie vedie k percepčnej afázii, čo znamená, že pacient počuje, ale nerozumie významu slov a viet.
Pri poruche fasciculus arcuatus, ktorý spája Brocovo a Wernickeovo centrum, dochádza ku kondukčnej afázii.
Asociačné oblasti
Tieto oblasti tvoria až 75 % mozgovej kôry. Niektoré oblasti kortexu nie sú typické pre vykonávanie jedinej funkcie, skôr v nich dochádza k integrácii somatosenzitívnych, sluchových a zrakových vnemov. Sú lokalizované v oblastiach prefrontálnych, parietálnych, temporálnych i okcipitálnych.
Kôra frontálneho laloku je spojená s retikulárnou formáciou, talamom a limbickým systémom. Poškodenie tejto oblasti vedie k apatii, nezáujmu o vlastnú osobu, deprivácii osobnosti a emočnej labilite. Prerušenie týchto spojov bolo podstatou skôr používanej frontálnej lobotómie.
Dorzolaterálny prefrontálny kortex hrá dôležitú rolu pri výskume morálky. Zistilo sa, že ak sa ľudia rozhodovali viac utilitaristicky (mysleli na dôsledky svojich činov), aktivovala sa práve táto oblasť mozgu. U ľudí, ktorí sa utilitaristicky nerozhodovali, sa aktivoval skôr ventromediálny prefrontálny kortex, ktorý je zodpovedný viac za spracovanie emócií.
Plasticita mozgu a regenerácia
Ľudský mozog je tvorený desiatkami miliárd nervových buniek - neurónov. Každá z týchto buniek je pritom spojená až s desaťtisícmi ďalších. Do nedávnej doby panoval názor, že jediné bunky, ktoré sa v tele neobnovujú, sú bunky mozgové. Vďaka najnovším prístrojom možno mapovať činnosť mozgu a dlhodobo sledovať vplyv činností na jeho štruktúru.
Bolo opakovane preukázané, že stimuláciou určitých mozgových centier dochádza k zlepšovaniu jeho príslušných existujúcich funkcií. Plasticita mozgu je potvrdzovaná funkčným zobrazovaním mozgu a môže byť simulovaná napríklad v neurónových sieťach. Mozog a miecha, ako centrálna nervová sústava, je vysoko plastická. Denne vzniká až niekoľko tisíc nových nervových buniek.
Vďaka plasticite neurónov sa v podstate človek stimuláciou príslušných mozgových centier vyvinul do dnešnej podoby. Už počas prenatálneho vývoja a v období po narodení je mozog najtvárnejší a najcitlivejší voči stimulácii. Preto tiež naše rané zážitky rozhodujúcim spôsobom ovplyvňujú náš celý ďalší život. Výskumy v tejto oblasti dokazujú, že vplyvom stimulácie rôznych mozgových centier dochádza k pozitívnym štrukturálnym zmenám v neurónovej sieti. Mozgové bunky, ktoré sú prenášačom signálu, vykazujú nárast či už vo svojej stavbe, alebo v zmysle nárastu ich počtu.
Plasticita mozgu sa pozitívne prejavuje aj v prípade mozgových poranení najrôznejšieho pôvodu. Pokiaľ došlo k zraneniu v niektorom z centier zodpovedných za určitú funkciu, túto funkciu, vplyvom stimulácie, tréningu a odbornej neurorehabilitácie preberá niektorá z alternatívnych či susedných oblastí. V odborných kruhoch je známe mnoho prípadov, kedy sa úplne predtým zdravý človek po závažnom mozgovom traume opäť uzdravil vďaka následnej odbornej starostlivosti a vlastnej snahe.
Fascinujúce prípady a výskumy
Prípad Phineasa Gagea
V roku 1848 pracovník amerických železníc Phineas Gage utrpel vážnu nehodu. Lebkou mu po predčasnom výbuchu nálože preletela kovová tyč, ktorá zasiahla jeho čelný lalok. Gage zázrakom prežil a hoci prišiel o jedno oko, nevykazoval nijaký úbytok inteligencie či kognitívnych schopností. Avšak, jeho správanie sa rapídne zmenilo: nebol schopný udržať si prácu, jeho chovanie bolo drzé, nevhodné, často až extrémne nespoločenské. Zdá sa, akoby po tomto úraze Gage stratil schopnosť riadiť sa „zdravým rozumom“ a schopnosť rozhodovať sa.
Pacienti s rozdeleným mozgom (Split-brain patients)
Hoci termín znie pomerne desivo, jedná sa o procedúru indikovanú pacientom so silnou epilepsiou. Keďže epileptický záchvat vzniká v jednom bode a následne sa šíri do celého mozgu, lekári pri operácii pretnú takzvané corpus callosum, spleť nervových vlákien spájajúca ľavú a pravú hemisféru. Tým sa zabráni šíreniu záchvatov z jednej hemisféry do druhej, intenzita záchvatov sa podstatne znižuje a kvalita života pacientov rapídne zvyšuje.
