Функціональна топографія кори великих півкуль вивчає функції у зв`язку з відповідними частками, ділянками та полями кори великих півкуль головного мозку.
У лобній частці великих півкуль розташовані прецентральна (моторна і премоторна) і власне лобна (префронтальна) ділянки. У процесі постнатального розвитку префронтальна кора дозріває пізніше, ніж прецентральна, а в межах лобної частки пізніше за інших завершують свій розвиток поля 44 і 45, пов'язані із специфічно людською мовною функцією.
У задньому відділі нижньої лобної закрутки знаходиться зона Брока — моторний центр мови, який разом із центром Верніке (у 95% людей вони розташовані у лівій півкулі) надають людині здатність читати, писати, чути, вимовляти і розуміти мову.
У лобній корі виділяють десять цитоархітектонічних полів (8-12, 32, 44-47), границя між якими змазана. Довгі асоціативні волокна зв'язують лобну ділянку з усіма іншими відділами кори великих півкуль, таламусом, гіпоталамусом, хвостатим ядром, структурами лібмічної системи. Ця величезна система зв'язків забезпечує можливість інтеграції інформації із зовнішнього і внутрішнього середовищ організму.
Пошкодження різних полів лобної кори викликає у нижчих мавп різні ефекти. Так, видалення поля 10 призводить до локомоторної гіперактивації, підсилення агресивності та послаблення реакції страху. Руйнування поля 47 супроводжується зростанням пасивно-захисних реакцій та тривалим порушенням харчових і захисних умовних рефлексів. Руйнування поля 9 призводить до посилення активних агресивних реакцій (О.С.Адрианов и др.,1987).
У людей при лобній патології найчастіше спостерігається втрата ініціативи і апатія, порушення абстрактного мислення, нездатність до творчого мислення, стереотипність у поведінці і висловлюваннях, розгальмовування нижчих емоцій і потягів, некритичне ставлення до своїх вчинків, розлади мовлення і понятійного мислення, значні зміни особистості.
Лобна кора відіграє вирішальну роль у набуванні нових навичок та управлінні поведінкою у нестандартних ситуаціях. В основі такої функції лежить здатність нейронів лобної кори адекватно реагувати на упорядковані послідовності подій (В.В.Шульговский,1993).
Соматосенсорна кора являє собою вищі (кіркові) рівні рухового і шкірного аналізаторів. Вони утворюють цілісну структурно-функціональну систему, за допомогою якої контролюється і регулюється рухова активність та аналізується вся інформація, що надходіть з будь-якої точки тіла.
Рухова, або моторна зона кори розташована у прецентральній закрутці (поля 4 і 6), яка лежить попереду від роландової борозни. Моторна кора відрізняється від решти кори перш за все своєю товщиною, яка досягає 3,0-4,5 мм і в якій розташовані великі пірамідні клітини Беца (до 100 мкм у діаметрі), що містяться у V шарі. Ці великі та дрібніші пірамідні клітини у ІІІ шарі кори дають початок кортикоспінальному тракту, їхні аксони прямують у внутрішню капсулу, а дендрити піднімаються вгору до поверхні кори. Гігантські пірамідні клітини проводять збудження по кортикоспінальному тракту із швидкістю 60-90м/с, але вони становлять лише 3% волокон від загальної кількості у цьому тракті в кожній півкулі. Решта волокон проводить збудження значно повільніше.
Слабке електричне подразнення окремих точок прецентральної закрутки викликає скорочення певних груп м'язів на контралатеральному боці тіла. У.Пенфілд, виходячи з даних, одержаних під час нейрохірургічних операцій, виявив правильну просторову проекцію соматичних м'язів різних частин тіла на моторну ділянку кори людини, причому зони, які керують рухами руки, мімічної мускулатури обличчя, губ та язика займають найбільшу поверхню кори.
поруч з цією первинною моторною зоною на медіальній поверхні півкулі була виявлена вторинна рухова ділянка. Обидві рухові ділянки мають самостійні сенсорні входи від шкірних і м'язових рецепторів. Саме тому їх часто називають мотосенсорними зонами МсІ і МсІІ.
У постцентральній закрутці тім`яної частки знаходиться перша соматосенсорна зона (поля 1,2,3), куди через специфічні ядра таламуса потрапляють аферентні волокна висхідних шляхів спинного мозку. тут розташовані центри шкірної і пропріоцептивної чутливості, які, так само, як і в руховій зоні, мають соматотопічну організацію. Видалення окремих зон постцентральної закрутки призводить до втрати чутливості в тих чи інших ділянках тіла, а електрична стимуляція викликає відчуття оніміння чи поколювання в певних місцях на поверхні тіла.
Крім першої соматосенсорної зони, у хижаків та приматів виявлена друга соматосенсорна зона, локалізована в районі сільвієвої борозни. Тут також є соматотопічна проекція поверхні тіла, але менш чітка, ніж у першій соматосенсорній зоні. Цікаво, що всупереч загальному правилу про проекції контралатеральної половини тіла на кожну півкулю, у другій соматосенсорній зоні у кожній півкулі представлені обидві половини тіла. Обидві зони, крім аферентних входів, мають моторні виходи і тому їх правильніше називати сенсомоторними зонами (СмІ і СмІІ).
