Начнем с периферических нервов, которые обслуживают все тело: лицо, туловище и конечности. Некоторые отвечают за чувствительность, другие – за движение, третьи принимают участие в регуляции тонуса сосудов и мышц. Но есть и те, что несут в себе все волокна сразу, как большой черный провод, внутри которого ветвятся маленькие цветные провода – синий, красный, зеленый, белый. Все эти нервы формируются в спинном мозге, где действует принцип функционального разделения клеток.

Серое вещество спинного мозга – это клетки, «переключатели» сигналов, а белое вещество, которое находится снаружи, – наподобие «проводов». Это условный «лифт», связывающий различные «этажи», в том числе спинной и головной мозг.

Рис. 2. Строение головного мозга

Ствол головного мозга является прямым продолжением спинного мозга и отвечает за жизненно важные функции дыхания и сердечной деятельности. Также за счет ядер черепных нервов он обеспечивает иннервацию кожи и мышц лица и головы, языка, зрения, обоняния, вкуса и слуха. Связь этих органов чувств осуществляется на рефлекторном уровне (например, вы услышали звук и автоматически посмотрели в эту сторону). Здесь же находятся центры управления блуждающего нерва, который связан со сном, пищеварением, дыханием, тонусом сосудов.

Таламус, гипоталамус и эпифиз являются элементами промежуточного мозга между стволом и корой полушарий. Они связаны с регуляцией всех вегетативных функций, контролируют терморегуляцию, ритм сна и бодрствования, а также поступающую из спинного мозга информацию, которая доходит до нашего восприятия. Доходит, кстати, лишь малая ее часть, иначе бы люди сходили с ума от объема потока. Гипоталамус – высший уровень регуляции всех видов гормонов, здесь вырабатывается большое количество нейроэндокринных факторов.

Мозжечок – часть мозга, расположенного позади ствола, под затылочной долей. Он связан с координацией, равновесием, тонусом мышц, памятью позы и перемещением. Самый типичный пример обратимого поражения этой области – алкогольное опьянение.

Подкорковые ядра и старая кора (гиппокамп) – глубокие отделы мозга, связанные с долговременной памятью, эмоциями, обонянием и кодированием окружающего пространства. Поражение этой области вызывает различные виды нарушения памяти и деменцию.

Мозолистое тело – структура, связывающая два полушария между собой. Синхронизирует левую и правую стороны, обеспечивает целостность восприятия, единство мыслительного и творческого процесса.

Кора полушарий большого мозга обеспечивает высшую нервную деятельность. Отвечает за абстрактное мышление и воображение, дает понимание таких категорий, как мораль, нравственность, ответственность, социальные нормы, целеполагание и воля. Передний мозг делится на правое и левое полушарие, каждое из них имеет четыре доли: лобную, теменную, височную и затылочную, которые условно выполняют различные функции^[6].

Рис. 3. Доли мозга

Правое полушарие отвечает за творчество, свободное поведение, открытость, спонтанность, танцы, фантазии и мечтания.

Левое полушарие – это математические способности, логика, действия, нацеленные на конкретный результат, аналитика.

Лобные доли – логика, воля, дисциплина, адекватный уровень критики к себе, управление движениями конечностей.

Теменные доли – чувствительность кожи и внутренних органов, способность 3D—восприятия на ощупь, понимание абстрактных категорий.

Височные доли – долговременная память, слух, понимание языков, осмысление письменной речи и текстов.

Затылочная доля – зрительное восприятие, анализ визуальных стимулов, интеграция бинокулярного зрения, то есть синхронизация работы обоих глаз и суммирование поступающей информации в одну картинку на две сетчатки.

Итак, в этой главе мы познакомились с основными терминами и общими сведениями о ЦНС. Теперь мы перейдем к более подробному разбору взаимодействия мозга как главного органа ЦНС с другими системами организма.

Глава 2
Кишечник и мозг

В последнее десятилетие все чаще можно услышать о связи работы кишечника и мозга. Говорят также о существовании так называемой двусторонней оси взаимоотношений. Нередко упоминается и третий участник этой системы – микробиота кишечника. На самом же деле все обстоит гораздо сложнее, поскольку, помимо упомянутых участников, в процесс вовлечены иммунная и эндокринная системы, равно как и рацион, и формат питания, которого придерживается человек. Эта система находится в непрерывной трансформации в зависимости от пауз между приемами пищи, вида съеденного продукта и выпитых напитков, эмоционального фона и даже индивидуального состава микроорганизмов, обитающих в пищеварительном тракте.

Все начинается с момента родов, когда происходит первый прямой активный контакт младенца с различными микроорганизмами.

Естественные родовые пути – очень важное «крещение» малыша лактобациллами, в то время как после кесарева сечения биоразнообразие в организме ребенка сдвигается в сторону кокковой флоры, и контакта с необходимыми молочнокислыми бактериями в таком случае гораздо меньше.

Следующий этап становления микробиома – кормление грудным молоком, которое является дополнительным фактором формирования нормальной флоры малыша. Как оказывается, та флора, которая сформировалась у ребенка на самых ранних этапах (с первых месяцов), позднее доминирует на протяжении всей жизни, поэтому так важно заселить ее правильным образом. Лечение антибиотиками в этом периоде, отсутствие разнообразия в питании с преобладанием быстрых углеводов и сильный стресс наносят определенный урон состоянию микробиома, с которым сейчас связывают здоровое долголетие.

