Кора головного мозга , также известная как мозговая мантия , [1] является внешним слоем нервной ткани головного мозга у людей и других млекопитающих . Это крупнейшее место нейронной интеграции в центральной нервной системе , [2] и играет ключевую роль во внимании , восприятии , осознании , мышлении , памяти , языке и сознании . Кора головного мозга является частью мозга, отвечающей за познание .
Шестислойный неокортекс составляет приблизительно 90% коры , а аллокортекс составляет остальную часть. [3] Кора разделена на левую и правую части продольной щелью , которая разделяет два полушария головного мозга , соединенные под корой мозолистым телом . У большинства млекопитающих, за исключением мелких млекопитающих с маленьким мозгом, кора головного мозга складчатая, что обеспечивает большую площадь поверхности в ограниченном объеме черепа . Помимо минимизации объема мозга и черепа, кортикальная складчатость имеет решающее значение для мозговой схемы и ее функциональной организации. [4] У млекопитающих с маленьким мозгом складчатость отсутствует, и кора гладкая. [5] [6]
Складка или гребень в коре называется извилиной ( множественное число gyri), а бороздка называется бороздой (множественное число sulci). Эти поверхностные извилины появляются во время развития плода и продолжают созревать после рождения посредством процесса гирификации . В человеческом мозге большая часть коры головного мозга не видна снаружи, но скрыта в бороздах. [7] Основные борозды и извилины отмечают разделение головного мозга на доли мозга . Четыре основные доли — лобная , теменная , затылочная и височная . Другие доли — лимбическая доля и островковая кора , часто называемая островковой долей .
В коре головного мозга человека находится от 14 до 16 миллиардов нейронов . [2] Они организованы в горизонтальные корковые слои, а радиально в корковые колонки и миниколонки . Корковые области имеют специфические функции, такие как движение в моторной коре и зрение в зрительной коре . Моторная кора в основном расположена в прецентральной извилине , а зрительная кора расположена в затылочной доле.
Кора головного мозга — это внешнее покрытие поверхностей полушарий головного мозга, сложенное в пики, называемые извилинами , и углубления, называемые бороздами . В человеческом мозге она имеет толщину от 2 до 3-4 мм, [8] и составляет 40% массы мозга. [2] 90% коры головного мозга — это шестислойный неокортекс , в то время как остальные 10% состоят из трех/четырехслойного аллокортекса . [2] В коре находится от 14 до 16 миллиардов нейронов. [2] Эти корковые нейроны организованы радиально в кортикальные колонки и миниколонки в горизонтально организованных слоях коры. [9] [10]
Неокортекс разделяется на различные области коры, известные во множественном числе как кора, и включает моторную кору и зрительную кору . Около двух третей поверхности коры погружены в борозды, а островковая кора полностью скрыта. Кора имеет наибольшую толщину над верхушкой извилины и наименьшую толщину у основания борозды. [11]
Кора головного мозга сложена таким образом, что позволяет большой площади поверхности нервной ткани умещаться в пределах нейрокраниума . В развернутом виде у человека каждая полушарная кора имеет общую площадь поверхности около 0,12 квадратных метров (1,3 квадратных фута). [12] Складчатость направлена внутрь от поверхности мозга, а также присутствует на медиальной поверхности каждого полушария в продольной борозде . У большинства млекопитающих кора головного мозга извилистая, с пиками, известными как извилины, и впадинами или канавками, известными как борозды. У некоторых мелких млекопитающих, включая некоторых мелких грызунов , гладкие мозговые поверхности без извилин . [6]
Более крупные борозды и извилины отмечают деление коры головного мозга на доли мозга . [8] Существует четыре основные доли: лобная доля , теменная доля , височная доля и затылочная доля . Островковая доля часто включается в качестве островковой доли. [13] Лимбическая доля представляет собой ободок коры на медиальной стороне каждого полушария и также часто включается. [14] Также описаны три дольки мозга: парацентральная долька , верхняя теменная долька и нижняя теменная долька .