Отже, в корі обох півкуль існують чотири чутливі та чотири рухові ділянки (МсІ, МсІІ, СмІ, СмІІ), причому провідне значення в обох випадках належить первинним проекційним зонам.
У потиличній частці кори розташовується кірковий кінець зорового аналізатора, центральна частина якого знаходиться у людини в ділянці шпороподібної борозни (поле 17). Вторинна і третинна зорові зони (поля 18 і 19) оточують первинну зону кільцем. Особливістю будови первинної зорової зони є значний розвиток ІV шару кори, який складається з численних зірчастих клітин, і розщеплення цього шару на три "підшари".
У первинній проекційній зоні знаходяться закінчення зорових волокон, що перериваються у латеральному колінчастому тілі, а у вторинній зоні закінчуються зорові волокна, які перериваються в ядрах подушки. Ці дві системи зорових проекцій у значній мірі незалежні одна від одної. Первинна зорова зона потрібна для чіткого сприйняття зорових об'єктів, а вторинна зорова зона здійснює впізнання зорових образів, там зберігається зорова пам'ять. У третинній зоровій зоні (нижня тім'яна, скронева ділянка, 19 поле) відбувається впізнання символічних зорових образів (літер, цифр, міміки обличчя тощо).
Асоціативні поля. У межах кожної частки кори великих півкуль поруч з проекційними зонами розташовані поля, які не зв'язані з виконанням якоїсь специфічної сенсорної чи моторної функції. Це так звані асоціативні поля кори, нейрони яких реагують на подразники різних модальностей, тобто беруть участь в інтеграції сенсорної інформації та у забезпеченні зв'язків між чутливими і руховими зонами кори.
Якщо співставити поверхню кори великих півкуль, зайняту проекційними полями із тією, що припадає на асоціативну кору, то співвідношення буде не на користь перших. вже відомі нам проекційні поля, що становлять центральні (кіркові) кінці аналізаторних систем, займають зовсім небагато місця: I i II сенсомоторні зони ¾1-3,40 поля; мотосенсорні зони ¾ 4,6,8 поля; зорова ділянка ¾ 17-19; слухова ¾ 41,42, 22; смакова ¾ 43, 52 та нюхова ділянка кори займає область гіпокампа та прилягаючих ділянок кори ¾ поля 24 і 25. Всю іншу поверхню кори заповнюють асоціативні поля. Якщо врахувати, що і серед перелічених проекційних ділянок кори частина полів (6,8,18, 19, 22) виконують асоціативну функцію, то стане очевидним явне переважання у корі головного мозку поверхні асоціативних полів над проекційними. Чому має місце така диспропорція? Адже всі подразники зовнішнього і внутрішнього середовищ аналізують саме проекційні зони кори. Яку ж функцію виконують асоціативні поля?
Виявляється, функція асоціативних полів набагато складніша. Їхні полісенсорні нейрони, отримуючи інформацію від різних аферентних систем, об`єднують її, інтегрують, формують із них і запам`ятовують узагальнюючі, абстрактні поняття та уявлення. Спеціалісти встановили роль різних асоціативних полів, спостерігаючи за хворими з пошкодженнями різних ділянок кори. Так, ураження поля 22 призводить до втрати людиною здатності до аналізу звукових подразників і зокрема мови; після крововиливів з пошкодженням полів 18 і 19 наступає сліпота на цифри і ноти, порушується пам`ять на зорові подразники. При таких пошкодження людина не втрачає здатності бачити та чути, вона лише не розуміє бачене чи почуте. Відомі вже нам центри мови знаходяться у асоціативних полях 44 і 45..
Асоціативні поля у значній мірі визначають поведінку людини, її ставлення до оточуючого середовища, до інших людей, інелектуальний і культурний рівень особистості. В цьому відношенні показовими є описані вище зміни особистості, які наступають у хворих з ураженням лобних часток мозку, котрі, як і тім`яні, містять переважно асоціативні поля.
Тім'яна частка (поля 5 і 7) майже вся відноситься до асоціативних зон кори. При пошкодженні цієї ділянки страждають найскладніші аналітико-синтетичні процеси вищої нервової діяльності. Тім'яна частка — це апарат вищої інтегративної діяльності мозку людини, вона має безпосерднє відношення до процесів біологічної і соціальної адаптації, є фізіологічною основою вищих психічних функцій.
3. Електрична активність мозку.
У людини та інших хребетних тварин за допомогою електродів, розташованих безпосередньо на поверхні кори головного мозку, можна зареєструвати постійні коливання потенціалу, так звану електрокортикограму (ЕКоГ). Частота коливань потенціалів на ЕКоГ варіює в межах 1-50 Гц, а їхня амплітуда становить приблизно 100 мкВ. ЕКоГ відображає переважно постсинаптичні потенціали нейронів кори, а не ПД, що стає очевидним при одночасній реєстрації ЕКоГ та внутрішньоклітинного і позаклітинного відведення активності нейронів кори.
