Selgroogsete aju: määratlus, ehitus ja funktsioonid

Selgroogsete aju: põhjalik ülevaade määratlusest, anatoomiast ja funktsioonidest — kuidas aju juhib meeli, liikumist, hormoone ja mõjutab käitumist evolutsiooni kaudu.

Selgroogsete aju on kesknärvisüsteemi peamine osa. Selgroogsetel (ja enamikul teistel loomadel) asub aju eesosas, peas. Seda kaitseb kolju ning see paikneb lähedal peamistele nägemis-, kuulmis-, tasakaalu-, maitse- ja haistmismeeltele. Kui loom liigub ja reageerib, koguvad meeled ümbritsevast keskkonnast andmeid, mis edastatakse ajju täpseks tõlgendamiseks ja otsustamiseks.

Aju on äärmiselt keeruline organ. See juhib teisi kehaosi kas lihaste aktiveerimise kaudu või vahendab püsivaid ja süsteemseid muutusi kehas kemikaalide, näiteks hormoonide ja neurotransmitterite eritumise kaudu. Lihastegevus võimaldab kiireid, koordineeritud liigutusi; hormoonid ja autonoomne närvisüsteem vastutavad aeglasemate regulatsioonide eest, nagu ainevahetus ja siserõhk. Täiskasvanud inimese aju kaalub ligikaudu 1300–1400 grammi ja sisaldab miljardeid neuroneid ning suure hulga tugirakke.

Seljaaju ise suudab teostada refleksreaktsioone ja lihtsaid koordineeritud liikumisi (nt ujuda, kõndida), kuid keerukamate käitumismustrite ning kõrgemate mõtlemisfunktsioonide juhtimiseks on vajalik tsentraliseeritud aju.

Põhistruktuurid ja nende funktsioonid

Selgroogsete aju võib üldiselt jagada kolme põhiosa: eesaju, keskmine aju ja tagaju.

• Eesaju (prosencephalon) sisaldab suuraju (suured poolkerad) ja thalamuse, hypothalamuse ning limbilise süsteemi osi. Thalamus suunab sensoorset informatsiooni ajukoore suunas; ajukoor vastutab kõrgemate kognitiivsete funktsioonide, taju, otsuste ja õppimise eest; limbiline süsteem (nt hippocampus) on tähtis mäluks ja emotsioonide reguleerimiseks.
• Keskmine aju (mesencephalon) osaleb sensoorse info töötlemises ja silmade-liigutuste, tähelepanu ning teatud liigutuste kontrollis.
• Tagaju (rhombencephalon) sisaldab väikestaju ehk cerebellumi, mis koordineerib liigutuste täpsust ja tasakaalu, ning ajutüve, mis reguleerib elulisi automaatseid funktsioone nagu hingamine, vererõhk ja südame löögisagedus.

Rakuseline ülesehitus ja töömehhanismid

Aju koosneb peamiselt kahest rakutüübist: neuronitest (närvirakud), mis kannavad ja töötlevad informatsiooni, ning glia rakkudest, mis toetavad, toitvad ja isoleerivad neuroneid. Neuronid suhtlevad omavahel sünapside kaudu, kus vabanevad neurotransmitterid võimaldavad sõnumite edastamist. Aju koed jagunevad hallainesse (rakutuumad, sünapsid) ja valgeainesse (myeliniseeritud aksonid), mis moodustavad pikaealised ühenduste võrgustikud.

Lisaks on ajus vedelikuga täidetud ruumid — vatsakesed — ning neid ümbritsev vedelik ehk närvivete ehk tserebrospinaalvedelik. See vedelik amortiseerib ja toitainetega varustab ajukoe ning aitab jäätmeid eemaldada. Ajukoe kaitseb ka spetsiaalne verest pärinev barjäär (blood–brain barrier), mis reguleerib ainete liikumist verest ajju.

Kaitse ja verevarustus

Ajut ümbritseb ja kaitseb kolju, kolm meningeaalset membraani ning tserebrospinaalvedelik. Aju saab verevarustuse arterite kaudu, mis tagavad hapniku ja glükoosi pideva kohaletoimetamise — kahjustused verevarustuses (nt insult) võivad põhjustada kiiret funktsioonide kadu.

Areng ja plastilisus

Aju areng algab embrüonaalses staadiumis ja jätkub noores eas intensiivselt sünapside moodustumise ning hiljem sünapsite kärpimise (pruning) ja tugevdamise kaudu. Imetajatel ja eriti inimesel arenevad paljud aju funktsioonid elu jooksul õppimise ja kogemuste kaudu — see plastilisus võimaldab paremat kohanemist muutuvates keskkondades. Õppimisvõime ja sünaptiline plastilisus avalduvad kõige selgemalt ajukoores, kuid ka teised struktuurid (nt hippocampus) mängivad võtmerolli mälus ja õppimises.

Evolutsioon ja liigiline varieeruvus

Kõigi selgroogsete aju põhistruktuurid on põhimõtteliselt sarnased, kuid evolutsiooni jooksul on need kohanenud erinevate liikide elustiili ja vajadustega. Evolutsiooni käigus on mõned aparaadid elavnenud ning teised lihtsustunud — nii on tekkinud suured ajukoored, keerukad limbikad süsteemid ja spetsiifilised sensoorsed keskused. Niinimetatud "madalamatel" liikidel võib enamik aju struktuurid olla rohkem pärilik, mistõttu nende käitumine on sageli instinktiivne. Seevastu kõrgematel selgroogsetel on õppimisvõime suurem, mis võimaldab paindlikumaid ja kontekstipõhisemaid reaktsioone.

