Вестибулярное мышление

Примерное время на чтение статьи: 12 минуты

Вестибулярное мышление — это процесс осознанного восприятия, анализа, и интерпретации вестибулярных сигналов о положении и движении тела в пространстве, обеспечивающих  равновесие, координацию тела и его конечностей для выбора программы и совершения произвольных движений.

В процессе вестибулярного мышления задействованы вестибулярный (статокинетический) анализатор, проводящие пути, связывающие его с другими сенсорными системами, структурами центральной нервной системы и мышцами.

В данной статье мы рассмотрим механизмы проведения вестибулярного сигнала и процесс осуществления вестибулярного мышления, познакомимся со структурами мозга, обеспечивающих координацию и точность движений.

Механизм проведения вестибулярного сигнала

 Вестибулярное мышление, как сознательная оценка и  управление положением головы, тела и конечностей, прошла длительный эволюционный процесс, который наглядно выражен в подкорковых центрах: продолговатый, задний, средний, промежуточный и конечный мозг, хранящие памятные и обрабатывающие вестибулярные сигналы.

 Совершенствование механизма равновесия неразрывно связано с эволюцией нервной системы, развитием   интеграционных связей с другими сенсорными системами: зрительной, проприоцептивной, двигательной. Эти четыре системы  поддерживают равновесие тела, обеспечивают координацию головы, тела и  конечностей при движениях, участвуют в пространственной ориентации и вестибулярном мышлении.

Рецепторы во внутреннем ухе воспринимают: угловые ускорения, связанные с изменением равновесия — в трёх полукружных каналах; отклонения по отношению к центру земной тяжести, вертикальные ускорения — в  эллиптическом и сферическом мешочках.

Подробнее о вестибулярном аппарате, механизме образования вестибулярного сигнала и вестибулярной памяти можно прочитать здесь

Поскольку память всегда связана с местом, пространственно-временной настройкой, то есть с определением тела и предметов в пространстве в моменте, важно хотя бы упрощенно понимать, как и где памятный вестибулярный сигнал согласуется с нейронами других отделов нервной системы, обеспечивающих равновесие тела. Биполярные клетки 1-х нейронов, расположенные в преддверном узле на дне внутреннего слухового прохода височной кости, получив  вестибулярные сигналы от рецепторов полукружных каналов и преддверия, передают их в центральные отростки, которые образуют преддверный корешок преддверно-улиткового нерва. Преддверный корешок соединяется с улитковым корешком, образуя VIII пару ЧМН, который далее входит в области мостомозжечкового угла в вещество мозга (мост). Далее в мосту преддверный корешок разветвляется на восходящие и нисходящие волокна, которые направляются к четырём вестибулярным ядрам (они расположены в мосту медиальнее улитковых ядер):  

• восходящие волокна — к верхнему вестибулярному ядру (Бехтерева);
• нисходящие волокна — к нижнему вестибулярному ядру (Роллера), медиальному вестибулярному ядру (Швальбе), латеральному вестибулярному ядру (Дейтерса).

 Аксоны клеток вестибулярных ядер (2-й нейрон) в составе нескольких пучков уходят к клеткам 3-х нейронов:

• мозжечка —  аксоны клеток ядра Бехтерева и часть аксонов клеток ядер Дейтерса и Швальбе образуют преддверно-мозжечковый путь, который заходит через нижние ножки и  заканчивается на клетках коры червя мозжечка. Часть клеток ядра Дейтерса имеют обратную связь с 1-ми нейронами преддверного корешка в виде мозжечково-преддверного тракта, который оказывает опосредованное влияние на спинной мозг по преддверно-мозговому пути;
• спинного мозга — часть аксонов клеток ядер Дейтерса и Роллера, образуя преддверно-спинномозговой путь, который посегментно заканчивается на клетках двигательных ядер передних рогов спинного мозга. Этот тракт осуществляет проведение нервных импульсов к мышцам шеи, туловища и конечностей, обеспечивая безусловно рефлекторное поддержание равновесия тела;
• ретикулярной формации среднего мозга — часть аксонов ядра Дейтерса в составе медиального продольного пучка своей и противоположной стороны заканчиваются на клетках интерстиционального ядра (Кахаля) и ядра задней спайки (Даршкевича). Эти ядра обеспечивают связь  органа равновесия с ядрами III, IV, VI, XI пар ЧМН, иннервирующими мышцы глазного яблока и мышцы шеи, что позволяет сохранить направление взгляда при повороте головы;
• таламуса — часть аксонов клеток ядра Дейтерса в составе заднего продольного пучка заканчивается на клетках заднего гипоталамического ядра, которое обеспечивает связь органа равновесия с вегетативными ядрами III, VII, IX, X пар ЧМН. Связь с ядром Дейтерса объясняет появление при чрезмерных вестибулярных нагрузках вегетативных реакций — тошнота, рвота, побеление кожи, усиление перистальтики органов ЖКТ, усиление потоотделения, похолодание конечностей, урежение пульса, снижение артериального давления, стимулирование слюноотделения, сужение зрачков и т.д.).

