Ліва півкуля людського мозку переважно керує правою частиною тіла, а права — лівою. Така перехресна організація нервової системи здається незвичною, але вона характерна для багатьох хребетних. Нове дослідження пропонує пояснення її походження: можливо, все почалося з давньої системи обробки зорової інформації, яка сформувалася понад пів мільярда років тому.
Нейробіологи Мартін Вессендорф, почесний доцент Університету Міннесоти, та Деніел Ван, який спеціалізується на когнітивній нейронауці й нейродегенеративних захворюваннях, дослідили еволюцію перехресних нервових зв’язків. У роботі, опублікованій у журналі Frontiers in Neuroanatomy, вони розглянули кілька сенсорних і рухових шляхів чотириногих тварин.
Їхня гіпотеза полягає в тому, що нові нервові ланцюги могли розвиватися навколо вже наявної системи зорових зв’язків, успадкувавши її перехресну організацію.
Зорова система могла задати напрямок
Підказку дослідники шукають у тому, як мозок обробляє зображення. Кришталик ока проєктує перевернуте зображення на сітківку: об’єкти праворуч потрапляють на її ліву частину, а ті, що ліворуч, — на праву.
Далі сигнали проходять зоровим нервом до структури під назвою зорове перехрестя. Тут нервові волокна організовані так, що інформація про праву половину поля зору надходить до лівої частини мозку, а про ліву — до правої.
Частина сигналів досягає зорового даху середнього мозку — давньої структури, яка в ссавців називається верхніми горбками. Вона допомагає швидко реагувати на події довкола, зокрема на раптовий рух. Кожна її половина містить карту протилежного поля зору. Глибше розташовані й карти тілесних відчуттів, організовані відповідним чином.
Оскільки ця структура є в усіх хребетних, дослідники вважають її однією з найдавніших частин їхньої нервової системи.
Перехресні шляхи відчуттів і руху
Вчені також розглянули два важливі шляхи передавання сенсорної інформації. Перший — шлях задніх канатиків спинного мозку — переносить сигнали про легкий дотик, вібрацію та положення частин тіла. Інформація піднімається спинним мозком до стовбура, де переходить на протилежний бік. Цей шлях є в амфібій, плазунів, птахів і ссавців, але відсутній у риб.
Другий — спіноталамічний тракт — передає сигнали про біль, свербіж і деякі види дотику. Він перетинає середню лінію ще в спинному мозку, після чого прямує до таламуса. Така організація характерна для птахів, ссавців і плазунів, а її окремі прояви виявили також у деяких хрящових риб, зокрема акул і скатів.
Перехресне з’єднання характерне й для рухових шляхів. Тектоспінальний тракт допомагає швидко реагувати на події довкола: наприклад, повернутися до автомобіля, який несподівано з’явився збоку. Він бере початок у зоровому даху середнього мозку та прямує до протилежної сторони спинного мозку.
Руброспінальний шлях, що починається в червоному ядрі середнього мозку, також перетинає середню лінію. Його пов’язують із контролем рухів кінцівок. Він особливо виражений у більшості ссавців, хоча його виявили й в інших чотириногих та деяких хрящових риб.
Як давня схема могла допомогти людям керувати пальцями
Особливу роль у людини відіграє кортикоспінальний тракт — шлях від кори головного мозку до спинного мозку. Він бере участь у точних рухах, зокрема в контролі пальців.
Його еволюційна історія складніша. Усі хребетні мають кінцевий мозок, але шестишарова кора, яка підтримує складну обробку сенсорної інформації, пам’яті, рухів і мови, є лише у ссавців.
У більшості ссавців кортикоспінальний тракт переважно впливає на обробку сенсорних сигналів. Проте в приматів, зокрема людей, та деяких інших тварин він також безпосередньо з’єднується з ділянками спинного мозку, які керують м’язами. Це дає змогу виконувати точні й скоординовані рухи.
Автори припускають, що еволюція могла не створювати для цього цілком нову систему, а пристосувати давній шлях, який спочатку був пов’язаний із регуляцією сенсорної інформації.
Спадщина еволюції віком понад пів мільярда років
Загалом ці приклади наштовхнули дослідників на думку, що перехресну організацію нервової системи могли закласти найдавніші зорові шляхи. Інші сенсорні та рухові ланцюги, які виникали пізніше, могли успадкувати цю схему.
Оскільки всі сучасні хребетні мають зорове перехрестя та зоровий дах, організований із урахуванням протилежного поля зору, науковці припускають, що ці структури вже існували в примітивних безщелепних риб кембрійського періоду — приблизно 538–486 мільйонів років тому.
Перевірити гіпотезу потенційно можна за допомогою скам’янілих черепів давніх безщелепних риб: їхнє анатомічне дослідження може допомогти з’ясувати, чи мали ці тварини зорове перехрестя та зоровий дах.
Ця ідея також ставить під сумнів припущення, що кожна незвична біологічна особливість обов’язково виникла як безпосередня перевага для виживання. Еволюція часто не створює системи з нуля, а змінює й повторно використовує вже наявні структури.
Отже, здатність лівої півкулі керувати правою стороною тіла може бути не результатом особливої функціональної переваги, а наслідком давньої організації зорової системи, яку еволюція зберегла й поширила на інші нервові шляхи. Поки що це гіпотеза, але вона пропонує незвичний погляд на те, наскільки глибоко історія давніх хребетних закарбована в будові людського мозку.