Aju roll käitumises ja refleksides

Aju integreerib sensoorset informatsiooni, plaanib ja käivitab liigutusi, reguleerib emotsioone ning hoiab keha sisemist tasakaalu. Lihtsamad refleksid võivad olla lokaliseeritud seljaajus, kuid keerukamate, eesmärgipäraste käitumiste juhtimiseks on vajalikud aju kõrgemad keskused. Lisaks on aju oluline sotsiaalsete oskuste, keeletöötluse ja abstraktse mõtlemise aluseks — eriti inimestel.

Kokkuvõttes on selgroogsete aju keeruline, mitmetasandiline juhtimiskeskus, mis võimaldab liikidel tajuda keskkonda, reageerida sellele sobivalt ning kohaneda muutustega läbi õppimise ja evolutsiooni. Mõistmine selle struktuurist ja funktsioonidest on oluline nii meditsiinis kui bioloogias.

Selgroogsete ajupiirkonnad

Mitmed ajupiirkonnad on säilitanud oma identiteedi kõigil selgroogsetel loomadel, alates kaladest ja lõpetades inimestega. Siin on loetletud mõned kõige olulisemad piirkonnad koos nende funktsioonide lühikirjeldusega praeguste arusaamade kohaselt. Need funktsioonid võivad olla veel mingil määral vaieldavad. Alustades seljast (või inimesel alumisest osast) on need piirkonnad järgmised:

• Seljaaju (ja seljaaju) koosneb paljudest väikestest tuumadest, mis tegelevad erinevate autonoomsete funktsioonidega. Nende hulka kuuluvad südametegevus ja vererõhk, hingamine ja oksendamine. ^{kd 44, 45}
• Pons on releejaam, mis edastab sõnumeid aju ning kesk- ja väikeaju vahel.
• Hüpotalamus on väike piirkond aju esiosa põhjas. See on une/ärkveloleku tsüklite, söömise ja joomise kontrolli, hormoonide vabanemise kontrolli ja paljude muude funktsioonide keskne juhtimispunkt. See asub vahetult hüpofüüsi kohal ja eritab hormoone näärmesse. Need hormoonid pärsivad või stimuleerivad hüpofüüsi. See nääre omakorda toodab hormoone, mis mõjutavad kogu ülejäänud keha.
• Talamus asub hüpotalamuse kohal ja ajukoorest allpool. See on erinevate funktsioonidega tuumade kogum. Ta toimib releejaamana, mis kogub igasugust meelteinfot (välja arvatud lõhnataju) ja edastab selle ajukoorele. Samuti on tal roll teadvuses ja unes.
  Tegevussüsteemid on olemas mitmete käitumisviiside jaoks, sealhulgas söömine, joomine, roojamine ja kopulatsioon.
• Väikeaju kohandab teiste ajusüsteemide väljundit, et muuta need täpsemaks. Väikeaju eemaldamine ei takista loomal midagi konkreetset teha, kuid muudab tegevused kõhklevaks ja kohmakaks. See täpsus ei ole sisseehitatud, vaid seda õpitakse proovimise ja eksimuse teel. Jalgrattaga sõitma õppimine on näide teatud tüüpi neuraalsest plastilisusest, mis võib toimuda suures osas väikeajus. ^{kd 42}
• Tektum, mida sageli nimetatakse "optiliseks tektumiks", suunab tegevusi punktidesse ruumis. Selle kõige paremini uuritud funktsioon on silmade liikumise juhtimine. See juhib ka käeulatuses toimuvaid liigutusi. See saab tugevat visuaalset sisendit ja sisendit teistelt meelte kaudu, mis on kasulikud tegevuste suunamiseks, nagu näiteks kuulmine öökullidel, sisendid käärmete soojustundlikest organitest jne. Mõnedel kaladel, näiteks laternatõugetel, on see aju suurim osa.
• Hipokampus on rangelt võttes ainult imetajatel, kuid tal on vasteid kõigil selgroogsetel. See on seotud ruumilise mälu ja navigeerimisega kaladel, lindudel, roomajatel ja imetajatel.
• Basaalganglionid on eesaju struktuuride rühm, mis on tihedalt seotud ajukoorega ja talamusega. Basaalganglionide peamine funktsioon näib olevat tegevuste valimine. Nad saadavad inhibeerivaid signaale kõigile aju osadele, mis võivad tekitada tegevusi. Õigeid asjaolusid arvestades vabastavad nad inhibeerimise, nii et tegevust genereerivad süsteemid saavad oma tegevusi teostada. Tasud ja karistused avaldavad basaalganglionidele kõige olulisemat neuraalset mõju.
• Ajukoor on hallidest rakkudest koosnev kiht, mis asub aju esiosa pinnal. See on seotud mitmete funktsioonidega, sealhulgas lõhnataju ja ruumiline mälu. Imetajatel, kus see domineerib ajus, kontrollib see paljude alamkortikaalsete piirkondade funktsioone.
• Lõhnavõlv on eriline struktuur, mis töötleb lõhnaaistingute (lõhnade) signaale ja saadab oma väljundid ajukoores asuvasse lõhnavasse ossa. See on paljude selgroogsete loomade peamine ajukomponent, kuid primaatide puhul on see oluliselt vähenenud.

Näidatud on inimese ja hai aju vastavad piirkonnad. See, mis on hai aju tagumises osas (medulla), on inimese aju alumises osas. Hai aju (telenchephalon) on ees, inimese aju on üleval.

Küsimused ja vastused

K: Mis on selgrootute aju?

K: Kui palju kaalub täiskasvanud inimese aju?

K: Millist rolli mängib seljaaju liikumises?

K: Kuidas imetajad õpivad?

K: Milline struktuur võimaldab imetajatel õppida?

K: Kuidas erineb käitumine madalamate loomade ja imetajate vahel?

K: Millised evolutsioonilised muutused on toimunud selgroogsete aju osas?

Otsing