Мозг человека – это самый сложный орган, сотворенный природой. Его производительность выше, чем у самого мощного компьютера. Мозг организован на различных уровнях нервных цепей: от процессов в отдельных синапсах до сетей между миллионами клеток. Мозг человека состоит из различных отделов, таких как большой мозг, мозжечок и ствол головного мозга, которые выполняют различные функции. Для выполнения множества функций различные отделы мозга должны работать совместно. Поэтому и существует связь как между соседними нейронами, так и удалёнными друг от друга отделами мозга.

Лимбическая система
Лимбическая система – это совокупность областей мозга, которые имеют большое значение для возникновение и обработки эмоций, а также для процессов памяти. Гиппокамп, гипоталамус и миндалина (также называемая миндалевидным ядром) являются частью лимбической системы. Лимбическая система контролирует наши чувства и наше сексуальное поведение, а также оценивает важность информации о внешнем мире.

Гипофиз
Гипофиз размером всего с горошину, но он управляет гормональной системой организма. Он управляется гипоталамусом и выпускает в кровь гормоны. Вместе с тем он регулирует такие функции организма, как рост, размножение и обмен веществ.

Гиппокамп
Гиппокамп это «скрученный» участок коры головного мозга и центральная часть лимбической системы. Он важен для хранения знаний и опыта. Без него человек не способен запомнить ничего нового. Гиппокамп – это одна из немногих областей мозга, в которой на протяжении всей жизни образуются нейроны.

Гипоталамус
Гипоталамус контролирует такие важные функции, как размножение, питание, терморегуляция и определение времени. Это центр управления автономной нервной системой, несознательными процессами, в частности дыханием и сердцебиением.

Ствол головного мозга
Ствол головного мозга связан напрямую со спинным мозгом и является чем-то вроде «щитом управления» мозга. Несмотря на малые размеры – не более большого пальца, – ствол головного мозга контролирует и регулирует такие важнейшие процессы организма, как кровообращение, дыхание и сон. Эволюционно это одна из самых древних частей мозга. Поэтому различия между человеком и животным здесь относительно небольшие.

Лобная доля
Лобной долей называется передняя часть коры головного мозга. Она отвечает за осознанность движений, в частности за быстроту, направление и развитие силы. Многие учёные также размещают здесь высшие интеллектуальные способности человека и называют лобную долю «носителем культуры». Самый передний отдел лобной доли отвечает за внимание, обдумывание, принятие решений и планирование и считается вместилищем личности.

Мозжечок
Мозжечок расположен в задней части черепной коробки. Эволюционно это очень древняя часть мозга. Связи между нейронами здесь заметно менее сложные, чем в большом мозгу. Мозжечок координирует моторику, то есть положение тела и ходьбу, а также такую сложную двигательную деятельность, как письмо. Несмотря на небольшой размер, в мозжечке в четыре раза больше клеток, чем во всём остальном мозгу.

Кора головного мозга
Кора головного мозга (лат. cortex cerebri) покрывает почти весь мозг. Борозды и извилины мозга придают ему сходство с грецким орехом. Кора головного мозга отвечает за восприятие, сознание и поведение. Благодаря ей мы общаемся, решаем трудные задачи и распознаём и систематизируем объекты.

Височная доля
Самой известной функцией височной доли является слух. Практически всю поверхность височной доли занимают слуховые центры. Но височная доля также необходима для многих других вещей: обоняния, речи, понимания, распознавания образов и формирования памяти.

Электрическая схема головного мозга
Структура связей в нервной системе живого организма носит название «коннектом». Этот термин означает, что нейроны образуют прочную сеть и что их функционирование можно понять только во взаимосвязи. Коннектом головного мозга человека очень сложен. Поэтому учёные исследовали его основополагающие принципы на более просто устроенном мозге, в частности мозге мыши. Так, в 2019 году исследователям из Института исследований мозга им. Макса Планка получили изображение нейронных связей в небольшом фрагменте головного мозга мыши невиданным ранее уровнем детализации: электрическая схема из примерно 7 000 аксонов, с более чем двумя с половиной метрами нейронных «кабелей», соединенных посредством более 400 000 синапсов. Для этого они использовали новый вид обработки изображений, основанный на искусственном интеллекте (ИИ). При этом им впервые удалось доказать, что упорядочивание новых синапсов следует строгим правилам.

Небольшой фрагмент коры головного мозга мыши, реконструированный с помощью программы обработки изображений на основе ИИ.
© Перепечатано с разрешения A Motta et al., Science. DOI (цифровой идентификатор объекта): 10.1126/science.aay3134

Мыслительные автобаны
Сложные функции мозга – например, при управлении движением или вычислениях - становятся возможными только благодаря сложному соединению различных областей мозга. В мозгу находится большое количество пучков нервных волокон, которые связывают друг с другом разные отделы мозга. С помощью диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (ДВ-МРТ) учёным удалось отследить объединение в единую сеть зон головного мозга на примере мозга живого человека. Это неинвазивная, безопасная и очень надёжная технология. При этом измеряется диффузионное перемещение молекул воды в тканях. Вдоль пучков нервных волокон эти молекулы перемещаются быстрее и легче, чем в поперечном направлении. В конечном итоге исследовали преобразуют измеренные диффузные градиенты в цветные изображения.

Крупные пучки нервных волокон мозга можно разглядеть с помощью ДВ-МРТ. Цвета показывают расположение волокон.

© Институт когнитивной нейробиологии им. Макса Планка, Лейпциг / Ральф Шураде, Альфред Анвандер / ПО для визуализации: Fibernavigator 2