Таким образом, вестибулярный сигнал, прежде чем попасть в кору головного мозга проходят четыре интеграционных центра обработки информации, каждый из которых имеет специфические петли взаимодействия с другими сенсорными системами, обеспечивая безусловнорефлеторное равновесие тела в покое и движении.

Вестибулярное мышление

Для понимания процесса вестибулярного мышления, связанного с сознательной оценкой вестибулярных сигналов и последующими приспособительными действиями организма (определение стратегии положения головы относительно тела, угла наклона тела, конечностей), важно знать, как вестибулярный сигнал достигает коры больших полушарий головного мозга, где собственно и осуществляются когнитивные процессы.

Вестибулярное мышление в коре головного мозга обеспечивают срединная височная извилина (по Бродману поле 21), нижняя височная извилина (по Бродману поле 20), а также прилегающие отделы теменной и лобной долей.

Вестибулярные импульсы приходят к корковому проекционному центру вестибулярных функций следующим образом:

• часть аксонов клеток латеральных и медиальных ядер (Дейтерса и Швальбе) переходят на противоположную сторону и формируют  преддверно-таламический тракт. Его волокна входят в состав бульбарно- таламического тракта, заканчивающегося на срединных ядрах таламуса (3-й нейрон), которые являются подкорковым центром слуховых и вестибулярных функций. В срединных ядрах частично заканчиваются волокна вестибулярных ядер.
• большая часть аксонов срединных ядер таламуса (3-й нейрон) через заднюю ножку внутренней капсулы направляются к срединной и нижней височной извилинам (4-й нейрон), образующих проекционный центр вестибулярных функций. Сюда же поступает опосредованная информация из центра двигательных функций (поля по Бродману 4 и 6), центра общей чувствительности (поля по Бродману 1,2,3), центра схемы тела (поле по Бродману 40s).
• меньшая часть аксонов срединных ядер таламуса (3-й нейрон) заканчивается на медиальных ядрах таламуса (4-й нейрон), которые являются подкорковым чувствительным центром экстрапирамидной системы, осуществляющей  безусловнорефлекторную регуляцию мускулатуры при вестибулярных раздражениях. В медиальные ядра приходят пучки от всех других ядер таламуса. В свою очередь медиальные ядра имеют двустороннюю связь с базальными ядрами конечного мозга (ядра стриопаллидарной системы) и участками коры полушарий большого мозга, относящиеся к лимбической системе, чем объясняется участие вестибулярного сигнала в процессе обучения (через связь с гиппокампом) и формировании эмоций (через связь с амигдалой).

     Таким образом, на основе обработанных вестибулярных сигналов, согласованных в подкорковых центрах со зрительной и сенсорной чувствительностью, непосредственное вестибулярное мышление  осуществляется только в корковом проекционном центре вестибулярных функций, где также обрабатывается информация от центра двигательных функций, центра общей чувствительности, центра схемы тела с участием лобных долей, ответственных за выработку планирования действий.  

Мозжечок

   Структуры головного мозга, обеспечивающие вестибулярное мышление и точность пространственных движений, находятся в определенной иерархии, свидетельствующей об эволюционной адаптации двигательной, зрительной и вестибулярной систем к выполнению всё более сложных задач. Филологическое развитие этих систем происходило путём добавочных регулирующих механизмов, появлением интеграционных связей со старыми центрами координации для выполнения новых видов деятельности. Образующаяся в процессе эволюции иерархия центров движения, зрения и равновесия за счет добавления многочисленных нервных петель побуждает их выступать в согласованности для достижения точности программируемых мозгом действий.

