Проект по биологии. Загадки человеческого мозга.

КРАСНОГОРСКИЙ МУНИЦИПАЛЬНЫЙ РАЙОН

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №14

МИКРОРАЙОНА «ПАВШИНСКАЯ ПОЙМА»

143405, Московская область, г. Красногорск, ул. Игната Титова, дом 5

тел. 562-13-81, тел./факс 562-13-50

НАУЧНО — ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема «Загадки человеческого мозга»

Уч-ся 8а  класса Параскевова Диана

                             Ф.И.О

Научный руководитель Скворцова Елена Сергеевна,

                                       учитель географии и биологии

Красногорск

2013 год

Оглавление:

              Введение...................................................................................................................стр.3

История мозга..........................................................................................................стр.4

Тайны человеческого мозга....................................................................................стр.5    Загадки мозга...........................................................................................................стр.8   Возможности мозга.................................................................................................стр.11  Интересные факты..................................................................................................стр.13

Литература...............................................................................................................стр.15

Введение.

         Мозг - самый удивительный и загадочный орган человека. Благодаря ему мы можем видеть, осязать и двигаться. Мозг- вместилище разума, памяти и чувств. При этом мозг, если его извлечь из черепной коробки , напоминает кочан цветной капусты весом всего 1,4 кг. Но этот «кочан» исключительно сложно и хорошо организован!

Самый тяжелый мозг, массой 2 кг 300 г, среди официально зафиксированных у великих людей, принадлежал английскому политику Оливеру Кромвелю, а самый легкий мозг, массой 1107— французскому писателю Анатолю Франсу.

Человеческий мозг способен хранить объем информации, сравнимый с объемом 1000 двадцатитомных энциклопедий.

        Мозг подобен глобальной электронной сети, управляющей телом. Как ему это удается? Благодаря 100 млрд нейронов, принимающих, обрабатывающих и передающих информацию. Именно эти скромные крошечные труженики составляют сеть, по которой проходит все это колоссальное число данных.

Жизнь тела без мозга совершенно невозможна. Он- «дирижер» нашего организма.

Но помимо «простого» управления телом, мозг позволяет любоваться пейзажем, наслаждаться музыкой, вспоминать что-либо…

Даже не осознавая этого, мозг руководит деятельностью нашего тела. Он следит за всеми, необходимыми для поддержания жизни, функциями организма- дыханием, сердцебиением, пищеварением, сном… Новорожденный малыш обладает уже всеми этими функциями «автопилота».

 История мозга.

Мозг человека не был всегда таким, как сейчас. Он постоянно усложнялся на протяжении сотен тысяч лет эволюции. Но и в течение одной жизни мозг видоизменяется.

Мозг первых гоминидов( предков человека) был гораздо меньше мозга современного человека —около 400 грамм, тогда как сейчас он в среднем весит 1400 грамм. Менее чем за 4 млн лет объем и вес нашего мозга увеличились более чем в 3 раза. При этом мозг увеличивался гораздо быстрее, чем размер черепной коробки. Именно, для того чтобы занимать как можно меньше места, он и покрылся складками. Различная деятельность человека, такая как изготовление орудий, охота, развитие различных форм общения, несомненно, значительно повлияла на развитие определенных частей мозга. И, по некоторым современным данным, мозг продолжает увеличиваться в размерах.

Мозг видоизменяется не только в ходе эволюции, но и на протяжении отдельно взятой жизни. Мозг плода, находящегося в чреве матери, постоянно развивается, и число его нейронов многократно увеличивается. В мозге новорожденного содержится даже больше нейронов, чем в мозге взрослого человека! То есть некоторые из этих клеток потом удаляются организмом. Однако основным различием между мозгом новорожденного и мозгом взрослого является число соединений между нейронами. У младенца их гораздо меньше, но с самых первых дней жизни оно постоянно растет. Именно это делает возможным обучение.

У взрослого, ровно как и у старого человека, мозг сохраняет способность к развитию новых связей между нейронами, но с меньшей скоростью, чем у ребенка и подростка. Нейроны также могут умирать или работать менее эффективно. Так, похоже, что у пожилых людей передача информации происходит несколько медленнее. И, наконец, вследствие некоторых связанных со старостью болезней, например болезни Альцгеймера число нейронов может значительно уменьшаться. У таких больных происходят расстройство памяти и нарушение мыслительной деятельности.

Тайны человеческого мозга.