У видов млекопитающих более крупные мозги (в абсолютных величинах, а не только по отношению к размеру тела) имеют тенденцию к более толстой коре. [15] У самых маленьких млекопитающих, таких как землеройки , толщина неокортекса составляет около 0,5 мм; у тех, у кого самый большой мозг, таких как люди и финвалы, толщина составляет 2–4 мм. [2] [8] Между весом мозга и толщиной коры существует приблизительно логарифмическая зависимость. [15] Магнитно-резонансная томография мозга (МРТ) позволяет получить меру толщины коры головного мозга человека и соотнести ее с другими мерами. Толщина различных областей коры различается, но в целом сенсорная кора тоньше моторной. [16] Одно исследование обнаружило некоторую положительную связь между толщиной коры и интеллектом . [17] Другое исследование показало, что соматосенсорная кора у пациентов с мигренью толще , хотя неизвестно, является ли это результатом приступов мигрени, их причиной или и то, и другое является результатом общей причины. [18] [19] Более позднее исследование с участием большей популяции пациентов не выявило никаких изменений в толщине коры у пациентов с мигренью. [20] Генетическое нарушение коры головного мозга, при котором уменьшение складчатости в определенных областях приводит к образованию микроизвилины , где вместо шести слоев имеется четыре, в некоторых случаях связывают с дислексией . [21]
Неокортекс состоит из шести слоев, пронумерованных от I до VI, от самого внешнего слоя I – около мягкой мозговой оболочки , до самого внутреннего слоя VI – около лежащего под ней белого вещества . Каждый слой коры имеет характерное распределение различных нейронов и их связей с другими корковыми и подкорковыми областями. Существуют прямые связи между различными областями коры и непрямые связи через таламус.
Одним из самых ярких примеров кортикального расслоения является линия Дженнари в первичной зрительной коре . Это полоса более белой ткани, которую можно наблюдать невооруженным глазом в шпорной борозде затылочной доли. Линия Дженнари состоит из аксонов, передающих зрительную информацию из таламуса в слой IV зрительной коры .
Окрашивание поперечных срезов коры для выявления положения тел нейронов и внутрикорковых аксонных трактов позволило нейроанатомам в начале 20 века составить подробное описание пластинчатой структуры коры у разных видов. Работа Корбиниана Бродмана (1909) установила, что неокортекс млекопитающих последовательно делится на шесть слоев.
Слой I является молекулярным слоем и содержит несколько разбросанных нейронов, включая ГАМКергические нейроны шиповника . [22] Слой I в основном состоит из расширений апикальных дендритных пучков пирамидальных нейронов и горизонтально ориентированных аксонов, а также глиальных клеток . [4] Во время развития в этом слое присутствуют клетки Кахаля-Ретциуса [23] и клетки субпиального зернистого слоя [24] . Также здесь можно найти некоторые шиповатые звездчатые клетки . Считается, что входы в апикальные пучки имеют решающее значение для взаимодействий обратной связи в коре головного мозга, участвующих в ассоциативном обучении и внимании. [25]
Хотя когда-то считалось, что входные данные в слой I поступают из самой коры [26], теперь известно, что слой I по всей коре головного мозга получает существенные входные данные от матрикса или клеток таламуса М-типа [27] , в отличие от ядер или клеток С-типа, которые поступают в слой IV. [28]
Считается, что слой I служит центральным узлом для сбора и обработки широко распространенной информации. Он объединяет восходящие сенсорные входы с нисходящими ожиданиями, регулируя, как сенсорные восприятия согласуются с ожидаемыми результатами. Кроме того, слой I сортирует, направляет и объединяет возбуждающие входы, интегрируя их с нейромодуляторными сигналами. Тормозные интернейроны, как в слое I, так и из других слоев коры, пропускают эти сигналы. Вместе эти взаимодействия динамически калибруют поток информации по всей неокортексу, формируя восприятие и опыт. [29]
Слой II, наружный зернистый слой , содержит мелкие пирамидальные нейроны и многочисленные звездчатые нейроны.
Слой III, наружный пирамидный слой , содержит преимущественно мелкие и средние пирамидные нейроны, а также непирамидные нейроны с вертикально ориентированными внутрикортикальными аксонами; слои I–III являются основной мишенью комиссуральных кортикокортикальных афферентов , а слой III является основным источником кортикокортикальных эфферентов .