     Анализ взаимодействия высших двигательных систем (мышечной памяти и мышления), участвующих в вестибулярном мышлении  требует отдельного подробного рассмотрения, вследствие чего остановимся на объяснении роли мозжечка в прогнозирования и выполнении пространственных движений.

    Важную роль в вестибулярном мышлении, завязанном на координации и точности движений, играет мозжечок, который производит точную донастройку прогнозирования и выполнения пространственных движений тела и особенно конечностей.

Мозжечок имеет ромбовидную форму с преобладание поперечного размера: ширина – 10 см., длина – 4 см., толщина – 5 см., средняя масса – 135 гр.

    Исходя из филогенеза в мозжечке выделяют древнюю часть – клочок и узелок, старую (среднюю) часть – червь, новую часть — два объемистых полушария, которые содержат много борозд, разделяющих пластинки и дольки. Благодаря наличию множества складок площадь поверхности мозжечка очень велика. Если бы расправить все складки, то площадь их поверхности составила бы 17 Х 120 см.

 Мозжечок, как и конечный мозг, покрыт слоем серого вещества — корой мозжечка, в которой различают три слоя нейронов: наружный – молекулярный, средний – слой грушевидных нейронов, внутренний – слой зернистых нейронов. Слоистость нейронов коры является морфологическим признаком интеграционного центра, каким и является мозжечок или «малый мозг», имеющий многочисленные сложные связи с другими отделами центральной нервной системы, чем собственно и достигается его участие в донастройке пространственных движений.     

Поскольку для выживания млекопитающих важно было обеспечить стабилизацию изображения на сетчатке глаза выбранного объекта охоты (цели) в движении тела (при отклонении головы), то уже в древнем мозге наших далеких предков в его задней части образовалась древняя часть мозжечка – клочок, который был функционально связан с органом равновесия. Исследования показывают, что зона клочка современного головного мозга ответственна за адаптивную регуляцию  вестибуло-окулярного рефлекса (ВОР) – автоматического поворота глаз в сторону, противоположную вращению головы. Эта часть мозжечка точно координируется с поступающими в него зрительными и вестибулярными импульсами, что обеспечивает равновесие организма.

     Под корой мозжечка находится белое вещество (мозговое тело), от которого тянутся отростки, проникающие в дольки и пластинки мозжечка, а афферентные и эфферентные нервные волокна формируют три пары ножек мозжечка. В толще белого вещества мозжечка располагается серое вещество, в котором располагаются четыре парных ядра.  В филогенезе, который проходил в своем эволюционном развитии головной мозг, ядра мозжечка условно относят: ядро шатра – к древнему мозжечку, шаровидное и пробковидное ядра – к старому мозжечку, а зубчатое ядро — к новому мозжечку.

Механизм вестибулярного мышления с участием мозжечка выглядит следующим образом:

• в корковом центре вестибулярных функций аккумулируются сигналы от сенсорной, двигательной, премоторной, ассоциативной зон, которые имеют прямые и обратные связи с таламусом, соответственно с обработанными сенсорными сигналами специальных органов чувств;
• ядра моста имеют обратную связь с каждой из четырех перечисленных кортикальных зон и напрямую связаны с мозжечком;
• базальные ганглии напрямую получают сигналы от вышеперечисленных кортикальных зон и через ассоциативный и двигательный таламус связаны двигательной корой,  которая в свою очередь имеет прямую связь с мозжечком.

   Мозжечок, взаимодействуя с корой больших полушарий, базальными ганглиями, вестибулярными ядрами моста и другими структурами мозга, участвует в сложных когнитивных процессах и обучении. Эти взаимодействия обеспечивают согласованность и точность прогнозируемых и выполняемых движений, а также способствуют когнитивным функциям. Например, мозжечок может участвовать в процессах обучения новых моторных навыков, таких как игра на музыкальных инструментах или спортивные упражнения, помогая прогнозировать, запоминать и совершенствовать движения.