Táto procedúra je však občas spojená s bizarnými vedľajšími účinkami, napríklad takzvaným syndrómom odcudzenej ruky (alien hand syndrome), kedy pacient po zákroku stráca kontrolu nad jednou zo svojich rúk.
Syndrom dlouhé ruky má řešení!
Výskum mozgu Alberta Einsteina
Mozog Alberta Einsteina bol sedem a pol hodiny po jeho smrti vyňatý z tela a podrobený detailnému vedeckému výskumu. Zistilo sa, že Einsteinova genialita nespočívala v neobvyklej veľkosti mozgu (vážil 1230 g, priemer je 1300-1400 g). Mal však nadpriemerný počet gliových buniek, ktoré sú zodpovedné za podporu a výživu neurónov. Toto mohlo byť spôsobené neobvykle vysokou mozgovou aktivitou. Corpus callosum bolo o 20% širšie a obsahovalo teda viac neurónových spojení, než u bežnej populácie. Fotografie mozgu tiež ukazujú zväčšenú Sylviovu ryhu, pričom jej časť chýbala, a spodná oblasť temenného laloku v oboch hemisférach bola oproti priemeru o 15% väčšia.
Mapovanie mozgu a sémantický systém
Ľudia mapujú mozog už 150 rokov. Prvú mapu tohto orgánu vytvoril na začiatku 20. storočia nemecký neuroanatóm Korbinian Brodmann. Nová mapa mozgu, výsledok Human Connectome Project, delí pravú aj ľavú hemisféru na 180 oblastí na základe fyzických, funkčných a prepojovacích rozdielov. Táto mapa predstavuje zásadný pokrok.
Tím Kalifornskej univerzity v Berkeley pomocou magnetickej rezonancie študoval, ako mozog ukladá jednotlivé slová. Vedci zistili, že slová s podobným charakterom (napríklad sociálnym či logickým) majú tendenciu sa v mozgu zoskupovať vo viacerých oblastiach. Slovo sa teda neukladá iba do jednej konkrétnej, ale vytvorí reakciu po celom mozgu, v oboch hemisférach, a nájde si miesto všade tam, kam si ho naviažeme na základe jeho významu. Pojmy roztriedili do jedenástich významových kategórií, pre ktoré vznikla akási farebná mapa. Tento sémantický (významový) systém presne funguje pre našu pamäť, myšlienky a spomienky.
Nové metódy skúmania štruktúry mozgu
Natalya Korogodovová, Carl Petersen a Graham Knott z École Polytechnique Fédérale v Lausanne zistili, že doterajšie metódy skúmania jemnej štruktúry mozgu, najmä fixovanie tkaniva, spôsobujú jeho zmrštenie až o 30 %. Riešením je rýchle zmrazenie mozgu pred zobrazovaním, ktoré zachováva jeho pravú štruktúru. Využili takzvanú kryofixáciu prúdmi kvapalného dusíka, ktorá zmrazí mozog na mínus 90 stupňov Celzia v priebehu milisekúnd. Tento proces zabraňuje tvorbe kryštálikov ľadu a mení vodu na amorfné sklo, čím zostávajú zachované pôvodné štruktúry a celková architektúra tkaniva. Výsledky 3-D snímkovania elektrónovým mikroskopom ukázali, že chemicky fixovaný mozog bol oveľa menší, najmä úbytkom mimobunkového priestoru okolo neurónov.
Jednou z nových a dôležitých tém, ktorú vedci skúmajú, je pamäť, ako distribuovaný fenomén rozptýlený po celej mozgovej kôre. Používajú metódy ako chemogenetika (DREADDs) na skúmanie špecifických informačných dráh a zistili, že informácie z mediálneho temporálneho laloku, kľúčové pre pamäť, sa dostávajú do časti neurónu, ktorá kóduje vnútorné informácie a očakávania.
Prosopometamorphopsia (PMO) - Porucha vnímania tvárí
Jednou z veľkých neznámych v neurovede je prosopometamorphopsia (PMO) - porucha zrakového vnímania spôsobená poškodením mozgovej kôry, konkrétne oblastí zodpovedných za rozpoznávanie a spracovanie tvárí. Pacienti s PMO vidia tváre ľudí ako deformované, často pripomínajúce démonov alebo hororové postavy, zatiaľ čo objekty a iné časti tela zostávajú nezmenené. Prípad 59-ročného Victora Sharraha ukázal, že symptómy môžu byť zmiernené použitím zeleného svetla, ktoré odstránilo vnímané skreslenia.