Нейробиологи объяснили перекрёстные связи мозга древней зрительной системой

Нейробиологи Мартин Вессендорф и Дэниел Ванг предположили, что перекрёстная организация нервных путей у животных с четырьмя конечностями могла сформироваться под влиянием древней зрительной системы. Их гипотеза опубликована в журнале Frontiers in Neuroanatomy: более поздние сенсорные и двигательные пути, возможно, развивались по принципу уже существовавших зрительных связей.

Перекрёстными называют пути, в которых одна сторона мозга связана с противоположной стороной тела. Авторы рассмотрели несколько таких систем, передающих информацию от органов чувств и управляющих мышцами. Они отмечают, что многие из этих путей встречаются у разных групп позвоночных, что указывает на их древнее происхождение.

Зрительная система как возможная основа

Свет от правой части поля зрения попадает на левую сторону сетчатки, а от левой — на правую. Зрительные нервные волокна проходят через перекрёст зрительных нервов и направляются в противоположное полушарие мозга. Затем сигналы поступают, в частности, в зрительный бугор — древнюю структуру среднего мозга, которая у млекопитающих называется верхним холмиком.

Зрительный бугор обрабатывает сигналы и помогает быстро реагировать на происходящее. В его глубоких слоях также представлена информация о телесных ощущениях. Эта структура есть у всех позвоночных, а зрительные сигналы в ней организованы с перекрёстом.

Пути от тела к мозгу и обратно

Исследователи описывают два перекрёстных пути, передающих ощущения от тела. Заднестолбовой путь отвечает за лёгкое прикосновение, вибрацию и положение тела. Он поднимается по спинному мозгу, а затем пересекает его среднюю линию в стволе мозга. Такой путь обнаружен у амфибий, птиц, рептилий и млекопитающих, но не у рыб.

Спиноталамический тракт передаёт сигналы боли, зуда и некоторых видов прикосновения. В отличие от заднестолбового пути, он пересекает среднюю линию уже в спинном мозге, а затем направляется к таламусу. Перекрёстная организация этого тракта найдена у птиц, рептилий и млекопитающих, а также у некоторых хрящевых рыб — акул и скатов.

Среди двигательных путей авторы выделяют tectospinalный, руброспинальный и кортикоспинальный. Первый связывает зрительный бугор с противоположной стороной спинного мозга и участвует в реакциях на зрительные, звуковые и тактильные сигналы — например, когда человек поворачивается к замеченной краем глаза машине. Он есть у большинства четвероногих и некоторых хрящевых рыб. Руброспинальный путь начинается в красном ядре среднего мозга и, как полагают, помогает управлять конечностями.

Кортикоспинальный путь у человека обеспечивает тонкие произвольные движения. У большинства млекопитающих он в основном регулирует обработку чувствительных сигналов; у приматов и некоторых других видов может также управлять мышцами. В обоих случаях путь пересекает среднюю линию мозга. Авторы допускают, что у человека он мог получить двигательную функцию из более древней системы, связанной с обработкой ощущений.

Гипотеза об эволюции нервных путей

Вессендорф и Ванг считают, что древняя перекрёстная организация зрения могла задать принцип, которому следовали нервные пути, появившиеся позднее. По их мнению, перекрёст мог возникнуть не как отдельное приспособление, а потому, что эволюция использовала уже имевшуюся структуру нервной системы.

Авторы предполагают, что у бесчелюстных рыб кембрийского периода, живших примерно 538–486 миллионов лет назад, уже были перекрёст зрительных нервов и зрительный бугор. Проверить эту гипотезу, по их словам, можно, изучив окаменевшие остатки черепов.