Creierul omului, centrul de comandă al sistemului nervos uman

Creierul omului este centrul de comandă al sistemului nervos uman. El primește semnale de la organele senzoriale ale corpului și transmite informații către mușchi. Creierul uman are aceeași structură de bază ca și creierul altor mamifere, dar este mai mare în raport cu dimensiunea corpului decât creierul multor alte mamifere, cum sunt balenele, delfinii și elefanții.

Cât cântărește un creier uman?

Creierul omului cântărește circa 1,4 kg și reprezintă aproximativ 2% din masa corpului uman. În medie, creierul bărbatului este cu circa 10% mai mare decât cel al femeii. Creierul bărbătesc are un volum mediu de 1.274 centimetri cubi, în timp ce creierul femeii are un volum mediu de 1.131 centimetri cubi. Emisferele cerebrale (telencefalul sau creierul mare), care sunt cea mai mare parte a creierului și sunt localizate în partea din față a craniului, reprezintă 85% din masa creierului.

Câte celule cerebrale are un om?

Creierul omului conține în jur de 86 de miliarde de celule nervoase (neuroni), care formează materia cenușie. În creier mai există aproximativ același număr de celule non-neuronale, cum sunt oligodendrocitele, care izolează axonii neuronilor cu o teacă de mielină. Acest lucru conferă axonilor (fire subțiri prin care impulsurile electrice sunt transmise între neuroni) un aspect alb, aceștia reprezentând substanța albă a creierului.

Anatomia creierului omului

Cea mai mare parte a creierului uman o reprezintă telencefalul, care este împărțit în două emisfere. Fiecare emisferă este alcătuită din patru lobi: frontal, parietal, temporal și occipital. Suprafața striată  a telencefalului este numită cortex cerebral. Sub emisferele cerebrale se găsește trunchiul cerebral, iar în spatele acestuia se află cerebelul.

Lobul frontal este important pentru funcțiile cognitive (cum este gândirea) și pentru controlul mișcărilor voluntare. Lobul temporal generează memoriile și emoțiile. Lobul parietal integrează semnalelel de la diferite simțuri și este important pentru orientarea și navigarea în spațiu. Prelucrarea vizuală are loc la nivelul lobului occipital, situat în spatele cutiei craniene.

Trunchiul cerebral se conectează cu măduva spinării și este format din bulbul rahidian, puntea lui Varolio (protuberanța inelară) și mezencefal. Funcțiile principale ale trunchiului cerebral includ transmieterea informațiilor între creier și corp, furnizarea majorității nervilor cranieni ai feței și capului și îndeplinirea funcțiilor critice în controlul inimii, respirației și nivelurilor de conștiență (este implicat în controlul ciclului veghe-somn).

Anatomia creierului omului. | Foto: BRUCE BLAUS/WIKIMEDIA COMMONS (CC BY-SA 4.0)

Între emisferele cerebrale și trunchiul cerebral se află talamusul și hipotalamusul. Talamusul transmite semnale senzoriale și motorii către cortex. Cu excepția simțului olfactiv (simțul mirosului), fiecare sistemm senzorial transmite informații către cortex prin intermediul talamusului. Hipotalamusul conectează sistemul nervos de sistemul endrocrin prin intermediul glandei pituitare (hipofiza).

Cerebelul se găsește sub telencefal și îndeplinește funcții motorii importante. El joacă un rol în coordonarea mișcărilor și echilibrul corpului, dar poate avea și anumite funcții cognitive.

De asemenea, creierul mai are patru cavități interconectate denumite ventricule, care produc lichidul cefalorahidian (LCR). Acest fluid circulă în jurul creierului și măduvii spinării, pe care le protejează de leziuni, iar în cele din urmă este absorbit în fluxul sanguin.

În afară de a proteja sistemul nervos central, LCR înlătură reziduurile din creier. Prin ceea ce se numește sistem glimfatic (asociarea cuvintelor ”glial” și ”limfatic”), reziduurile din fluidul interstițial din jurul celulelor creierului ajung în LCR și departe de creier. Studiile arată că acest proces de ”epurare” a reziduurilor are loc mai ales în timpul somnului. De aceea somnul este atât de important.

Există o legătură între mărimea creierului și inteligență?

Mărimea generală a creierului nu se corelează cu nivelul de inteligență la animalele non-umane. De exemplu, creierul unui cașalot este de peste cinci ori mai greu decât creierul uman, însă oamenii sunt considerați mai inteligenți decât cașaloții. O măsură mai precisă a inteligenței probabile a unui animal este raportul dintre dimensiunea creierului și mărimea corpului, deși nici acest lucru nu pune oamenii pe primul loc.

În cazul oamenilor, mărimea creierului nu indică nivelul de inteligență al unei persoane. Unele genii au creiere de dimensiuni mai mici decât media, în timp ce altele au creiere mai mari decât media. De exemplu, creierul scriitorului rus Ivan Turgenev cântărea 2.021 g, în timp ce creierul scriitorului francez Anatole France cântărea doar 1.017 g.