Слой IV, внутренний зернистый слой , содержит различные типы звездчатых и пирамидальных клеток и является основной целью таламокортикальных афферентов от нейронов таламуса типа C (ядерного типа) [28] , а также внутриполушарных кортикокортикальных афферентов. Слои выше слоя IV также называются супрагранулярными слоями (слои I-III), тогда как слои ниже называются инфрагранулярными слоями (слои V и VI). У африканских слонов , китообразных и бегемотов нет слоя IV с аксонами, которые бы там заканчивались, вместо этого направляясь во внутреннюю часть слоя III. [30]
Слой V, внутренний пирамидальный слой , содержит крупные пирамидальные нейроны. Аксоны от них выходят из коры и соединяются с подкорковыми структурами, включая базальные ганглии . В первичной моторной коре лобной доли слой V содержит гигантские пирамидальные клетки, называемые клетками Беца , чьи аксоны проходят через внутреннюю капсулу , ствол мозга и спинной мозг, образуя кортикоспинальный тракт , который является основным путем для произвольного управления движениями.
Слой VI, полиморфный слой или многоформный слой , содержит несколько крупных пирамидальных нейронов и много мелких веретенообразных пирамидальных и многоформных нейронов; слой VI посылает эфферентные волокна в таламус, устанавливая очень точную взаимную взаимосвязь между корой и таламусом. [31] То есть, нейроны слоя VI из одной кортикальной колонки соединяются с нейронами таламуса, которые обеспечивают вход в ту же кортикальную колонку. Эти связи являются как возбуждающими, так и тормозными. Нейроны посылают возбуждающие волокна к нейронам в таламусе, а также посылают коллатерали в таламическое ретикулярное ядро , которые тормозят эти же нейроны таламуса или соседние с ними. [32] Одна из теорий заключается в том, что поскольку тормозной выход уменьшается холинергическим входом в кору головного мозга, это обеспечивает ствол мозга регулируемым «управлением усилением для реле лемнисковых входов». [32]
Корковые слои не просто накладываются друг на друга; существуют характерные связи между различными слоями и типами нейронов, которые охватывают всю толщину коры. Эти корковые микросхемы сгруппированы в корковые колонки и миниколонки . [33] Было высказано предположение, что миниколонки являются основными функциональными единицами коры. [34] В 1957 году Вернон Маунткасл показал, что функциональные свойства коры резко меняются между латерально соседними точками; однако они непрерывны в направлении, перпендикулярном поверхности. Более поздние работы предоставили доказательства наличия функционально различных корковых колонок в зрительной коре (Хьюбел и Визель , 1959), [35] слуховой коре и ассоциативной коре.
Корковые области, в которых отсутствует слой IV, называются агранулярными . Корковые области, в которых имеется только рудиментарный слой IV, называются дисгранулярными. [36] Обработка информации в каждом слое определяется различной временной динамикой, при этом в слоях II/III наблюдаются медленные колебания частотой 2 Гц , а в слое V — быстрые колебания частотой 10–15 Гц. [37]
На основании различий в слоистой организации кору головного мозга можно разделить на два типа: большую область неокортекса , которая имеет шесть слоев клеток, и гораздо меньшую область аллокортекса , которая имеет три или четыре слоя: [3]
Между неокортексом и аллокортексом существует переходная область, называемая паралимбической корой , где объединены слои 2, 3 и 4. Эта область включает в себя произокортекс неокортекса и периаллокортекс аллокортекса. Кроме того, кору головного мозга можно разделить на четыре доли : лобную , височную , теменную и затылочную , названные по расположенным над ними костям черепа .
Кровоснабжение коры головного мозга является частью мозгового кровообращения . Мозговые артерии снабжают кровью, которая снабжает мозг. Эта артериальная кровь переносит кислород, глюкозу и другие питательные вещества в кору головного мозга. Мозговые вены отводят дезоксигенированную кровь и отходы метаболизма, включая углекислый газ, обратно в сердце.
Основными артериями, снабжающими кору, являются передняя мозговая артерия , средняя мозговая артерия и задняя мозговая артерия . Передняя мозговая артерия снабжает передние отделы мозга, включая большую часть лобной доли. Средняя мозговая артерия снабжает теменные доли, височные доли и части затылочных долей. Средняя мозговая артерия разделяется на две ветви, снабжающие левое и правое полушария, где они далее разветвляются. Задняя мозговая артерия снабжает затылочные доли.
Виллизиев круг — основная кровеносная система, отвечающая за кровоснабжение головного мозга и коры больших полушарий.
