Perkembangan sistem saraf

Setiap organisme hidup dalam suatu lingkungan tertentu senantiasa berinteraksi dengannya. Dari lingkungan luar, organisme hidup menerima produk makanan yang diperlukan untuk kehidupan. Zat-zat yang tidak diperlukan oleh organisme dilepaskan ke lingkungan luar. Lingkungan luar memiliki pengaruh yang menguntungkan atau tidak menguntungkan bagi organisme. Organisme hidup bereaksi terhadap pengaruh dan perubahan lingkungan luar ini dengan mengubah keadaan internalnya. Reaksi organisme hidup dapat terwujud dalam bentuk pertumbuhan, penguatan atau pelemahan proses, gerakan atau sekresi.

Organisme bersel tunggal yang paling sederhana tidak memiliki sistem saraf. Semua reaksi yang terjadi pada organisme tersebut merupakan manifestasi dari aktivitas satu sel.

Pada organisme multiseluler, sistem saraf terdiri dari sel-sel yang terhubung satu sama lain melalui proses yang mampu merasakan iritasi dari bagian mana pun di permukaan tubuh dan mengirimkan impuls ke sel lain, mengatur aktivitasnya. Organisme multiseluler merasakan efek lingkungan eksternal dengan sel ektodermal eksternal. Sel-sel tersebut mengkhususkan diri dalam merasakan iritasi, mengubahnya menjadi potensi bioelektrik dan melakukan eksitasi. Dari sel-sel ektodermal yang terbenam di kedalaman tubuh, sistem saraf organisme multiseluler yang terstruktur secara primitif muncul. Sistem saraf retikuler, atau difus, yang paling sederhana terbentuk ditemukan pada coelenterata, misalnya, pada hydra. Hewan-hewan ini memiliki dua jenis sel. Salah satunya - sel reseptor - terletak di antara sel-sel kulit (ektoderm). Yang lain - sel efektor terletak jauh di dalam tubuh, terhubung satu sama lain dan ke sel-sel yang memberikan respons. Iritasi pada bagian mana pun dari permukaan tubuh hydra akan memicu rangsangan pada sel-sel yang lebih dalam, sehingga organisme multiseluler yang hidup tersebut menunjukkan aktivitas motorik, menangkap makanan, atau melarikan diri dari musuh.

Pada hewan yang lebih terorganisasi, sistem saraf dicirikan oleh konsentrasi sel saraf yang membentuk pusat saraf, atau simpul saraf (ganglia), dengan batang saraf yang memanjang darinya. Pada tahap perkembangan hewan ini, bentuk nodular dari sistem saraf muncul. Pada hewan yang tersegmentasi (misalnya, pada annelida), simpul saraf terletak di bagian ventral dari saluran pencernaan dan dihubungkan oleh batang saraf transversal dan longitudinal. Saraf memanjang dari simpul-simpul ini, yang cabang-cabangnya juga berakhir di dalam segmen tertentu. Ganglia yang terletak secara segmental berfungsi sebagai pusat refleks untuk segmen tubuh hewan yang sesuai. Batang saraf longitudinal menghubungkan simpul-simpul dari segmen yang berbeda pada satu bagian tubuh satu sama lain dan membentuk dua rantai perut longitudinal. Di ujung kepala tubuh, dorsal ke faring, ada sepasang simpul supraesofageal yang lebih besar, yang dihubungkan oleh cincin saraf perifaring ke sepasang simpul rantai perut. Simpul-simpul ini lebih berkembang daripada yang lain dan merupakan prototipe otak vertebrata. Struktur segmental sistem saraf ini memungkinkan, saat mengiritasi area tertentu pada permukaan tubuh hewan, tidak melibatkan semua sel saraf tubuh dalam respons, tetapi hanya menggunakan sel-sel segmen tertentu.

Tahap perkembangan sistem saraf selanjutnya adalah sel-sel saraf tidak lagi tersusun dalam simpul-simpul yang terpisah, tetapi membentuk tali saraf yang memanjang dan berkesinambungan, yang di dalamnya terdapat rongga. Pada tahap ini, sistem saraf disebut sistem saraf tubular. Struktur sistem saraf dalam bentuk tabung saraf merupakan ciri khas semua perwakilan chordata - dari hewan tanpa tengkorak yang paling sederhana hingga mamalia dan manusia.

Sesuai dengan sifat metamerik tubuh hewan chordata, sistem saraf tubular tunggal terdiri dari sejumlah struktur berulang yang serupa, atau segmen. Proses neuron yang membentuk segmen saraf tertentu bercabang, sebagai aturan, di area tubuh dan otot tertentu yang sesuai dengan segmen tertentu.