Природа сделала всё возможное, чтобы защитить человеческий мозг от вредных внешних воздействий. Она поместила его в очень крепкую черепную коробку, а сверху укрыла ещё и копной волос. Окружила спинномозговой жидкостью, чтобы та омывала и оберегала его от чрезмерных сотрясений. Выглядят эти защитные меры очень продуманно, рационально и практично.

Но в любом случае, как бы надёжно не был «упакован» мозг, его оборона имеет свой предел прочности. Она не может устоять под натиском очень больших нагрузок,  и вынуждена сдавать свои позиции. Отсюда бывают различные сотрясения, гематомы (вид кровоподтёков), разрушения костей черепа. Всё это ведёт к печальным последствиям. В лучшем случае можно отделаться эпилепсией (хронически-неврологическим заболеванием, проявляющимся  в предрасположенности организма к внезапному возникновению судорожных приступов) или каким-нибудь иным неприятным  заболеванием. Худший же вариант – это летальный исход (смерть).

Однако и в критических ситуациях не всегда всё складывается печально и трагически. Медицине известны случаи, когда повреждённый и истерзанный головной  мозг проявил поразительную живучесть и выходил победителем в схватке с внешними агрессивными факторами.

 На одном из заводов произошёл трагический случай. Во вращающийся механизм случайно упал большой болт. Тяжёлый кусок металла со свистом пролетел в воздухе и попал своим узким концом в лоб молодого инженера, который стоял совсем недалеко от работающего оборудования. Болт пробил лобовую кость черепа и вошёл в мозг выше правого глаза, как раз на уровне кромки волос. Пропитанная машинным маслом сталь погрузилась в нежное серое вещество на глубину в десять сантиметров. Дело усугублялось тем, что осколки кости также проникли внутрь и нещадно изрезали переплетённые тысячами сосудов ткани мозга. К упавшему мужчине бросились окружающие. Тот тяжело дышал, вращал глазами, не говорил ни слова, но самое главное – он был жив! Пострадавшего доставили в хирургическое отделение ближайшей больницы, где ему незамедлительно сделали сложнейшую операцию. Врачи извлекли болт, осколки костей, вместе с ними удалили и приличную часть мозгового вещества, а дыру заделали костным фрагментом, взятым из черепа убитой собаки. Надежда на то, что человек выживет, была ничтожна. Прооперированного поместили в палату и стали ждать закономерного печального исхода.

Сначала шли часы, потом потянулись дни. Пострадавший отнюдь не собирался покидать бренный мир. Он чувствовал себя очень хорошо. Уже на следующий день после операции мужчина с аппетитом поел. Его речь, мысли, суждения, координация движений ничуть не нарушились. Перенёсшего тяжелейшую травму человека даже не мучили головные боли. Вскоре он был выписан из больницы. Через два года его тщательно обследовали, но никаких отклонений в физическом здоровье и психике не нашли. Мужчина продемонстрировал поразительные возможности человеческого мозга. Он вырастил детей, пережил мировую войну и умер в глубокой старости, не испытав ни разу никакого  дискомфорта после перенесённой страшной травмы. Единственным напоминанием о ней служил большой шрам на лбу.

В середине 50-х годов XX века сенсацией стало поразительное выздоровление пациента одной из немецких клиник. В результате опухоли мозга, человеку удалили всё правое полушарие. Больной обладал хорошей физической формой, имел высокий уровень интеллектуального развития. Его состояние организма, по идее, должно было  нарушиться, но он не оправдал ожидания врачей. После операции, он некоторое время чувствовал слабость и недомогание, но очень быстро пошёл на поправку. Уже через несколько месяцев, прооперированный напрочь забыл о том, что когда-то находился на грани смерти из-за опухоли в мозгу. Его здоровье нормализовалось, а интеллект никак не пострадал. Этот поразительный случай лишний раз доказывает, что в мозгу существуют какие-то скрытые механизмы саморегуляции, которые смело можно отнести к непознанным тайнам человеческого мозга.

Также о себе дала знать Шакунтала Дэви. Она прославилась на весь мир тем, что с  самого раннего детства  могла в уме производить сложнейшие математические действия. Ну, например, перемножить два 13-значных числа ( Причем за рекордное время - всего за 28 секунд). Чудо-женщине уже исполнилось 72 года. Как уверяют медики, к этому возрасту умственные способности человека серьезно слабеют. Но в случае с Шакунталой, как оказалось, это правило не действует.

До сих пор ученые не могут разгадать удивительные возможности некоторых людей обходиться без сна.