Связь кишечника и мозга становится более очевидной в контексте следующих фактов:

– органы пищеварения являются главным источником чужеродных для организма веществ – антигенов. К ним можно отнести все виды пищевых продуктов, различные микроорганизмы, некоторые аллергены и токсичные вещества;

– ЖКТ имеет большую площадь контакта. На всей площади желудочно-кишечного тракта происходит взаимодействие с антигенами, микробиотой, в том числе через прямое соприкосновение с нервными клетками;

– основной массив иммунных клеток и лимфоидных образований находится вблизи пищеварительного тракта или окружает его. Это прослеживается уже с ротовой полости и глотки, где расположены массивные скопления лимфоидной ткани – лимфоузлы, аденоиды и небные миндалины. Желудок и кишечник окружены большим количеством брыжеечных лимфоузлов, а иммунные клетки всегда присутствуют в стенке и на слизистых;

– самое значительное количество нервных и иммунных клеток, сплетений и различных образований вне центральной нервной системы находится в ЖКТ, который часто именуют «вторым мозгом» или энтеральной нервной системой. Это говорит об очевидном приоритете обслуживания пищеварительного тракта нервной системой с эволюционной точки зрения;

– качество пищеварения зависит от психоэмоционального фона. Этот факт действует и в обратную сторону: настроение меняется в зависимости от голода или сытости, вида съеденного продукта и его объема;

– регуляция работы ЖКТ происходит отчасти с помощью тех же нейромедиаторов, которые участвуют и в работе мозга. В осуществлении функций пищеварения активно принимают участие и там же синтезируются серотонин, дофамин, норадреналин и гистамин. Их роль заключается в контроле проницаемости кишечного барьера, регуляции тонуса сосудов, перистальтики и болевой чувствительности.

Термин «ось кишечник – мозг» (gut – brain axis) обозначает тесное двустороннее взаимодействие центральной нервной системы и кишечника. Этот процесс обеспечивается за счет большого объема нервных клеток в пищеварительном тракте. В совокупности эти клетки образуют кишечную нервную систему. Недавние исследования показали важность кишечной микробиоты и ее прямое участие в этих процессах. Во врачебной практике доказательства взаимодействия микробиоты и мозга видны на примере частой комбинации дисбактериоза с расстройствами центральной нервной системы (то есть аутизмом, тревожно-депрессивным поведением) [1].

В качестве примера взаимосвязи оси кишечник – мозг может быть представлено такое состояние, как дисбиоз (то есть нарушение состава кишечной флоры), встречающийся при ухудшении настроения и эмоционального фона. Более того, эта система работает и в обратном направлении, от кишечника к мозгу, что наблюдается при функциональных расстройствах пищеварения, таких как синдром раздраженного кишечника (далее СРК), на фоне которого могут возникать нарушения эмоционального состояния.

Рис. 4. Ось кишечник – мозг

Теперь подробнее остановимся на конкретных путях сообщения кишечника и нервной системы.

Из кишечника в мозг:

– продукция нейроактивных веществ;

– защита от антигенов и токсинов;

– модуляция импульсов по чувствительным волокнам в ЖКТ;

– регуляция иммунного ответа.

Из мозга в кишечник:

– контроль посредством блуждающего нерва;

– продукция защитного слизистого слоя ЖКТ;

– регуляции перистальтики, сфинктеров, пищеварительных соков;

– обратный иммунный ответ (вагус снижает воспаление);

–продукция нейроактивных веществ, таких как серотонин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК^[7], GABA), фактор роста нервов (BDNF), короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), оксид азота NO, дофамин, норадреналин, гистамин, аминокислоты, органические кислоты и т. д.

Из кишечника в мозг

Показательные исследования проводились на стерильных животных, в основном мышах, которые не имели собственной нормальной флоры.

Отсутствие микробной колонизации или недостаток нормальной флоры приводит к изменениям нейромедиаторного обмена, а также к изменениям функций кишечника, которые заключались в задержке опорожнения и уменьшении перистальтических движений кишечника в направлении прямой кишки.

Все отклонения исчезали после введения этим животным различных штаммов нормальной микрофлоры [2].

Микробиота влияет на реакцию на стресс и тревожное поведение посредством регуляции гипоталамо-гипофизарной оси, воздействуя на синтез кортизола и адренокортикотропного гормона (АКТГ). Нарушение памяти у стерильных животных, вероятно, связано с измененной экспрессией ВDNF, одного из наиболее важных компонентов. Эта молекула является нейротрофическим фактором, представленным преимущественно в гиппокампе и коре головного мозга, где происходит регуляция процессов памяти и эмоций. Присутствие микробиоты приводит также и к модуляции серотонинергических структур в лимбической системе.

«Хорошие» бактерии (пробиотики) могут улучшить реакцию человека на стресс и связанные с ним расстройства. У 581 студента B. bifidum уменьшил стресс, связанную с ним диарею и дискомфорт в кишечнике, а также снизил заболеваемость ОРВИ в период вмешательства [3].

Аналогичным образом B. longum снижал стресс, измеряемый кортизолом, и беспокойство у 22 здоровых добровольцев. В исследовании, в котором принимало участие 219 человек, L. casei снизил уровень кортизола, повысил уровень серотонина и уменьшил симптомы, связанные со стрессом.

Длительное лечение мышей lactobacillus rhamnosus вызывало изменения в ГАМК в головном мозге. Параллельно пробиотики снижали вызванное стрессом высвобождение кортизола, меняли поведение, связанное с тревогой и депрессией. Аналогичным образом временное изменение состава микробиоты, получаемое при введении пероральных противомикробных препаратов (неомицина, бацитрацина и пимарицина) у мышей, не содержащих специфических патогенов, усиливало исследовательское поведение и повышало уровень BDNF в гиппокампе [4].