  Таким образом, мозжечок, как неотъемлемая часть вестибулярного анализатора,  участвует в когнитивных процессах, таких как внимание, память и обучение. Это подчеркивает важность мозжечка в общей функциональной организации мозга, особенно в прогнозировании и выполнении точных движений.

Модель вестибулярного мышления «Летчик»

    У летчика в корковом центре вестибулярных функций аккумулируются сигналы от сенсорной, двигательной, премоторной, ассоциативной зон (поля 1 и 2,3,4,5,6,7,8,9, 20, 21 по Бродману): летчик штурвалом и педалями регулирует параметры крена самолета, рычагами регулирует скорость самолета, администрирует высотные рули и элероны, испытывает колоссальные вестибулярные нагрузки, когда задирает нос самолета или пикирует.

Активно работают лобные области мозга (поля 10,11,46 по Бродману): летчик анализирует приборную панель: высотомер, индикатор воздушной скорости, термометр, тахометр, вариометр. 

  В связи с лобными долями постоянно работает корковый зрительный анализатор (поля 17,18,19 по Бродману): летчик по авиагоризонту и локатору определяет местоположение цели и принимает решение на её поражение.

  На протяжении всего полета осуществляется осознанная работа мелкой моторики, центров праксии, центра лексии, зона Вернике, Брока (поля 20,21, 37,39,40,41,42, 44, 45, 52 по Бродману): летчик «выставляет» характеристики тангажа, заносит и считывает показания  приборов, переключает каналы связи и осуществляет по ним координацию действий с другими летчиками  

   Мозжечок получает информацию от моторной коры и корректирует моторные команды, чтобы движения были точными и плавными. (осуществляется взаимодействие мозжечка с корой больших полушарий, базальными ганглиями, вестибулярными ядрами моста и другими структурами мозга): летчик выполняет пилотирование, по авиагоризонту и показаниям приборов заходит на посадку.

Таким образом, в модели вестибулярного мышления летчика  задействованы практически все корковые и подкорковые центры (за исключением обоняния, вкуса), обеспечивающие высокие интеллектуальные нагрузки, вестибулярные перегрузки, точность пилотирования и  управления штурвалом, приборами – не менее 25 полей по Бродману.

Модель вестибулярного мышления «Гимнастка»

    В настоящее время существенно возрастают требования к гимнасткам, отбор и занятия с которыми происходят с детского возраста. В тренировки программы художественной гимнастики включают не только упражнения с поворотами вокруг продольной оси, но и компоненты, связанные с сохранением равновесия тела и исполнением прыжков. Сами вращательные движения могут совершаться вокруг трёх взаимно перпендикулярных осей, соответствующих классической системе координат: вокруг фронтальной оси – перевороты вперед-назад, кувырки; вокруг сагиттальной оси- перевороты в стороны; вокруг продольной оси (линия параллельная позвоночнику гимнастки от головы к стопам)- опорные повороты.

   Исследования показывают, что в композициях гимнасток с обручем, мячом и булавой преобладают одноименные повороты (горизонтальный полукружный канал-21%), а также акробатические элементы вокруг фронтальной оси (сагиттальный полукружный канал -20%), прыжки с поворотом (утрикулюс, сагиттальный полукружный канал – 7,2%), прыжки с изменением положения тела (сагиттальный полукружный канал-6,5%), соответственно, большую нагрузку испытывают горизонтальные и сагиттальные полукружные каналы.

   У гимнастки в корковом центре вестибулярных функций аккумулируются сигналы от сенсорной, двигательной, премоторной зон (поля 1,2,3,4,5,6,7,9,20, 21 по Бродману): гимнастка выполняет акробатические и вращательные упражнения с обручем, мячом и булавой.

Работают лобные области мозга, задействованные в планировании последовательных движений (поля 10 по Бродману): гимнаста анализирует площадь зала, распределяя на ней количество совершаемых упражнений и соединительных движений.

  В связи с лобными долями работает корковый зрительный анализатор (поля 17,18 по Бродману): гимнастка определяет место начала выполнения очередного элемента художественной гимнастики и использования обруча, мяча, булавы.