Dengan demikian, peningkatan pola pergerakan hewan (dari metode peristaltik pada organisme multiseluler yang paling sederhana hingga pergerakan menggunakan anggota badan) menyebabkan perlunya peningkatan struktur sistem saraf. Pada chordata, bagian batang tabung saraf adalah sumsum tulang belakang. Di sumsum tulang belakang dan di bagian batang otak yang sedang berkembang pada chordata, di bagian ventral tabung saraf terdapat sel "motorik", aksonnya membentuk akar anterior ("motorik"), dan di bagian dorsal - sel saraf, yang dengannya akson sel "sensorik" yang terletak di ganglia tulang belakang berkomunikasi.

Di ujung kepala tabung saraf, karena organ-organ indera berkembang di bagian anterior tubuh dan keberadaan alat insang, bagian awal sistem pencernaan dan pernapasan, struktur segmental tabung saraf, meskipun terpelihara, mengalami perubahan yang signifikan. Bagian-bagian tabung saraf ini adalah dasar dari mana otak berkembang. Penebalan bagian anterior tabung saraf dan perluasan rongganya adalah tahap awal diferensiasi otak. Proses semacam itu sudah diamati pada siklostom. Pada tahap awal embriogenesis, di hampir semua hewan kranial, ujung kepala tabung saraf terdiri dari tiga vesikel saraf primer: belah ketupat (rhombencephalon), yang terletak paling dekat dengan sumsum tulang belakang, bagian tengah (mesencephalon) dan bagian anterior (prosencephalon). Perkembangan otak terjadi bersamaan dengan perbaikan sumsum tulang belakang. Munculnya pusat-pusat baru di otak menempatkan pusat-pusat sumsum tulang belakang yang ada pada posisi bawahan. Di bagian otak yang termasuk dalam vesikel otak belakang (rhombencephalon), perkembangan inti saraf insang (pasangan ke-10 - saraf vagus) terjadi, dan pusat-pusat muncul yang mengatur proses respirasi, pencernaan, dan sirkulasi darah. Perkembangan otak belakang tidak diragukan lagi dipengaruhi oleh reseptor statis dan akustik yang sudah muncul pada ikan yang lebih rendah (pasangan ke-8 - saraf vestibulocochlear). Dalam hal ini, pada tahap perkembangan otak ini, otak belakang (otak kecil dan pons) lebih dominan daripada bagian-bagian lain. Munculnya dan peningkatan reseptor penglihatan dan pendengaran menentukan perkembangan otak tengah, tempat pusat-pusat yang bertanggung jawab untuk fungsi visual dan pendengaran diletakkan. Semua proses ini terjadi sehubungan dengan kemampuan beradaptasi organisme hewan terhadap lingkungan akuatik.

Pada hewan di habitat baru - di lingkungan udara, terjadi restrukturisasi lebih lanjut baik organisme secara keseluruhan maupun sistem sarafnya. Perkembangan penganalisis penciuman menyebabkan restrukturisasi lebih lanjut pada ujung anterior tabung saraf (vesikel serebral anterior, tempat pusat-pusat yang mengatur fungsi penciuman diletakkan), yang disebut otak penciuman (rhinencephalon) muncul.

Dari tiga vesikel primer, karena diferensiasi lebih lanjut dari otak depan dan rhombencephalon, 5 bagian berikut (vesikel serebral) dibedakan: otak depan, diencephalon, otak tengah, otak belakang, dan medula oblongata. Kanal sentral sumsum tulang belakang di ujung kepala tabung saraf berubah menjadi sistem rongga yang berkomunikasi, yang disebut ventrikel otak. Perkembangan lebih lanjut dari sistem saraf dikaitkan dengan perkembangan progresif otak depan dan munculnya pusat-pusat saraf baru. Pada setiap tahap berikutnya, pusat-pusat ini menempati posisi yang semakin dekat dengan ujung kepala dan menundukkan pusat-pusat yang ada sebelumnya terhadap pengaruhnya.

Pusat-pusat saraf yang lebih tua yang terbentuk pada tahap-tahap awal perkembangan tidak menghilang, tetapi dipertahankan, menempati posisi bawahan dalam kaitannya dengan yang lebih baru: Jadi, bersama dengan pusat-pusat pendengaran (nukleus) yang pertama kali muncul di otak belakang, pada tahap-tahap selanjutnya pusat-pusat pendengaran muncul di bagian tengah dan kemudian di telensefalon. Pada amfibi, dasar-dasar belahan otak masa depan sudah terbentuk di otak depan, namun, seperti pada reptil, hampir semua bagiannya termasuk dalam otak penciuman. Di otak depan (telensefalon) amfibi, reptil, dan burung, pusat-pusat subkortikal (nukleus striatum) dan korteks, yang memiliki struktur primitif, dibedakan. Perkembangan otak selanjutnya dikaitkan dengan munculnya pusat-pusat reseptor dan efektor baru di korteks, yang menundukkan pusat-pusat saraf tingkat rendah (di bagian batang otak dan sumsum tulang belakang). Pusat-pusat baru ini mengoordinasikan aktivitas bagian-bagian otak lainnya, menyatukan sistem saraf menjadi keseluruhan fungsional struktural. Proses ini disebut kortikolisasi fungsi. Perkembangan intensif otak akhir pada vertebrata tingkat tinggi (mamalia) menyebabkan bagian ini mendominasi semua bagian lainnya dan menutupi semua bagian dalam bentuk jubah, atau korteks serebral. Korteks kuno (paleokorteks), dan kemudian korteks lama (arkeokorteks), yang menempati permukaan dorsal dan dorsolateral hemisfer pada reptil, digantikan oleh korteks baru (neokorteks). Bagian lama didorong ke permukaan bawah (ventral) hemisfer dan lebih dalam, seolah-olah melingkar, berubah menjadi hipokampus (tanduk Ammon) dan bagian otak yang berdekatan.