В историю медицины вошёл человек по имени Ал Херпин. За всю свою долгую жизнь (он прожил 96 лет)  этот мужчина никогда не спал и даже понятия не имел, что такое сон. Как отдыхал его мозг, как восстанавливался организм?  В те далёкие годы врачи не смогли дать точный  ответ на этот вопрос. В наши дни ситуация аналогичная. Медицина не способна объяснить такое явление, как жизнь без сна, без отдыха.

Таких примеров много. Но так как все они не поддаются объяснению с точки зрения медицинской науки, то смело можно сказать, что это самые настоящие тайны человеческого мозга.

Загадки человеческого мозга.

Хотелось бы выделить 10 главных загадок человеческого мозга, которые до сих пор не опознаны наукой.

1.Сознание

Когда мы просыпаемся утром, мы понимаем, что солнце еще только-только встает, мы  слышим пение птиц и наслаждаемся этим. Объяснить, как и почему все это происходит, ученые не могли со времен античности. Только недавно нейробиологи решили принимать человеческое сознание как реальный факт. Самой сложной задачей всегда было объяснение, как происходящий в мозге процесс вызывает субъективные впечатления. До сих пор ученым удалось только составить огромный список вопросов.

2. Глубокая заморозка

Вечная жизнь может и не быть реальностью. Но крионика (практика сохранения тела или головы/мозга человека в состоянии глубокого охлаждения с целью его оживления) дарит человеку две жизни. В центрах крионики в жидком азоте при температуре минус 320 градусов по шкале Фаренгейта хранятся замороженные тела людей. Главная идея заключается в том, что если человек болен какой-либо на данный момент неизлечимой болезнью, он имеет возможность подвергнуть себя глубокой заморозке, а потом, когда лечение будет найдено, его разморозят, и он сможет вылечиться и продолжить жить. Однако этой абсолютно новой технологии трудно доверять, еще ни одно тело не было «разморожено» и оживлено. Более того, если тело не хранить при нужной температуре, его клетки могут превратиться в лед и буквально разлететься на кусочки.

3. Тайна смерти

Вечная жизнь – это лишь история для Голливуда. Но почему же люди стареют? Ведь мы рождаемся крепкими и здоровыми, готовыми бороться с любыми недугами. Но с возрастом мы утрачиваем свои «бойцовские» качества. Существуют 2 категории причин того, почему человек стареет:

Старение является частью естественной генетики человека.

У старения нет никакой цели, оно является результатом клеточного разрушения.

4. Природа или воспитание?

Наука так еще и не определилась с ответом на вопрос, что же все-таки больше влияет на наше сознание: природа, генетика или же общество и навязываемые им моральные устои, а может быть и то, и другое.

5. Головоломки мозга

Смех является наименее изученной человеческой поведенческой реакцией. Ученые обнаружили, что во время смеха активизируются сразу три отдела мозга: та часть мозга, благодаря которой человек понимает шутку, та часть, которая приводит в движение

 мускулы и эмоциональная часть, благодаря которой человек получает положительные эмоции от смеха. Но до сих пор науке не ясно, почему один человек смеется над той шуткой, которую другой человек находит абсолютно несмешной или даже глупой.

6. Воспоминания

Некоторые события в жизни трудно забыть. Но как человек запоминает эти необыкновенные события? Используя специальные методы, ученые стараются выявить механизм, отвечающий за создание и хранение воспоминаний. Они обнаружили, что расположенный в человеческом мозге гиппокамп  (самая организованная и структурированная, одна из самых изученных частей мозга)  может выступать в роли некого хранилища этих самых воспоминаний.

7. Центр контроля

Находящееся в гипоталамусе «биологические часы» заставляют тело человека подчиняться 24-часовому ритму жизни. Биологические часы влияют на пищеварение, температуру тела, кровяное давление и выделение гормонов. Ученые обнаружили, что интенсивность света может «перевести» часы вперед или назад посредством регулирования гормона мелатонина.

8. Призрачные чувства

Установлено, что около 80% людей с ампутированными конечностями испытывают такие ощущения, как тепло, зуд, давление и боль именно в ампутированных частях тела. У них возникает чувство, как будто отсутствующая конечность снова становится частью их тела. Согласно одному из объяснений, нервные окончания, находящиеся на ампутированной конечности, создают новые соединения со спинным мозгом и продолжают посылать определенные сигналы мозгу. По другой теории мозг сохраняет информацию абсолютно обо всех частях тела и поэтому продолжает посылать импульсы даже к ампутированной конечности.

9. Сон

Во сне мы проводим практически половину нашей жизни. Но до сих пор «сонная» загадка не разгадана учеными. Но одно ученые знают наверняка: сон — это жизненно необходимый элемент для всех млекопитающих. Длительная бессонница может привести к частым перепадам настроения, галлюцинациям, а в редких случаях даже к смерти.

