Развитие нервной системы в онтогенезе

На ранних стадиях развития в середине быстро растущего полого зародыша образуется плоская клеточная пластинка, называемая эмбриональным диском. Эта пластинка составляет часть одного из трех основных зародышевых листков – эктодермы, которая дает также начало коже (рис. 11.8). Вскоре после своего появления эмбриональный диск утолщается и разрастается вдоль средней линии.

Нервная система человеческого эмбриона, формирующаяся из эктодермы, представлена двумя структурами: первичной полоской и нотохордом. Первичная полоска является утолщением эктодермы эмбриона, представляющего к концу третьей недели овальный диск около 1,5 см в длину. Рострально ее находится другое утолщение эктодермы - первичный (гензеновский) узелок. Узелок, втягиваясь, образует бластопор. В ростральном направлении между эктодермой и энтодермой из первичного узелка мигрирует тяж клеток, образующий нотохорд. При дальнейшем втягивании бластопора, переходящего в нотохорд, образуется нотохордальный канал. Эктодерма, покрывающая нотохорд, утолщается, формируя нервную пластинку (рис. 11.9). Если удалить некоторые участки нервной пластинки, оставшиеся ткани заменят утраченные и в результате разовьется полный мозг. Если же это сделать чуть позже, недостающие части уже не будут замещены и мозг сформируется не полностью.

Рис. 11.8. Дифференцировка зародышевых листков

Рис. 11.9. Схема образования нервной трубки и нервного гребня

Нервная пластинка продолжает быстро расти, ее края начинают утолщаться и приподниматься над первоначальной клеточной пластинкой – образуются сначала нервная бороздка, а потом - длинная полая трубка, лежащая непосредственно под поверхностью эктодермы, от которой она отделяется. Через несколько дней правый и левый края сближаются и срастаются по средней линии, образуя нервную трубку. Вскоре после ее формирования на том конце трубки, где впоследствии образуется голова, возникают три специализированных вздутия - так называемые первичные мозговые пузыри. Из каждого пузыря в конце концов развивается один из трех основных «материков» мозга: передний, средний или задний мозг. При замыкании бороздки в каудальном направлении формируется часть нервной трубки, которая соединяется со спинным мозгом. Замыкание нервной бороздки в ростральном направлении происходит одновременно с формированием сегментов спинного мозга. Оно сначала ведет к образованию среднего, а затем переднего мозга. Последним замыкается небольшое отверстие на мозговом конце, называемое передним нейропором. По мере замыкания нервной трубки эктодермальные клетки боковых краев нервной бороздки выталкиваются в сторону, образуя продолговатый тяж клеток по обеим сторонам трубки - нервный гребень. Процесс формирования нервной трубки называется нейруляцией.

Во время сворачивания нервной трубки некоторые клетки остаются вне ее, и из них формируется нервный гребень (рис. 11.10). Он лежит между нервной трубкой и кожей и в дальнейшем дает начало периферической нервной системе.

Вскоре после формирования трех первичных пузырей отмечаются первые признаки развития глаз.

Затем наступает первый этап в той серии изгибов, которые предстоит претерпеть растущему мозгу, прежде чем он приобретет свои взрослые очертания. Изгибы помогают еще яснее разграничить основные структурные единицы, а также подразделить широкие внутренние полости, которые в конечном итоге будут мозговыми желудочками.

Следующий важный шаг по пути специализации происходит тогда, когда большой пузырь переднего мозга подразделяется на конечный мозг (telencephalon), из которого позже разовьется вся кора больших полушарий, и промежуточный мозг (diencephalon), из которого будут образованы таламус и гипоталамус (рис. 11.11). Эти ранние стадии развития человеческого мозга несколько напоминают соответствующие этапы формирования менее сложного мозга низших животных. Развитие и дифференцировка большей части основных функциональных и структурных единиц, расположенных ниже промежуточного мозга, не слишком различаются у птиц, рептилий и приматов; зато развитие конечного мозга у млекопитающих носит весьма специализированный характер и наиболее продвинуто у приматов, благодаря чему функциональные возможности их нервной системы гораздо шире, чем у представителей нижестоящих групп.