Bersamaan dengan proses ini, diferensiasi dan komplikasi dari semua bagian otak lainnya terjadi: intermediet, tengah dan posterior, restrukturisasi jalur menaik (sensorik, reseptor) dan menurun (motorik, efektor). Dengan demikian, pada mamalia tingkat tinggi, massa serat jalur piramida meningkat, menghubungkan pusat korteks serebral dengan sel motorik tanduk anterior sumsum tulang belakang dan inti motorik batang otak.

Korteks hemisfer mencapai perkembangan terbesarnya pada manusia, yang dijelaskan oleh aktivitas kerja mereka dan munculnya ucapan sebagai alat komunikasi antarmanusia. IP Pavlov, yang menciptakan doktrin sistem sinyal kedua, menganggap korteks hemisfer serebral yang terstruktur secara kompleks - korteks baru - sebagai substrat material yang terakhir.

Perkembangan otak kecil dan sumsum tulang belakang berkaitan erat dengan perubahan cara hewan bergerak di ruang angkasa. Jadi, pada reptil yang tidak memiliki anggota badan dan bergerak dengan gerakan tubuh, sumsum tulang belakang tidak memiliki penebalan dan terdiri dari segmen-segmen yang ukurannya kira-kira sama. Pada hewan yang bergerak dengan anggota badan, penebalan muncul di sumsum tulang belakang, yang tingkat perkembangannya sesuai dengan signifikansi fungsional anggota badan. Jika tungkai depan lebih berkembang, misalnya pada burung, maka penebalan serviks sumsum tulang belakang lebih jelas. Pada burung, otak kecil memiliki tonjolan lateral - flocculus - bagian paling kuno dari hemisfer serebelum. Hemisfer serebelum terbentuk, dan vermis serebelum mencapai tingkat perkembangan yang tinggi. Jika fungsi tungkai belakang dominan, misalnya pada kanguru, maka penebalan lumbar lebih jelas. Pada manusia, diameter penebalan serviks sumsum tulang belakang lebih besar daripada yang lumbar. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa tangan, yang merupakan organ persalinan, mampu menghasilkan gerakan yang lebih kompleks dan bervariasi daripada anggota tubuh bagian bawah.

Sehubungan dengan perkembangan pusat kontrol yang lebih tinggi untuk aktivitas seluruh organisme di otak, sumsum tulang belakang jatuh ke posisi bawahan. Ia mempertahankan aparatus segmental yang lebih tua dari koneksi sumsum tulang belakang itu sendiri dan mengembangkan aparatus suprasegmental dari koneksi bilateral dengan otak. Perkembangan otak terwujud dalam peningkatan aparatus reseptor, peningkatan mekanisme adaptasi organisme terhadap lingkungan dengan mengubah metabolisme, kortikolisasi fungsi. Pada manusia, karena postur tegak dan sehubungan dengan peningkatan gerakan anggota tubuh bagian atas dalam proses aktivitas persalinan, hemisfer serebelum jauh lebih berkembang daripada pada hewan.

Korteks serebral adalah kumpulan ujung kortikal dari semua jenis penganalisa dan merupakan substrat material dari pemikiran visual khusus (menurut IP Pavlov, sistem sinyal realitas pertama). Perkembangan otak lebih lanjut pada manusia ditentukan oleh penggunaan alat secara sadar, yang memungkinkan manusia tidak hanya beradaptasi dengan perubahan kondisi lingkungan, seperti yang dilakukan hewan, tetapi juga memengaruhi lingkungan eksternal itu sendiri. Dalam proses kerja sosial, ucapan muncul sebagai sarana komunikasi yang diperlukan antara orang-orang. Dengan demikian, manusia memperoleh kemampuan untuk berpikir secara abstrak dan sistem untuk memahami kata, atau sinyal, terbentuk - sistem sinyal kedua, menurut IP Pavlov, yang substrat materialnya adalah korteks serebral baru.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]