Существует две фазы сна:

первая фаза сна, признаком которой являются медленные движения глазных яблок;

вторая характеризуется повышенной активностью головного мозга, ее признаком являются быстрые движения глазных яблок.Ученые полагают, что первая фаза дает нашему телу передышку, сохраняя, таким образом, энергию, а вторая фаза способствует организации памяти. Но это, однако, еще не доказано.

10. Сновидения

Если спросить 10 человек, из чего созданы сны, можно получить 10 абсолютно разных ответов. А все потому, что ученые до сих пор не раскрыли эту тайну. Возможно, сны тренируют человеческий мозг, стимулируя движение синапсов (место контакта между двумя нейронами) между клетками мозга. По другой теории человеку снятся какие-то задачи, которые он не выполнил в течение дня или «непрочувствованные» им днем эмоции. Но все ученые сходятся на том, что сны снятся, когда человек очень глубоко погружен в сон.

Возможности человеческого мозга.

Многие говорят, что из возможностей, которыми обладает наш мозг, используется не более 10 процентов…

На самом деле:

90 процентов возможностей  используются в экстренных случаях - как тревожная кнопка вызова вроде 01, 02, 03.

«Можно  предположить, что якобы неиспользованные клетки мозга - это запасной фонд Бога или Природы,» - считает кандидат биологических наук Александр Каменский. - В обычных условиях их работа подавлена. Но если вдруг на Земле произойдет катастрофа и условия жизни станут такими, как тысячи лет назад, то древняя память должна заработать и создать такие органы, которые помогут людям выжить, - вроде жабр и хвоста.

До сих пор ученым не ясно, откуда в памяти некоторых людей появляется странная информация: не раз были описаны случаи, когда люди, не покидавшие своих мест, точно описывали события и мельчайшие детали из жизни людей прошлого или детали интерьеров старинных домов, в которых они никогда не были. Может, это еще не исследованная генетическая память? Сегодня о ней известно только то, что в половых клетках(в виде набора генов) «записана» вся информация о строении и функциях жизни любого живого существа.

Многие говорят, что наша память функционирует так: сначала в нее закладывается какая-то информация, а потом, когда нужно что-то вспомнить, мы ее оттуда извлекаем. А если что-то забыли, можем вспомнить это под гипнозом или в результате стресса.

На самом деле:

Мы больше фантазируем, чем описываем реальную картину действительности. Механизм считывания информации из памяти очень хрупкий, легкоранимый и часто выходит из строя. Информация о каком-то событии формируется в одних структурах мозга, а извлекается при воспоминании из других - она как будто все время «путешествует». И самое главное, она не только находится не там, где «ее положили», но она и «не та». Воспоминание значительно отличается от оригинала. Память никогда не бывает точной копией прошлого.

Это доказал опыт знаменитого кембриджского психолога Фредерика БАРТЛЕТТА. Он показывал испытуемым необычный рисунок и просил по памяти воспроизвести его. Потом предлагал повторить рисунок спустя несколько дней, затем - еще через неделю, и так несколько раз. В итоге выложил все картинки в ряд и увидел, что каждое следующее изображение отличается от предыдущего, а последнее совершенно не похоже на оригинал. Но студенты были уверены, что они изображали то, что видели собственными глазами! По словам Бартлетта, воспоминание - это творческая реконструкция, попытка заново пережить свое первое ощущение, а старая информация в мозге «переписывается», «затирается»  новой.

Исследователи сегодня интерпретируют это так: когда мы вспоминаем прошлое, мы вначале должны «стереть» прежнюю информацию об этом событии и поверх этого уложить повторное воспоминание. Если вмешаться в этот момент в процессы воспоминания, то старое стирается, а новое не укладывается.

Многие говорят, что «Девичья память» - короткая, зато женщины чаще бывают злопамятны.

На самом деле:

Мозг мужчин и женщин по-разному организует воспоминания. Женщины думают в основном лобными долями мозга. А они отвечают не столько за логику, сколько за интуицию и эмоции. Поэтому представительницы прекрасного пола лучше запоминают все, что вызывало у них какие-то чувства. Мужчины же при запоминании включают логику, у них в шесть раз больше серого вещества, отвечающего за интеллект, и воспоминания формируют в первую очередь «аналитические центры». Поэтому их память легко усваивает цифры, схемы, а из событий выхватывает суть, помогающую решать ту или иную задачу. Информация не жизненно важная чаще уходит в «отвал».