Пренатальное развитие коры головного мозга представляет собой сложный и тонко настроенный процесс, называемый кортикогенезом , на который влияет взаимодействие генов и окружающей среды. [38]
Кора головного мозга развивается из самой передней части, области переднего мозга, нервной трубки . [39] [40] Нервная пластинка складывается и закрывается, образуя нервную трубку . Из полости внутри нервной трубки развивается желудочковая система , а из нейроэпителиальных клеток ее стенок — нейроны и глия нервной системы. Самая передняя (передняя или краниальная) часть нервной пластинки, прозэнцефалон , которая очевидна до начала нейруляции , дает начало полушариям головного мозга и позднее коре. [41]
Кортикальные нейроны генерируются в желудочковой зоне , рядом с желудочками . Сначала эта зона содержит нейральные стволовые клетки , которые переходят в радиальные глиальные клетки – клетки-предшественники, которые делятся, чтобы производить глиальные клетки и нейроны. [42]
Кора головного мозга состоит из гетерогенной популяции клеток, которые дают начало различным типам клеток. Большинство этих клеток происходят из миграции радиальной глии , которая формирует различные типы клеток неокортекса, и это период, связанный с увеличением нейрогенеза . Аналогичным образом, процесс нейрогенеза регулирует ламинирование для формирования различных слоев коры. Во время этого процесса происходит увеличение ограничения судьбы клеток, которое начинается с того, что более ранние предшественники дают начало любому типу клеток в коре, а более поздние предшественники дают начало только нейронам поверхностных слоев. Эта дифференциальная судьба клеток создает топографию «изнутри наружу» в коре с более молодыми нейронами в поверхностных слоях и более старыми нейронами в более глубоких слоях. Кроме того, ламинарные нейроны останавливаются в фазе S или G2 , чтобы дать тонкое различие между различными слоями коры. Ламинарная дифференциация не полностью завершается до рождения, поскольку во время развития ламинарные нейроны все еще чувствительны к внешним сигналам и внешним сигналам. [43]
Хотя большинство клеток, составляющих кору, локально происходят из радиальной глии, существует подгруппа популяции нейронов, которые мигрируют из других регионов. Радиальная глия дает начало нейронам, имеющим пирамидальную форму и использующим глутамат в качестве нейротрансмиттера , однако эти мигрирующие клетки дают нейроны, имеющие звездчатую форму и использующие ГАМК в качестве своего основного нейротрансмиттера. Эти ГАМКергические нейроны генерируются клетками-предшественниками в медиальном ганглиозном возвышении (МГЭ), которые мигрируют по касательной к коре через субвентрикулярную зону . Эта миграция ГАМКергических нейронов особенно важна, поскольку ГАМК-рецепторы являются возбуждающими во время развития. Это возбуждение в первую очередь обусловлено потоком ионов хлора через ГАМК-рецептор, однако у взрослых концентрация хлора смещается, вызывая внутренний поток хлора, который гиперполяризует постсинаптические нейроны . [44] Глиальные волокна, образующиеся в первых делениях клеток-предшественников, ориентированы радиально, охватывая толщу коры от желудочковой зоны до внешней, мягкой мозговой поверхности, и обеспечивают основу для миграции нейронов наружу из желудочковой зоны . [45] [46]
При рождении на теле клетки кортикального нейрона присутствует очень мало дендритов , а аксон не развит. В течение первого года жизни дендриты резко увеличиваются в количестве, так что они могут вместить до ста тысяч синаптических связей с другими нейронами. Аксон может развиться и простираться далеко от тела клетки. [47]
Первые деления клеток-предшественников симметричны, что дублирует общее количество клеток-предшественников в каждом митотическом цикле . Затем некоторые клетки-предшественники начинают делиться асимметрично, производя одну постмитотическую клетку, которая мигрирует вдоль радиальных глиальных волокон, покидая желудочковую зону , и одну клетку-предшественника, которая продолжает делиться до конца развития, когда она дифференцируется в глиальную клетку или эпендимальную клетку . По мере удлинения фазы G1 митоза , что рассматривается как избирательное удлинение клеточного цикла, новорожденные нейроны мигрируют в более поверхностные слои коры. [48] Мигрирующие дочерние клетки становятся пирамидальными клетками коры головного мозга. [49] Процесс развития упорядочен во времени и регулируется сотнями генов и эпигенетическими регуляторными механизмами . [50]
Слоистая структура зрелой коры головного мозга формируется во время развития. Первые пирамидальные нейроны, образованные из желудочковой зоны и субвентрикулярной зоны , вместе с нейронами Кахаля-Ретциуса , продуцирующими рилин , мигрируют из препластины . Затем группа нейронов, мигрирующих в середину препластины, делит этот переходный слой на поверхностную краевую зону , которая станет слоем I зрелой неокортекса, и субпластину , [51] образуя средний слой, называемый корковой пластинкой . Эти клетки сформируют глубокие слои зрелой коры, слои пять и шесть. Позднее рожденные нейроны мигрируют радиально в корковую пластинку мимо нейронов глубокого слоя и становятся верхними слоями (от двух до четырех). Таким образом, слои коры создаются в порядке изнутри наружу. [52] Единственное исключение из этой последовательности нейрогенеза изнутри наружу происходит в слое I приматов , в котором, в отличие от грызунов , нейрогенез продолжается в течение всего периода кортикогенеза . [53]