Коливання електричного потенціалу, які виникають у мозку внаслідок стимуляції рецепторів, аферентних нервів чи ядер, називаються викликаними потенціалами. Так, після подразнення периферичних структур, зокрема органів чуття, через короткий час (до 10 мс) у первинних проекційних зонах неокортексу можна зареєструвати повільні двофазні (позитивно-негативні) хвилі — так звані первинні викликані потенціали (рис.11.31).
Ці потенціали також обумовлені переважно синаптичною активністю нейронів. Про це свідчить той факт, що при зануренні реєструючого мікроелектрода від поверхні до глибших шарів кори форма викликаного потенціалу змінюється: первинне позитивне коливання зникає і замість нього з'являється негативна хвиля з коротким латентним періодом (рис.11.31 В). Отже, аферентні імпульси призводять перш за все до деполяризації нейронів зовнішнього зернястого шару кори.
Після первинного потенціалу при достатній силі стимуляції можуть виникнути ще кілька додаткових негативно-позитивних коливань, які називаються вторинним викликаним потенціалом і які реєструються у досить широкій ділянці кори. Ця реакція охоплює не лише проекційну зону, але й сусідні ділянки кори, викликаючи в них певні зміни, необхідні для підтримання стану високої збудливостіі. між іншим, у асоціативних полях реєструються тільки вторинні викликані потенціали з великим латентним періодом.
За допомогою зовнішніх електродів, накладених на поверхню шкіри голови, не можна зареєструвати поодинокі викликані потенціали, оскільки вони зливаються з фоновою електричною активністю мозку (електроенцефалогра-мою). Проте при ритмічних подразненнях з наступною комп'ютерною обробкою багатьох коливань електричної активності кори досить чітко виділяються усереднені викликані потенціали, які у людини складаються з декількох компонентів, що обумовлені активністю специфічних і неспецифічних мозкових структур.
Вимірювання викликаних потенціалів та їхній аналіз застосовуються для вивчення зв'язків між периферичними і центральними структурами та між різними центральними структурами, для діагностики сенсорної чутливості, при вивченні психічної діяльності людини та утворенні умовних рефлексів у тварин.
Сумарна електрична активність головного мозку, яка відводиться за допомогою зовнішніх електродів, називається електроенцефалограмою (ЕЕГ). В ній розрізняють кілька основних ритмів: альфа-ритм (8-12 Гц), який реєструється у стані спокійної притомності при закритих очах; у стані притомності з відкритиси очима з'являється бета-ритм (13-30 Гц), при напруженій розумовій роботі — гама-ритм (30-70 Гц), при переживанні емоційних станів — тета-ритм (4-7 Гц), у стані глибокого сну — дельта-ритм (0,5- 3,0 Гц).
Коли на ЕЕГ помітні переважно альфа- або дельта-ритми, це явище називається синхронізацією, а коли спостерігаються бета і гама-ритми — десинхронізацією електричної активності мозку.
ЕЕГ відображає переважно повільні зміни МП кіркових нейронів, особливо ЗПСП та ГПСП. Оскільки реєструючі електроди знаходяться на значній відстані від джерела електричних потенціалів, тобто клітинних мембран, тому амплітуда коливань ЕЕГ у 100-1000 разів менша, ніж величина МП, яка реєструється внутрішньоклітинно. ЕЕГ відображає сумарні потенціали, які відводяться одночасно від значної кількості нейронів. Так, встановлено, що електрод діаметром близько 1 мм реєструє активність до ста тисяч нейронів, розташованих на глибині 0,5 мм.
Багато дослідників вважає, що альфа-ритм виникає спочатку у таламусі, а вже звідти поширюється на кору, оскільки руйнування таламокортикальних шляхів чи видалення таламуса викликає зникнення альфа-хвиль. В той же час ритмічна активність нейронів таламуса зберігається після декортикації. Проте деякі дослідники наполягають на тому, що ритмічна електрична активність обумовлена діяльністю самих нейронів кори.
Основні параметри ЕЕГ, зокрема альфа-ритм, мають чіткі індивідуальні риси, що дозволяє віднести дану людину до певного типу за характерними особливостями її ЕЕГ. Окремі ритми ЕЕГ пов'язані з проявом різних видів розумової діяльності людини. Так, посилення тета-ритму корелює з емоційною напруженістю суб'єкта, зокрема з відчуттям задоволення чи болю. В звичайних умовах у дорослих людей з врівноваженим характером тета-ритм малопомітний, але при дії неприємних подразників цей ритм чітко виявляється навіть у витриманих людей.
У мозку людини виділяють також повільні ритмічні коливання хвилинного діапазону, так звані понадповільні електричніпотенціали: дзета-хвилі (5-12 кол/хв), тау-хвилі (14 кол/хв) та іпсилон-хвилі (0,5-4,0 кол/хв). Деякі з цих потенціалів зростають при напруженій розумовій діяльності, деякі реєструються під час сну, а також у гіпнотичному стані (стадія сомнамбулізму).
Пласка, або нульова ЕЕГ є критерієм смерті мозку. Щоправда, така ЕЕГ реєструється також після застосування електроконвульсивного шоку (до 30 хв).