Введение

Структура в среднем мозге

В нейроанатомии верхний бугорок – это структура, расположенная на крыше среднего мозга млекопитающих. Прилагательное «тектальный» обычно используется для обозначения обеих структур. У млекопитающих верхний бугорок формирует основной компонент среднего мозга. Это парная структура, и вместе с парными нижними бугорками образует четверохолмие. Верхний бугорок представляет собой слоистую структуру с паттерном, схожим у всех млекопитающих. Слои можно объединить в поверхностные слои (stratum opticum и выше) и оставшиеся более глубокие слои. Нейроны в поверхностных слоях получают прямой вход из сетчатки и реагируют почти исключительно на зрительные стимулы. Многие нейроны в более глубоких слоях также реагируют на другие модальности, а некоторые – на стимулы из нескольких модальностей. В более глубоких слоях также содержится популяция моторных нейронов, способных активировать движения глаз, а также другие реакции. У других позвоночных количество слоев в гомологичном зрительном бугорке варьируется, а также происходят сдвиги внимания, не включающие явных движений. Два нижних бугорка расположены непосредственно под/каудально от верхних бугорков; нижние и верхние бугорки вместе известны как четверохолмие (от латинского quadruplet bodies – «четырехчастные тела»). Верхние бугорки крупнее нижних, хотя нижние бугорки более выражены. Рукав верхнего бугорка (или верхний рукав) – это ветвь, отходящая латерально от верхнего бугорка и, проходя к таламусу между пульвинаром и медиальным коленчатым ядром, частично продолжается в возвышение, называемое латеральным коленчатым ядром, а частично – в зрительный тракт. Верхний бугорок связан с близлежащей структурой, называемой парабигеминальным ядром, часто именуемым его спутником. В зрительном бугорке эта близлежащая структура известна как ядро моста.

Структура

Верхний бугорок представляет собой синаптически слоистую структуру. Верхние три слоя называются поверхностными: lamina I или SZ, зональный слой – тонкий слой, состоящий из мелких миелинизированных аксонов вместе с краевыми и горизонтальными клетками. Lamina II или SGS, stratum griseum superficiale («поверхностный серый слой»), содержит множество нейронов различных форм и размеров. Lamina III или SO, stratum opticum («оптический слой»), состоит в основном из аксонов, поступающих из зрительного тракта. Далее следуют два промежуточных слоя: lamina IV или SGI, stratum griseum intermedium («промежуточный серый слой») – самый толстый слой, заполненный множеством нейронов разных размеров. Этот слой часто такой же толщины, как все остальные слои вместе взятые. Он часто подразделяется на «верхнюю» и «нижнюю» части. Lamina V или SAI, stratum album intermedium («промежуточный белый слой»), состоит в основном из волокон из различных источников. Наконец, два глубоких слоя: lamina VI или SGP, stratum griseum profundum («глубокий серый слой»), состоит из неплотно упакованных нейронов и миелинизированных волокон. Lamina VII или SAP', stratum album profundum («глубокий белый слой»), расположен непосредственно над периакведуктальным серым веществом и состоит полностью из волокон. Поверхностные слои получают входные сигналы в основном из сетчатки, зрительных областей коры головного мозга и двух структур, связанных с бугорком, – претектума и парабигеминального ядра. Вход из сетчатки охватывает всю поверхностную зону и является билатеральным, хотя контрлатеральная часть более обширна. Кортикальный вход поступает в основном из первичной зрительной коры (область 17, V1), вторичной зрительной коры (области 18 и 19) и лобных полей глаз. Парабигеминальное ядро играет очень важную роль в функции бугорка, которая описана ниже. В отличие от визуально доминирующих входов в поверхностные слои, промежуточные и глубокие слои получают входы из очень разнообразного набора сенсорных и моторных структур. Большинство областей коры головного мозга проецируют в эти слои, хотя вход из «ассоциативных» областей, как правило, сильнее, чем вход из первичных сенсорных или моторных областей. Однако вовлеченные корковые области и сила их относительных проекций различаются у разных видов. Другой важный вход поступает из черной субстанции, pars reticulata – компонента базальных ганглиев. Эта проекция использует ингибирующий нейротрансмиттер ГАМК и, как считается, оказывает «запирающее» действие на верхний бугорок. Промежуточные и глубокие слои также получают вход из спинно-тройничного ядра, которое передает соматосенсорную информацию от лица, а также из гипоталамуса, zona incerta, таламуса и нижнего бугорка. Помимо своих отличительных входов, поверхностные и глубокие зоны верхнего бугорка также имеют отличительные выходы. Один из наиболее важных выходов направляется в пульвинар и латеральные промежуточные области таламуса, которые, в свою очередь, проецируются в области коры головного мозга, участвующие в контроле движений глаз. Существуют также проекции из поверхностной зоны в ядра претектума, латеральное коленчатое ядро таламуса и парабигеминальное ядро. Проекции из более глубоких слоев более обширны. Существуют два крупных нисходящих пути, идущих к стволу мозга и спинному мозгу, и многочисленные восходящие проекции в различные сенсорные и моторные центры, включая несколько, участвующих в генерации движений глаз. Оба бугорка также имеют нисходящие проекции к парамедианному ретикулярному образованию моста и спинному мозгу и, таким образом, могут быть вовлечены в реакции на стимулы быстрее, чем обработка корой.

Мозаичная структура

При детальном изучении слои бугорка на самом деле не являются гладкими пластинами, а разделены на сотовидную структуру из дискретных колонн. Наиболее четким указанием на столбчатую структуру являются холинергические входы, исходящие из парабигеминального ядра, чьи терминалы образуют равномерно расположенные скопления, простирающиеся сверху донизу тектома. Несколько других нейрохимических маркеров, включая кальретинин, парвальбумин, GAP 43 и NMDA-рецепторы, а также связи с многочисленными другими структурами мозга в стволе мозга и диэнцефалоне, также демонстрируют соответствующую неоднородность. Общее количество колонн оценивается примерно в 100. Однако с 1970-х по 1990-е годы нейронные записи у млекопитающих, в основном у обезьян, были сосредоточены главным образом на роли верхнего бугорка в контроле движений глаз. Эта линия исследований настолько доминировала в литературе, что преобладающим мнением было то, что контроль движений глаз – единственная важная функция у млекопитающих, точка зрения, которая все еще отражена во многих современных учебниках. Однако в конце 1990-х годов эксперименты с животными, чьи головы были свободны для движения, четко показали, что верхний бугорок фактически производит сдвиги взгляда, обычно состоящие из комбинированных движений головы и глаз, а не движений глаз как таковых. Это открытие возродило интерес к полноте функций верхнего бугорка и привело к изучению мультисенсорной интеграции в различных видах и ситуациях. Тем не менее, роль верхнего бугорка в контроле движений глаз понимается гораздо глубже, чем любая другая функция. Поведенческие исследования показали, что верхний бугорок не нужен для распознавания объектов, но играет решающую роль в способности направлять поведение на конкретные объекты и может поддерживать эту способность даже в отсутствие коры головного мозга. Таким образом, кошки с серьезным повреждением зрительной коры не могут распознавать объекты, но все же могут следовать и ориентироваться на движущиеся стимулы, хотя и медленнее, чем обычно. Однако, если удалить половину верхнего бугорка, кошки будут постоянно кружиться в сторону поражения и навязчиво ориентироваться на объекты, расположенные там, но не будут ориентироваться на объекты, расположенные в противоположном полушарии. Эти дефициты со временем уменьшаются, но никогда не исчезают.

Движения глаз

У приматов движения глаз можно разделить на сев…

Лампрей

Лампрей широко изучается, поскольку у него относительно простой мозг, который, как считается, во многих отношениях отражает структуру мозга ранних предков позвоночных. Вдохновленные пионерской работой Карла Ровайнена, начатой в 1960-х годах (см. ), с 1970-х годов Стен Гриллнер и его коллеги из Института Каролински в Стокгольме используют лампрею в качестве модельной системы для изучения принципов управления движением у позвоночных, начиная с спинного мозга и продвигаясь к мозгу. Подобно другим системам (см. для исторической перспективы этой идеи), нейронные цепи в спинном мозге, по-видимому, способны генерировать некоторые базовые ритмические двигательные паттерны, лежащие в основе плавания, и эти цепи подвержены влиянию специфических локомоторных областей в стволе мозга и среднем мозге, которые, в свою очередь, находятся под влиянием высших структур мозга, включая базальные ганглии и тектум. В исследовании тектома лампрей, опубликованном в 2007 году, было обнаружено, что электрическая стимуляция может вызывать движения глаз, боковые изгибы или плавательную активность, при этом тип, амплитуда и направление движения менялись в зависимости от места стимуляции в тектоме. Эти результаты были интерпретированы как подтверждающие идею о том, что тектум генерирует целенаправленное передвижение у лампрей, как это наблюдается у других видов.

Птицы

У птиц зрительное текто́м участвует в полёте и является одним из самых крупных компонентов мозга. Изучение зрительной обработки у птиц позволило глубже понять её у млекопитающих, включая человека.