(Кстати, у художников, артистов и прочих творческих личностей, как правило, развит женский, в том числе ассоциативный тип памяти - на детали, цвет, запах...)

Интересные факты.

• Более 70% нашего мозга состоит из воды.
• Вытянутые в ряд нейроны человека составят 1000 км.
• Из-за лобной доли мозга лоб человека больше, чем у животных.
• Уже обнаружено более пятидесяти функциональных центров мозга.
• Мозг возник очень давно—  более 500 млн лет назад.
• В первые дни жизни в мозгу возникает 250.000 нейронов в минуту.
• У медведя коала, который спит 80% своей жизни, совсем маленький мозг.
• В нашем мозгу обнаружено больше нейронов, чем звезд в нашей галактике.
• Импульс между нейронами проходит меньше, чем за тысячную секунды.
• Мозг способен производить миллионы операций за доли секунды.
• Выявлено более 50 гормонов, участвующих в работе тела.
• Активность мозга можно исследовать с точностью до миллиметра.
• За нашу жизнь 25 лет мы спим, из них 6 лет- видим сны.
• Мозг работает постоянно, даже если мы этого не осознаем.
• Мозг способен распознавать сотни различных запахов.
• Боль возникает за счет стимуляции специализированных рецепторов.
• Мозг контролирует более 650 мышц тела.
• Воображаемое движение возбуждает те же нейроны, что и настоящие.
• Теоретически человек может запомнить многие тысячи фактов.
• Лосось всегда помнит путь из моря в родную реку.
• В отличие от животных, взрослый человек умеет сдерживать эмоции.
• Эмоции необходимы для полноценной работы мозга.

Человек без памяти

В 1953 году одному страдавшему эпилепсией пациенту сделали операцию на мозгу, пытаясь ослабить интенсивность его припадков. Хирурги удалили у него часть мозга, где, в частности, располагался гиппокамп  (часть лимбической системы головного мозга (обонятельного мозга)). Когда пациент пришел в себя, медики обнаружили неожиданный побочный эффект операции. Он утратил способность запоминать, притом что прежние воспоминания у него сохранились прекрасно. Но все новые впечатления, которые он получал после операции, улетучивались у него через несколько минут. В результате, врачи были вынуждены постоянно рассказывать ему, кто они такие и где он находится! Именно тогда ученые осознали роль, которую играет гиппокамп  в процессе фиксации воспоминаний. Усиливая работу определенных нейронных цепей, эта часть мозга  надолго закрепляет образы, превращающиеся в воспоминания.

Мозг будущего?

Возможно, наш мозг станет в два раза больше, но произойдет это очень не скоро. Ученые пытаются искусственно усовершенствовать возможности нервной системы уже сегодня. Для этого они создают и вживляют в мозг электронные имплантаты, призванные стимулировать и усилить возможности конкретных зон мозга. Целью этих работ является, например, создание искусственных воспоминаний— знаний плана конкретного города, умения управлять самолетом. Главными заинтересованными в подобных исследованиях являются, конечно же, военные. Но до настоящего успеха еще очень далеко…

Мозжечок — мини-мозг внутри мозга

Мозжечок напоминает мозг в миниатюре, так как он также поделен на два покрытые извилинами полушария, имеющие тот же цвет, что и большой мозг. Кстати, по-латыни, он называется cerebellum, что значит «маленький мозг». Он расположен в задней части мозга и является частью центральной нервной системы. Мозжечок получает информацию как от тела, так и от полушарий. Он ответственен за координацию движения и равновесие. Люди с повреждениями мозжечка не парализованы, но они теряют способность сохранять равновесие и полноценно двигаться.

Литература.

1. Занимательный атлас. Наука и открытия. Загадки мозга. Издательство: Editions ATLAS.2008 г.

2. Семейная энциклопедия. Мозг и разум./Игорь Пурисов.- СПБ.:Амфора.ТИД Амфора 2013 г.

3. Биология.Человек.:учеб. Для 8 кл. общеобразоват.учреждений/ Д.В.Колесов, Р.Д.Маш, И.Н.Беляев – М.: Дрофа,2005 г.

4. Чебышев Н.В., Гузикова Г.С., Лазарева Ю.Б., Ларина С.Н /Биология.Новейший справочник.– М.: Махаон, 2007 г.

5.Абрахамс Питер. Иллюстрированный атлас анатомии человека. Полное описание жизнедеятельности тела человека/пер. С англ. –  М.: ЗАО «БММ», 2003 г.

6. Сетевая энциклопедия «Википедия»