Карта функциональных корковых областей, включающая первичную моторную и зрительную кору, берет начало из « протокарты », [54] которая регулируется молекулярными сигналами, такими как фактор роста фибробластов FGF8 на ранних стадиях эмбрионального развития. [55] [56] Эти сигналы регулируют размер, форму и положение корковых областей на поверхности кортикального зачатка, отчасти путем регулирования градиентов экспрессии факторов транскрипции с помощью процесса, называемого кортикальным паттернированием . Примерами таких факторов транскрипции являются гены EMX2 и PAX6 . [57] Вместе оба фактора транскрипции образуют противоположный градиент экспрессии. Pax6 высоко экспрессируется на рострально-латеральном полюсе, в то время как Emx2 высоко экспрессируется на каудомедиальном полюсе. Установление этого градиента важно для правильного развития. Например, мутации в Pax6 могут привести к расширению уровней экспрессии Emx2 за пределы его нормального домена экспрессии, что в конечном итоге приведет к расширению областей, обычно происходящих из каудальной медиальной коры, таких как зрительная кора . Напротив, если происходят мутации в Emx2, это может привести к расширению домена, экспрессирующего Pax6, и к увеличению фронтальных и моторных областей коры. Поэтому исследователи полагают, что схожие градиенты и сигнальные центры рядом с корой могут способствовать региональной экспрессии этих факторов транскрипции. [44] Два очень хорошо изученных сигнала паттернирования для коры включают FGF и ретиноевую кислоту . Если FGF неправильно экспрессируются в разных областях развивающейся коры, нарушается кортикальное паттернирование . В частности, когда Fgf8 увеличивается в переднем полюсе, Emx2 подавляется , и происходит каудальный сдвиг в кортикальной области. Это в конечном итоге вызывает расширение ростральных областей. Таким образом, Fgf8 и другие FGF играют роль в регуляции экспрессии Emx2 и Pax6 и представляют собой способ специализации коры головного мозга для выполнения различных функций. [44]
Быстрое расширение площади поверхности коры регулируется количеством самообновления радиальных глиальных клеток и частично регулируется генами FGF и Notch . [58] В период нейрогенеза коры и формирования слоев у многих высших млекопитающих начинается процесс гирификации , который создает характерные складки коры головного мозга. [59] [60] Гирификация регулируется ДНК-ассоциированным белком Trnp1 [61] и сигналами FGF и SHH [62] [63]
Из всех различных областей мозга кора головного мозга показывает самые большие эволюционные вариации и эволюционировала в последнее время. [6] В отличие от высококонсервативной схемы продолговатого мозга , например, которая выполняет такие важные функции, как регуляция частоты сердечных сокращений и дыхания, многие области коры головного мозга не являются строго необходимыми для выживания. Таким образом, эволюция коры головного мозга увидела появление и модификацию новых функциональных областей — в частности, ассоциативных областей, которые не получают входные данные напрямую извне коры. [6]
Ключевая теория эволюции коры воплощена в гипотезе радиальной единицы и связанной с ней гипотезе протокарты , впервые предложенной Ракичом. [64] Эта теория утверждает, что новые корковые области формируются путем добавления новых радиальных единиц, что достигается на уровне стволовых клеток . Гипотеза протокарты утверждает, что клеточная и молекулярная идентичность и характеристики нейронов в каждой корковой области определяются корковыми стволовыми клетками , известными как радиальные глиальные клетки , на первичной карте. Эта карта контролируется секретируемыми сигнальными белками и нисходящими факторами транскрипции . [65] [66] [67]
Кора головного мозга связана с различными подкорковыми структурами, такими как таламус и базальные ганглии , отправляя им информацию по эфферентным связям и получая от них информацию через афферентные связи . Большая часть сенсорной информации направляется в кору головного мозга через таламус. Обонятельная информация, однако, проходит через обонятельную луковицу в обонятельную кору ( пириформную кору ). Большинство связей идет из одной области коры в другую, а не из подкорковых областей; Брайтенберг и Шюц (1998) утверждают, что в первичных сенсорных областях, на уровне коры, где заканчиваются входные волокна, до 20% синапсов снабжаются внекорковыми афферентами, но в других областях и других слоях этот процент, вероятно, будет намного ниже. [68]
Вся кора головного мозга была разделена на 52 различных области в ранней презентации Корбиниана Бродмана . Эти области, известные как области Бродмана , основаны на их цитоархитектуре, но также связаны с различными функциями. Примером является область Бродмана 17, которая является первичной зрительной корой .
В более общем плане кору головного мозга обычно описывают как состоящую из трех частей: сенсорной, двигательной и ассоциативной.
Сенсорные области — это области коры, которые получают и обрабатывают информацию от органов чувств . Части коры, которые получают сенсорные входы от таламуса , называются первичными сенсорными областями. Чувства зрения, слуха и осязания обслуживаются первичной зрительной корой, первичной слуховой корой и первичной соматосенсорной корой соответственно. В целом, два полушария получают информацию с противоположной (контралатеральной) стороны тела . Например, правая первичная соматосенсорная кора получает информацию от левых конечностей, а правая зрительная кора получает информацию от левого поля зрения .
Организация сенсорных карт в коре отражает организацию соответствующего органа восприятия, в том, что известно как топографическая карта . Соседние точки в первичной зрительной коре , например, соответствуют соседним точкам в сетчатке . Эта топографическая карта называется ретинотопической картой . Точно так же существует тонотопическая карта в первичной слуховой коре и соматотопическая карта в первичной сенсорной коре. Эта последняя топографическая карта тела на задней центральной извилине была проиллюстрирована как деформированное человеческое представление, соматосенсорный гомункулус , где размер различных частей тела отражает относительную плотность их иннервации. Области с большой сенсорной иннервацией, такие как кончики пальцев и губы, требуют большей площади коры для обработки более тонких ощущений.
Двигательные зоны расположены в обоих полушариях коры. Двигательные зоны очень тесно связаны с контролем произвольных движений, особенно мелких фрагментарных движений, выполняемых рукой. Правая половина двигательной зоны контролирует левую сторону тела, и наоборот.
Две области коры обычно называют двигательными:
Кроме того, двигательные функции были описаны для:
Прямо под корой головного мозга находятся взаимосвязанные подкорковые массы серого вещества, называемые базальными ганглиями (или ядрами). Базальные ганглии получают входные данные от черной субстанции среднего мозга и двигательных областей коры головного мозга и посылают сигналы обратно в обе эти области. Они участвуют в контроле движений. Они находятся латеральнее таламуса. Основными компонентами базальных ганглиев являются хвостатое ядро , скорлупа , бледный шар , черная субстанция , прилежащее ядро и субталамическое ядро . Скорлупа и бледный шар также известны как чечевицеобразное ядро , потому что вместе они образуют линзовидное тело. Скорлупа и хвостатое ядро также называются полосатым телом из-за их полосатого внешнего вида. [71] [72]
Ассоциативные области — это части коры головного мозга, которые не относятся к первичным областям. Они функционируют для создания осмысленного перцептивного опыта мира, позволяют нам эффективно взаимодействовать и поддерживают абстрактное мышление и язык. Теменная , височная и затылочная доли — все они расположены в задней части коры — интегрируют сенсорную информацию и информацию, хранящуюся в памяти. Лобная доля или префронтальный ассоциативный комплекс участвует в планировании действий и движений, а также в абстрактном мышлении. В глобальном масштабе ассоциативные области организованы как распределенные сети. [73] Каждая сеть соединяет области, распределенные по широко разнесенным областям коры. Отдельные сети располагаются рядом друг с другом, образуя сложную серию переплетенных сетей. Конкретная организация ассоциативных сетей обсуждается с доказательствами взаимодействий, иерархических отношений и конкуренции между сетями.
У людей ассоциативные сети особенно важны для функции языка. В прошлом предполагалось, что языковые способности локализованы в зоне Брока в областях левой нижней лобной извилины , BA44 и BA45 , для выражения языка и в зоне Вернике BA22 , для восприятия языка. Однако было показано, что процессы выражения и восприятия языка происходят и в других областях, а не только в структурах вокруг боковой борозды , включая лобную долю, базальные ганглии , мозжечок и мост . [74]
Нейродегенеративные заболевания , такие как болезнь Альцгеймера , проявляются в виде маркера атрофии серого вещества коры головного мозга. [76]
Другие заболевания центральной нервной системы включают неврологические расстройства, такие как эпилепсия , двигательные расстройства и различные виды афазии (трудности в выражении или понимании речи).
Повреждение мозга в результате болезни или травмы может включать повреждение определенной доли, например, при расстройстве лобной доли , и связанные с этим функции будут затронуты. Гематоэнцефалический барьер , который служит для защиты мозга от инфекции, может быть нарушен, что позволит проникнуть патогенам .
Развивающийся плод восприимчив к ряду факторов окружающей среды, которые могут вызывать врожденные дефекты и проблемы в дальнейшем развитии. Например, употребление алкоголя матерью может вызвать расстройство алкогольного спектра плода . [77] Другими факторами, которые могут вызывать нарушения нейроразвития, являются токсичные вещества , такие как наркотики , и воздействие радиации, например, рентгеновских лучей . Инфекции также могут влиять на развитие коры головного мозга. Вирусная инфекция является одной из причин лиссэнцефалии , которая приводит к гладкой коре без извилин .
Тип электрокортикографии, называемый картированием корковой стимуляции, представляет собой инвазивную процедуру, которая включает размещение электродов непосредственно на открытом мозге для локализации функций определенных областей коры. Он используется в клинических и терапевтических целях, включая предоперационное картирование. [78]
Существует ряд генетических мутаций, которые могут вызывать широкий спектр генетических нарушений коры головного мозга, включая микроцефалию , шизэнцефалию и типы лиссэнцефалии . [79] Хромосомные аномалии также могут вызывать ряд нарушений нейроразвития, таких как синдром ломкой Х-хромосомы и синдром Ретта .
MCPH1 кодирует микроцефалин , а нарушения в этом гене и в ASPM связаны с микроцефалией. [79] Мутации в гене NBS1 , который кодирует нибрин, могут вызывать синдром поломки Неймегена , характеризующийся микроцефалией. [79]
Мутации в EMX2 [80] и COL4A1 связаны с шизэнцефалией [81] — состоянием , характеризующимся отсутствием больших частей полушарий головного мозга.
В 1909 году Корбиниан Бродман выделил 52 различных региона коры головного мозга на основе их цитоархитектуры. Они известны как области Бродмана . [82]
Рафаэль Лоренте де Но , ученик Сантьяго Рамона-и-Кахаля , выделил более 40 различных типов корковых нейронов на основе распределения их дендритов и аксонов. [82]
Кора головного мозга происходит от плаща , слоистой структуры, обнаруженной в переднем мозге всех позвоночных . Основная форма плаща — цилиндрический слой, охватывающий заполненные жидкостью желудочки. По окружности цилиндра расположены четыре зоны: дорсальный плащ, медиальный плащ, вентральный плащ и латеральный плащ, которые, как полагают, гомологичны неокортексу , гиппокампу , миндалевидному телу и обонятельной коре соответственно.
В мозге птиц , данные свидетельствуют о том, что нейроархитектура птичьего паллиума напоминает кору головного мозга млекопитающих. [83] Птичий паллиум также считается эквивалентной нейронной основой для сознания . [84] [85]
До недавнего времени у беспозвоночных не было обнаружено аналогов коры головного мозга. Однако исследование, опубликованное в журнале Cell в 2010 году, основанное на профилях экспрессии генов, сообщило о сильном сродстве между корой головного мозга и грибовидными телами гусеницы Platynereis dumerilii . [86] Грибовидные тела — это структуры в мозге многих видов червей и членистоногих, которые, как известно, играют важную роль в обучении и памяти; генетические данные указывают на общее эволюционное происхождение и, следовательно, указывают на то, что происхождение самых ранних предшественников коры головного мозга восходит к докембрийской эпохе.
Функциональные столбцы были впервые определены в коре Маунткаслом (1957), который предложил столбчатую гипотезу, согласно которой кора состоит из дискретных, модульных столбцов нейронов, характеризующихся постоянным профилем связей.