Рис. 11.10. Стадии развития нервной системы. На 30-дневной стадии можно распознать основные отделы мозга, хотя и в зачаточной форме. К двум месяцам достаточно развита и большая часть подкорковых структур. Кора больших полушарий и мозжечка продолжает развиваться на протяжении всего внутриутробного периода и даже после рождения.

Рис. 11.11. Схема последовательности развития основных отделов и структур мозга: А - в нервной трубке дифференцированным является только первичный передний мозг (prosencephalon); Б - намечаются три основных отдела (стадия трех мозговых пузырей); В, Г - развиты пять отделов головного мозга (стадия пяти мозговых пузырей); Prosencephalon - первичный передний мозг, Rhombencephalon - первичный задний мозг, Mesencephalon - средний мозг, Telencephalon - конечный мозг, Diencephalon - промежуточный мозг, Metencephalon - задний мозг, Myelencephalon - продолговатый мозг; 1 - нейропор, 2 - вентральная борозда, 3 - воронка, 4 - глазной пузырь, 5 - гипофизарный карман, 6 - обонятельная луковица, 7 - глазной стебелек, 8 - гипофиз, 9 - таламус, 10 - крыша, 11 - мозжечок, 12 - мост, 13 - продолговатый мозг, 14 - сосудистое сплетение, 15 - кора (плащ), 16 - базальные ядра, 17 - зрительный перекрест, 18 - эпиталамус, 19 – гипоталамус.

Конечный мозг проходит затем еще три стадии раннего развития. Прежде всего он дает начало обонятельным долям мозга, гиппокампу и другим соседним областям, которые лежат вокруг краев развивающегося конечного мозга. Это и будет лимбическая система, расположенная, как уже говорилось, вдоль внутренней кромки коры.

На второй стадии происходит утолщение стенок переднего мозга. Массы растущих внутри них клеток - это базальные ганглии, из которых впоследствии разовьются такие структуры, как хвостатое ядро, бледный шар и скорлупа, играющие важнейшую роль в координации работы систем сенсорного и двигательного контроля, а также миндалина (миндалевидное ядро) столь же важный центр интеграции сенсорных сигналов и внутренних адаптивных реакций. Третья стадия развития конечного мозга включает формирование коры больших полушарий со всеми ее специализированными частями.

Так как обонятельные и лимбические структуры имеются в мозгу даже очень примитивных позвоночных животных, эту область коры называют палеокортексом или древней корой. Кора, развивающаяся на третьей стадии, носит название неокортекса или новой коры. Когда неокортекс у приматов достигает максимальной скорости роста (около 250 тыс. клеток в минуту), поверхность его образует складки - мозговые извилины. Это позволяет намного увеличить объем корковой ткани без соответствующего увеличения общих размеров мозга.

Таблица 11.2.Основные изменения в процессе развития нервной системы человека

Гистогенез. Первичная нервная трубка в спинальном отделе рано делится на три слоя: 1) самый внутренний эпендимный слой, содержащий зачатковые клетки; 2) промежуточная зона (мантийный слой), куда мигрируют пролиферирующие клетки; 3) наружный краевой слой, который в зрелом мозге содержит миелинизированные волокна. Эпендимный (герменативный) слой дает начало нервным и глиальным элементам ЦНС. Каждая зачатковая клетка делится на две дочерние, одна из которых мигрирует в мантийный слой, а вторая остается в герменативном. Мигрирующие в мантийный слой клетки превращаются в нейробласты, которые в дальнейшем дифференцируются в зрелые нейроны. Клетки, остающиеся в глубине эпендимного слоя, превращаются в астроцитобласты. Некоторые клетки, оставаясь недифференцированными, отделяются от эпендимного слоя (медуллобласты) и образуют олигодендроциты.