Rațiunea din spatele inteligenței umane este reprezentată, în parte, de neuroni și circumvoluțiuni (cutele alunginte și sinuoase de pe suprafața exterioară a emisferelor cerebrale). Oamenii prezintă mai mulți neuroni pe unitatea de volum decât alte animale, iar singura modalitate pentru ca aceștia să încapă în structura stratificată a creierului este formarea de cute (circumvoluțiuni) pe suprafața exterioară a cortexului.

Modul în care creierul este integrat pare să conteze atunci când vine vorba despre inteligență. Un geniu printre genii, Albert Einstein, avea un creier de mărime medie; cercetătorii bănuiesc că abilitățile sale cognitive uluitoare ar fi putut proveni din conectivitatea sa ridicată, cu mai multe căi care leagă regiuni îndepărtate ale creierului.

În plus, oamenii au cei mai mari lobi frontali din lumea animalelor. Acești lobi sunt asociați cu funcțiile de nivel superior, cum sunt autocontrolul, planificarea, logica și gândirea abstractă – adică lucrurile care ne fac umani.

Care este diferența dintre creierul stâng și creierul drept?

Creierul omului se împarte în două emisfere – emisfera stângă și emisfera dreaptă – legate printr-un mănunchi de fibre nervoase denumit corp calos. Emisferele sunt simetrice, dar nu în totalitate. În general, emisfera stângă controlează mușchii de pe partea dreaptă a corpului, în timp ce emisfera dreaptă controlează partea stângă. Una dintre emisfere poate deveni ușor dominantă, astfel că o persoană poate fi dreptace sau stângace.

Concepțiile populate despre calitățile ”creierului drept” și ”creierului stâng” sunt generalizări fără un suport științific. Cu toate acestea, există anumite diferențe importante între aceste două regiuni. Creierul stâng conține zone implicate în producerea și înțelegerea limbajului (denumite aria lui Broca, respectiv aria lui Wernicke) și este asociat cu calculele matematice și înțelegerea faptelor. Creierul drept joacă un rol în procesarea vizuală și auditivă, îndemânările spațiale și abilitățile artistice – lucruri mai instinctive sau creative (deși aceste funcții implică ambele emisfere).

BRAIN Initiative

În aprilie 2013, președintele american Barack Obama a anunțat o mare provocare științifică numită BRAIN Initiative, prescurtarea de la Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (Studierea Creierului prin Neurotehnologii Inovative Avansate). Acest proiect de peste 100 de milioane de dolari și-a propus să dezvolte noi tehnologii pentru producerea unor imagini dinamice ale creierului omului, de la nivelul celulelor individuale până la circuite complexe.

Din cadrul proiectului fac parte membri ai unor agenții guvernamentale americane, inclusiv National Institute of Health (NIH), National Science Foundation (NSF) și Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), dar și organizații de cercetare private, printre care Allen Institute for Brain Science și Howard Hughes Medical Institute.

La lansarea proiectului, președintele Obama a convocat o comisie pentru a evalua problemele etice implicate în studierea creierului. În mai 2014, comisia a publicat prima parte a raportului, solicitând ca aspectele etice să fie integrate din timp și în mod explicit în activitatea de cercetare neuroștiințifică. În martie 2015, comisia a publicat a doua parte a raportului, care s-a concentrat pe probleme de îmbunătățire cognitivă, consimțământ informat și utilizarea neuroștiințelor în sistemul juridic.

BRAIN Initiative și-a atins o parte dintre obiective. La nivelul anului 2018, NIH a investit peste 559 milioane de dolari în activitatea de cercetare a mai mult de 500 oameni de știință, iar Congresul american a finanțat NIH cu aproape 400 milioane de dolari în 2018. Finanțările au permis dezvoltarea unor noi instrumente pentru cartografierea și fotografierea creierului.

BRAIN Initiative lucrează la realizarea unei imagini detaliate a circuitelor din interiorul creierului. De exemplu, în anul 20202, cercetătorii au publicat un studiu privind dezvoltarea unui sistem, testat la șoareci, pentru controlul și monitorizarea activității circuitelor de la orice nivel al creierului. Studiile anterioare reușiseră doar examinarea circuitelor apropiate de suprafața creierului. Tot în anul 2020, programul MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks), care cartografiază circuitele din cortexul cerebral, a lansat o pagină de internet în care oamenii de știință își pot pune informațiile la dispoziția tuturor, inclusiv imagini microscopice ale circuitelor.

Creierul rămâne în viață după ce o persoană moare?

Aprilie 2019 a marcat o piatră de hotar pentru neuroștiințe: cercetătorul Nenad Sestan de la Yale School of Medicine a publicat un raport în revista Nature prin care a dezvăluit că echipa sa de cercetători a refăcut circuitele și o parte a funcțiilor celulare din creierul porcului după patru ore de la moartea animalului. Rezultatele au contestat opinia bine înrădăcinată că celulele creierului sunt deteriorate brusc și ireversibil la scurt timp după ce inima încetează să mai bată.

Oamenii de știință nu au observat niciun semn al conștienței în creier și nici nu au încercat să o facă; dimpotrivă, cercetătorii au injectat în creierul de porc substanțe chimice care mimau fluxul sanguin și blocau neuronii. Cercetătorii au subliniat că ei nu au readus la viață creierul de porc, ci au restabilit o parte din activitatea sa celulară.