22 июля отмечается Всемирный день мозга, и в этом контексте ученый из Пермского Политеха поделился множеством интересных фактов о нашем мозге. Он рассказал, сколько нейронов он содержит, как быстро они могут передавать сигналы, и даже о том, какую роль мышцы пресса играют в очищении мозга. Подробности можно узнать из Газеты Новостей Кунгурского края.
В человеческом мозге содержится до 100 миллиардов нейронов. Эти нейроны являются основными клетками нервной системы, генерирующими и передающими импульсы с помощью электрических и химических сигналов. Они образуют сложные нейронные сети, которые обеспечивают работу мозга, мышц и всех органов, а также наше мышление и память. По словам кандидата медицинских наук, старшего научного сотрудника кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Валерия Литвинова, точное количество нейронов в мозге может варьироваться от 19 до 100 миллиардов, что связано с трудностью подсчета клеток в этом объемном и сложном органе.
Большая часть нейронов формируется еще в период внутриутробного развития. Однако процесс появления новых клеток во взрослом мозге происходит крайне ограниченно, в основном в гиппокампе, области, отвечающей за память и обучение. Скорость их образования варьируется от крайне низкой – менее 0,03% в день, до полного отсутствия у некоторых людей. В то же время гибель нейронов происходит постоянно, и ее скорость составляет от 3,5 до 16 миллионов клеток в день. Это естественная часть работы головного органа, связанная с «обрезкой» лишних или неиспользуемых связей, важной для его эффективной работы.
Оценочный объем памяти человеческого мозга составляет около 2,5 петабайт или примерно 2,5 миллиона гигабайт. Для наглядности это эквивалентно емкости 20 000 смартфонов с 128 ГБ памяти. Секрет заключается не только в количестве нейронов, но и в их способности создавать невероятное количество связей. Каждая нейрон может формировать более тысячи соединений, создавая сложнейшую сеть, что и увеличивает объем памяти.
Мозжечок, отвечающий за равновесие и координацию, занимает всего 10% объема черепа, но содержит 70-80% всех нейронов мозга. Это неравномерное соотношение объясняется ключевой ролью мозжечка в автоматизации движений и обучении. В нем хранятся все отработанные двигательные навыки, и каждая клетка может принимать до 200 000 сигналов от других нейронов. Современные исследования показывают, что мозжечок также участвует в эмоциональных реакциях, планировании и даже социальном поведении.
Импульсы в мозге передаются со скоростью реактивного истребителя. Максимальная скорость передачи сигнала в мозге достигает 432 км/ч, что сопоставимо с разгоняющейся на взлете реактивной машиной. Эта скорость характерна для крупных и толстых нервных путей, которые отвечают за доставку команд от скелетных мышц и тактильных рецепторов. В то же время тонкие волокна, лишенные миелиновой оболочки, проводят импульсы гораздо медленнее – до 7,2 км/ч, что объясняет задержку болевых ощущений.
Электрический сигнал в мозге создается благодаря движению ионов натрия и калия, которые попадают в организм с пищей и водой. Когда приходит сигнал, ионы натрия устремляются внутрь нейронов, создавая электрический импульс. В этот момент мозг потребляет около 20 ватт энергии, что эквивалентно потреблению небольшой светодиодной лампочки. Для сравнения, мощные суперкомпьютеры выполняют эквивалентные вычисления, потребляя около 20 мегаватт.
Часть мозга, известная как «рептильный мозг», передалась человеку от первых позвоночных, живших 500 миллионов лет назад. Эта часть включает в себя ствол мозга и мозжечок и управляет жизненно важными функциями, такими как дыхание и сердцебиение. Исследования показывают, что базовый набор нейронных ядер у примитивных рыб схож с нашим.
Физическая активность также играет важную роль в здоровье мозга. Сокращение мышц пресса во время упражнений повышает давление в брюшной полости, что передается в череп и помогает очищать мозг от токсинов. Если это взаимодействие нарушается, например, из-за ожирения, это может привести к проблемам с когнитивными функциями.
Астроциты, звёздчатые клетки вспомогательной ткани мозга, также играют важную роль в активации воспоминаний. Они наращивают рецепторы, чувствительные к гормону норадреналину, и активируются при восстановлении воспоминаний, укрепляя связи между нейронами.
Необходимо отметить, что мозг является самым жирным органом в теле, содержание жира в его сухом веществе составляет около 60%. Это необходимо для его правильной работы, поскольку большая часть жировой ткани сосредоточена в миелиновых оболочках, обеспечивающих быструю передачу сигналов и поддерживающих общее когнитивное здоровье.
С возрастом, после 50 лет, объем мозга начинает уменьшаться примерно на 2-3% за каждое десятилетие. Это происходит не из-за массовой гибели нейронов, а из-за уменьшения их размера и сокращения количества связей. Однако у мозга есть значительный ресурс нейропластичности, что позволяет ему компенсировать потери. Регулярные физические упражнения, сбалансированное питание и активная умственная деятельность могут замедлить эти изменения.