Левое полушарие мозга управляет правой стороной тела, а правое — левой. Мартин Вессендорф и Дэниел Ван из Университета Миннесоты предположили, что такая организация могла возникнуть из-за древней зрительной системы и затем передаваться новым нервным цепям в ходе эволюции. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Neuroanatomy.
Откуда взялась перекрёстная схема
Исследователи рассмотрели несколько нервных путей у четвероногих животных. Их гипотеза начинается со зрительной системы: из-за особенностей оптики глаза изображение на сетчатке переворачивается, а информация о правой половине поля зрения поступает в левую часть мозга и наоборот. Это происходит в области, называемой зрительным перекрёстом.
Часть сигналов направляется в зрительный тектум — древнюю структуру среднего мозга, которую у млекопитающих называют верхними холмиками. Она участвует в быстрых реакциях на движущиеся объекты. В каждой половине зрительного текта представлена противоположная часть поля зрения, а глубже расположены карты телесных ощущений. Зрительный тектум есть у всех позвоночных и считается одной из наиболее древних структур их нервной системы.
Как перекрёст устроен в сенсорных и двигательных путях
Авторы также изучили два пути, передающих сигналы от тела к мозгу. Дорсальный канатиковый путь переносит информацию о лёгком прикосновении, вибрации и положении частей тела. Он поднимается по спинному мозгу, а затем переходит на противоположную сторону в стволе мозга. Такой путь отсутствует у рыб, но есть у земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.
Спиноталамический тракт передаёт сигналы о боли, зуде и некоторых видах прикосновений. Он перекрещивается уже в спинном мозге, после чего направляется к таламусу. Подобная схема встречается у птиц, млекопитающих и пресмыкающихся, а также у некоторых хрящевых рыб, включая акул и скатов.
Перекрёстные связи есть и в двигательных путях. Тектоспинальный путь помогает быстро реагировать на зрительные, звуковые и телесные сигналы. Красноядерно-спинномозговой путь, особенно заметный у большинства млекопитающих, связан с управлением конечностями. Оба соединяют одну сторону мозга с противоположной стороной спинного мозга.
От древней схемы к движениям пальцев
Отдельно исследователи рассмотрели кортикоспинальный путь, который у людей участвует в точных движениях, в том числе в координации пальцев. У большинства млекопитающих он главным образом влияет на обработку сенсорной информации, а у приматов и некоторых других животных способен напрямую участвовать в управлении мышцами.
По мнению авторов, способность человека к тонким движениям могла развиться не благодаря появлению полностью новой нервной системы, а за счёт дополнительного использования более древнего пути. В таком случае эволюция адаптировала существующую цепь для новой функции.
Наследие более чем полумиллиарда лет
Исследователи предполагают, что первые зрительные цепи задали перекрёстную схему для сенсорных и двигательных путей, а последующие системы унаследовали её. Зрительный перекрёст и зрительный тектум, организованные вокруг противоположных полей зрения, есть у всех современных позвоночных. Поэтому авторы допускают, что такая архитектура существовала уже у древних бесчелюстных рыб кембрийского периода — примерно 538–486 млн лет назад.
Гипотезу можно проверить по окаменелым черепам древних бесчелюстных рыб: их анатомия может показать, были ли у этих животных зрительный перекрёст и зрительный тектум. В таком случае перекрёстное управление сторонами тела окажется не отдельным эволюционным преимуществом, а результатом многократного использования древней схемы нервной системы.