  На протяжении всего выступления, сопровождающегося музыкой, работают  центр праксии и зона Вернике (поля 40, 22 по Бродману): гимнастка в такт музыки выполняет отработанные профессиональные акробатические движения (осуществляется взаимодействие мозжечка с корой больших полушарий, базальными ганглиями, вестибулярными ядрами моста и другими структурами мозга)

Таким образом, в модели вестибулярного мышления гимнастки  задействованы области мозга, обеспечивающие высокоточные отработанные движения в такт музыкальному сопровождению – не менее 15 полей по Бродману.

Важность вестибулярного мышления

 Вестибулярное мышление постоянно связано с пространственными и вестибулярными образами, которые играют ключевую роль в нашем восприятии мира. Они позволяют нам ориентироваться в окружающей среде, понимать расположение объектов и планировать действия.

Пространственные и вестибулярные представления — это ментальные образы и карты, которые образуются в ассоциативных областях мозга и помогают нам понимать и навигировать в пространстве как на ногах, так и средствах мобильности, сохраняя равновесие. Они включают в себя информацию о расстояниях, направлениях и расположении объектов относительно друг друга, а также относительно тела. Наибольшего мастерства требуется при  передвижении в условиях темноты, либо с закрытыми глазами.

  Основой для формирования пространственных представлений служат данные, полученные от наших органов чувств. Зрение, слух, осязание, вестибулярные сигналы и даже обоняние играют важную роль в сборе информации о пространстве.

   Наш мозг запоминает пространственные памятные сигналы от органов чувств и равновесия, создает когнитивные карты — ментальные представления о передвижениях и перемещениях в трёхмерных плоскостях окружающей среды. Эти карты помогают нам ориентироваться и запоминать расположение объектов даже в отсутствие света, а также положение тела по отношению к ним.

    Для успешной навигации в пространстве мы используем различные стратегии, такие как ориентиры, маршруты и сетки координат, тактильные ощущения. Эти стратегии помогают нам планировать путь и избегать препятствий.

  Пространственные и вестибулярные  представления важны не только для навигации, но и для выполнения повседневных задач. Например, они помогают нам парковать автомобиль, находить дорогу в незнакомом месте и даже играть в видеоигры.

 Вестибулярное мышление играет важную роль в различных профессиях, требующих точной координации движений и ориентации в пространстве. Вот несколько примеров:

• Пилоты: Пилоты должны обладать отличными навыками координации и пространственной ориентации, чтобы безопасно управлять самолетом и ориентироваться в воздушном пространстве.
• Хирурги: Хирурги используют пространственную память и координацию движений для выполнения точных и сложных операций.
• Архитекторы и дизайнеры интерьеров: Эти профессионалы используют пространственную память для создания функциональных и эстетически приятных пространств.
• Спортсмены: Спортсмены, особенно в видах спорта, требующих координации и равновесия, таких как гимнастика, борцы, фигурное катание или танцы, полагаются на вестибулярное мышление для достижения высоких результатов.

Таким образом, понимание механизма формирования пространственных и вестибулярных представлений позволяет нам лучше осознавать, как мы осуществляем когнитивные функции и  взаимодействуем с окружающим миром посредством органов равновесия. Это знание может быть полезным в различных областях, от образования до разработки технологий виртуальной реальности.

Выводы

Вестибулярное мышление – неотъемлемая часть когнитивных функций, играет важную роль в повседневной жизни, помогает осознать себя в нашем восприятии пространства и ориентации в нем. Механизм вестибулярного мышления основан на взаимодействии коркового вестибулярного анализатора со зрительной, двигательной, сенсорной и ассоциативной областями мозга. Точность прогнозирования и координации движений обеспечивает мозжечок. Понимание механизмов взаимодействия структур мозга, отвечающих за чувство равновесия и память, может помочь нам улучшить наши когнитивные способности и применять эти знания в различных сферах жизни. Исследования в этой области продолжаются, и их результаты могут привести к новым методам лечения и реабилитации пациентов с нарушениями вестибулярной системы.

Надеюсь, эта статья была полезной для Вас!😊

Познайте свой мозг и улучшите память!💪

Записывайтесь на базовый курс обучения «Мнемотехника»❤️

Подписывайтесь на наши социальные сети: