O niewyczerpanych możliwościach naszego mózgu pisanych gór literatury. Potrafi przetwarzać ogromną ilość informacji, których nawet nowoczesne komputery nie potrafią. Co więcej, mózg w normalnych warunkach pracuje bez przerwy przez 70-80 lat lub dłużej. I każdego roku wzrasta jego życie, a co za tym idzie życie człowieka.
Skuteczna praca tego najistotniejszego i pod wieloma względami tajemniczego narządu dostarczana jest głównie przez dwa typy komórek: neurony i glejowy. To neurony są odpowiedzialne za przyjmowanie i przetwarzanie informacji, pamięci, uwagi, myślenia, wyobraźni i kreatywności.
Neuron i jego struktura
Często można usłyszeć, że zdolności umysłowe danej osoby gwarantują obecność istoty szarej. Czym jest ta substancja i dlaczego jest szara? Ten kolor ma korę mózgową, składającą się z mikroskopijnych komórek. Są to neurony lub komórki nerwowe, które zapewniają funkcjonowanie naszego mózgu i kontrolę całego ludzkiego ciała.
Jak działa komórka nerwowa
Neuron, podobnie jak każda żywa komórka, składa się z jądra komórkowego i ciała komórkowego, które jest nazywane soma. Rozmiar samej komórki jest mikroskopijny - od 3 do 100 mikronów. Jednak to nie przeszkadza, by neuron był prawdziwym repozytorium różnych informacji. Każda komórka nerwowa zawiera kompletny zestaw genów - instrukcje do produkcji białek. Niektóre białka biorą udział w przekazywaniu informacji, inne tworzą ochronną powłokę wokół samej komórki, inne uczestniczą w procesach pamięciowych, czwarte zapewniają zmianę nastroju itp.
Nawet niewielka awaria jednego z programów do produkcji białka może prowadzić do poważnych konsekwencji, choroby, zaburzeń psychicznych, otępienia itp.
Każdy neuron jest otoczony ochronną otoczką komórek glejowych, dosłownie wypełnia całą przestrzeń międzykomórkową i stanowi 40% substancji w mózgu. Glej lub zbiór komórek glejowych pełni bardzo ważne funkcje: chroni neurony przed niekorzystnymi wpływami zewnętrznymi, dostarcza składniki odżywcze komórkom nerwowym i usuwa ich produkty przemiany materii.
Komórki glejowe chronią zdrowie i integralność neuronów, w związku z czym nie pozwalają wielu obcym substancjom chemicznym wchodzić do komórek nerwowych. W tym leki. W związku z tym skuteczność różnych leków zaprojektowanych w celu wzmocnienia aktywności mózgu jest całkowicie nieprzewidywalna i działają one w różny sposób na każdą osobę.
Dendryty i aksony
Pomimo złożoności neuronu, samo w sobie nie odgrywa znaczącej roli w mózgu. Nasza aktywność nerwowa, w tym aktywność umysłowa, jest wynikiem interakcji wielu sygnałów wymiany neuronów. Odbiór i transmisja tych sygnałów, a dokładniej, słabe impulsy elektryczne zachodzą za pomocą włókien nerwowych.
Neuron ma kilka krótkich (około 1 mm) rozgałęzionych włókien nerwowych - dendrytów, nazwanych tak ze względu na ich podobieństwo do drzewa. Dendryty są odpowiedzialne za odbieranie sygnałów z innych komórek nerwowych. A ponieważ nadajnik sygnału działa na akson. To włókno w neuronie jest tylko jednym, ale może osiągnąć długość do 1,5 metra. Łącząc się za pomocą aksonów i dendrytów, komórki nerwowe tworzą całe sieci neuronowe. Im bardziej złożony jest system wzajemnych zależności, tym trudniejsza jest nasza mentalna aktywność.
Praca z neuronami
Podstawą najbardziej złożonej aktywności naszego układu nerwowego jest wymiana słabych impulsów elektrycznych między neuronami. Problem polega jednak na tym, że początkowo akson jednej komórki nerwowej i dendryty z drugiej nie są ze sobą połączone, między nimi jest przestrzeń wypełniona substancją międzykomórkową. Jest to tak zwana szczelina synaptyczna i nie można jej pokonać. Wyobraź sobie, że dwie osoby wyciągają do siebie ręce i nie całkiem wyciągają rękę.
Ten problem rozwiązuje po prostu neuron. Pod wpływem słabego prądu elektrycznego dochodzi do reakcji elektrochemicznej i powstaje cząsteczka białka - neuroprzekaźnik. Ta cząsteczka i nakłada się na szczelinę synaptyczną, stając się swego rodzaju pomostem dla sygnału. Neuroprzekaźniki pełnią jeszcze jedną funkcję - łączą neurony, a im częściej sygnał podróżuje wzdłuż obwodu nerwowego, tym silniejsze jest to połączenie. Wyobraź sobie brodę przez rzekę. Przechodząc przez nią, osoba wrzuca kamień do wody, a następnie każdy następny podróżnik robi to samo. Rezultatem jest solidne, niezawodne przejście.
Takie połączenie między neuronami nazywa się synapsą i odgrywa ważną rolę w aktywności mózgu. Uważa się, że nawet nasza pamięć jest wynikiem pracy synaps. Połączenia te zapewniają większą prędkość przejścia impulsów nerwowych - sygnał wzdłuż obwodu neuronu porusza się z prędkością 360 km / h lub 100 m / s. Możesz obliczyć, ile czasu sygnał od palca, który przypadkowo nakłułeś igłą, dostaje się do mózgu. Istnieje stara tajemnica: "Jaka jest najszybsza rzecz na świecie?" Odpowiedź: "Myśl". I to było bardzo wyraźnie zauważone.
Rodzaje neuronów
Neurony znajdują się nie tylko w mózgu, ale także w interakcji z ośrodkowym układem nerwowym. Neurony znajdują się we wszystkich narządach naszego ciała, w mięśniach i więzadłach na powierzchni skóry. Zwłaszcza dużo z nich w receptorach, to znaczy zmysłach. Rozległa sieć komórek nerwowych, która przenika całe ludzkie ciało, jest obwodowym układem nerwowym, który wykonuje funkcje równie ważne jak centralny. Różnorodność neuronów podzielona jest na trzy główne grupy:
- Neurony pomocnicze otrzymują informacje z narządów zmysłów, a w postaci impulsów wzdłuż włókien nerwowych dostarczają je do mózgu. Te komórki nerwowe mają najdłuższe aksony, ponieważ ich ciało znajduje się w odpowiedniej części mózgu. Istnieje ścisła specjalizacja, a sygnały dźwiękowe trafiają wyłącznie do słuchowej części mózgu, pachną - do węchu, światła - do wizualizacji itp.
- Interwencyjne lub interkalacyjne neurony przetwarzają informacje otrzymane od osób, które dopuściły się choroby. Po ocenieniu informacji, neurony pośrednie kontrolują narządy zmysłów i mięśnie znajdujące się na obrzeżach naszego ciała.
- Neurony efektorowe lub efektorowe przekazują to polecenie od pośredniego w postaci impulsu nerwowego do narządów, mięśni itp.
Najtrudniejsze i najmniej zrozumiałe jest dzieło pośrednich neuronów. Są odpowiedzialni nie tylko za reakcje odruchowe, takie jak na przykład wyciągnięcie ręki z gorącej patelni lub mruganie, gdy pojawia się błysk światła. Te komórki nerwowe zapewniają tak złożone procesy umysłowe, jak myślenie, wyobraźnia, kreatywność. I jak chwilowa wymiana impulsów nerwowych między neuronami zamienia się w żywe obrazy, fantastyczne spiski, genialne odkrycia lub po prostu refleksje w ciężki poniedziałek? To jest główna tajemnica mózgu, do której naukowcy nawet się nie zbliżyli.
Jedyną rzeczą, która była w stanie stwierdzić, że różne typy aktywności umysłowej związane są z aktywnością różnych grup neuronów. Marzenia o przyszłości, zapamiętywanie wiersza, postrzeganie kogoś bliskiego, myślenie o zakupach - wszystko to znajduje odzwierciedlenie w naszym mózgu jako przebłyski aktywności komórek nerwowych w różnych punktach kory mózgowej.
Funkcje neuronowe
Biorąc pod uwagę, że neurony zapewniają funkcjonowanie wszystkich systemów ciała, funkcje komórek nerwowych muszą być bardzo zróżnicowane. Ponadto nadal nie są w pełni zrozumiałe. Spośród wielu różnych klasyfikacji tych funkcji wybieramy takie, które jest najbardziej zrozumiałe i bliskie problemom psychologii.
Funkcja transferu informacji
Jest to główna funkcja neuronów, z którymi połączone są inne, choć nie mniej znaczące. Ta sama funkcja jest najlepiej zbadana. Wszystkie zewnętrzne sygnały do narządów docierają do mózgu, gdzie są przetwarzane. A następnie, w wyniku sprzężenia zwrotnego, w postaci impulsów dowodzenia, są przekazywane przez odprowadzające włókna nerwowe z powrotem do narządów zmysłów, mięśni itp.
Taki stały obieg informacji występuje nie tylko na poziomie obwodowego układu nerwowego, ale także w mózgu. Połączenia między neuronami, które wymieniają informacje, tworzą niezwykle złożone sieci neuronowe. Wyobraź sobie: w mózgu jest co najmniej 30 miliardów neuronów, a każda z nich może mieć do 10 tysięcy połączeń. W połowie XX wieku cybernetyka próbowała stworzyć komputer elektroniczny działający na zasadzie ludzkiego mózgu. Ale im się nie udało - procesy zachodzące w ośrodkowym układzie nerwowym okazały się zbyt skomplikowane.
Doświadcz funkcji zachowania
Neurony są odpowiedzialne za to, co nazywamy pamięcią. Dokładniej, jak stwierdzili neurofizjolodzy, zachowanie śladów sygnałów przechodzących przez obwody neuronalne jest swoistym efektem ubocznym aktywności mózgu. Podstawą pamięci są właśnie cząsteczki białka - neuroprzekaźniki, które powstają jako most łączący komórki nerwowe. Dlatego nie ma specjalnej sekcji mózgu odpowiedzialnej za przechowywanie informacji. A jeśli w wyniku urazu lub choroby dojdzie do zniszczenia połączeń nerwowych, osoba może częściowo stracić pamięć.
Funkcja integracyjna
Jest to interakcja między różnymi częściami mózgu. Natychmiastowe "przebłyski" nadawanych i odbieranych sygnałów, gorące punkty w korze mózgowej - to narodziny obrazów, uczuć i myśli. Złożone połączenia nerwowe łączące ze sobą różne części kory mózgowej i penetrujące strefę podkorową są produktem naszej aktywności umysłowej. Im więcej takich połączeń powstaje, tym lepsza pamięć i bardziej produktywne myślenie. Oznacza to, że im więcej myślimy, tym mądrzejszym stajemy się.
Funkcja produkcji białka
Aktywność komórek nerwowych nie ogranicza się do procesów informacyjnych. Neurony to prawdziwe fabryki białek. Są to te same neuroprzekaźniki, które nie tylko funkcjonują jako "most" między neuronami, ale także odgrywają ogromną rolę w regulowaniu pracy naszego ciała jako całości. Obecnie istnieje około 80 gatunków tych związków białkowych, które pełnią różne funkcje:
- Noradrenalina, czasami określana jako hormon wściekłości lub stresu. Tonizuje ciało, poprawia wydajność, przyspiesza bicie serca i przygotowuje ciało do natychmiastowego działania, aby odeprzeć niebezpieczeństwo.
- Dopamina jest główną toniką naszego ciała. Bierze udział w rewitalizacji wszystkich systemów, w tym podczas przebudzenia, podczas wysiłku fizycznego i tworzy pozytywną postawę emocjonalną aż do euforii.
- Serotonina jest również substancją "dobrego samopoczucia", nawet jeśli nie wpływa na aktywność fizyczną.
- Glutaminian jest przekaźnikiem niezbędnym do funkcjonowania pamięci, bez którego długotrwałe przechowywanie informacji jest niemożliwe.
- Acetylocholina zarządza procesami snu i przebudzenia, a także jest niezbędna do aktywacji uwagi.
Neuroprzekaźniki, a raczej ich liczba, wpływają na zdrowie ciała. A jeśli pojawią się problemy z produkcją tych cząsteczek białek, mogą rozwinąć się poważne choroby. Na przykład niedobór dopaminy jest jedną z przyczyn choroby Parkinsona, a jeśli ta substancja jest wytwarzana za dużo, może rozwinąć się schizofrenia. Jeśli acetylocholina nie jest dostatecznie wytworzona, może wystąpić bardzo nieprzyjemna choroba Alzheimera, której towarzyszy demencja.
Tworzenie się neuronów w mózgu rozpoczyna się jeszcze przed narodzinami człowieka, a podczas całego okresu dojrzewania zachodzi aktywna formacja i komplikacja połączeń nerwowych. Przez długi czas wierzono, że u osoby dorosłej nie mogły pojawić się nowe komórki nerwowe, ale proces ich śmierci był nieunikniony. Dlatego rozwój umysłowy osobowości jest możliwy tylko z powodu komplikacji połączeń nerwowych. A na starość wszyscy są skazani na upadek zdolności umysłowych.
Jednak ostatnie badania obaliły tę pesymistyczną prognozę. Szwajcarscy naukowcy udowodnili, że istnieje region mózgu odpowiedzialny za narodziny nowych neuronów. Jest to hipokamp, produkuje codziennie do 1400 nowych komórek nerwowych. I wszystko, co musisz zrobić, to aktywniej włączyć je do pracy mózgu, otrzymywać i rozumieć nowe informacje, tworząc w ten sposób nowe połączenia neuronowe i komplikując sieć neuronową.
Neurony i tkanka nerwowa
Neurony i tkanka nerwowa
Tkanka nerwowa jest głównym strukturalnym elementem układu nerwowego. Struktura tkanki nerwowej obejmuje wysoce wyspecjalizowane komórki nerwowe - neurony i komórki neurogliniczne, które pełnią funkcje wspomagające, sekrecyjne i ochronne.
Neuron jest główną strukturalną i funkcjonalną jednostką tkanki nerwowej. Te komórki są w stanie odbierać, przetwarzać, kodować, transmitować i przechowywać informacje, nawiązywać kontakty z innymi komórkami. Unikalne cechy neuronu to zdolność generowania wyładowań bioelektrycznych (impulsów) i przekazywania informacji wzdłuż procesów z jednej komórki do drugiej przy użyciu wyspecjalizowanych zakończeń - synaps.
Funkcje neuronu są promowane przez syntezę w jej aksoplazmie substancji przekazujących - neuroprzekaźników: acetylocholiny, katecholamin itp.
Liczba neuronów mózgowych zbliża się do 10 11. Na pojedynczym neuronie może istnieć do 10 000 synaps. Jeśli te elementy są uważane za komórki pamięci informacji, to można wywnioskować, że układ nerwowy może przechowywać 10 19 jednostek. informacje, tj. w stanie pomieścić prawie całą wiedzę zgromadzoną przez ludzkość. Dlatego idea, że ludzki mózg podczas życia pamięta wszystko, co dzieje się w ciele i podczas jego komunikacji z otoczeniem, jest całkiem rozsądna. Jednak mózg nie może odzyskać z pamięci wszystkich informacji, które są w nim przechowywane.
Pewne typy organizacji neuronowej są charakterystyczne dla różnych struktur mózgu. Neurony regulujące pojedynczą funkcję tworzą tak zwane grupy, zespoły, kolumny, jądra.
Neurony różnią się budową i funkcją.
Zgodnie ze strukturą (w zależności od liczby procesów, które rozciągają się od korpusu komórkowego) odróżnić jednobiegunowy (jedna kończyna), dwubiegunowe (z dwoma kołkami) i wielobiegunowy (pędy) z wielu neuronów.
Właściwościami funkcjonalnymi pojedyncze doprowadzające (lub dośrodkowa) neuronów nośnej wzbudzenie z receptorami ośrodkowego układu nerwowego, odprowadzających silnika, neurony motoryczne (lub odśrodkowe) przekazywania pobudzenia OUN do unerwienia narządu i wstawiony, styk lub neuronów pośrednich łączący doprowadzających i odprowadzających neurony.
Neutralne neurony należą do jednobiegunowych, ich ciała leżą w zwojach rdzeniowych. Rozciągające się od procesu ciała komórki T kształt jest podzielony na dwie części, z których jedna znajduje się w ośrodkowym układzie nerwowym i występuje jako aksonu i inne podejścia do receptorów i jest najdłuższym dendrytów.
Większość neuronów odprowadzających i interkalarnych należy do wielobiegunowych (ryc. 1). Wielonarowe neurony interkalne znajdują się w dużej liczbie w tylnych rogach rdzenia kręgowego, a także we wszystkich innych częściach OUN. Mogą być również dwubiegunowe, na przykład neurony siatkówki z krótkim dendrytem rozgałęzionym i długim aksonem. Motoneurony zlokalizowane są głównie w przednich rogach rdzenia kręgowego.
Ryc. 1. Struktura komórki nerwowej:
1 - mikrotubule; 2 - długi proces komórki nerwowej (akson); 3 - retikulum endoplazmatyczne; 4 - rdzeń; 5 - neuroplazmę; 6 - dendrytów; 7 - mitochondria; 8 - jąderka; 9 - osłona mielinowa; 10 - Przechwycenie Ranvie; 11 - koniec aksonu
Neuroglia
Neuroglia lub glej to zbiór komórkowych elementów tkanki nerwowej tworzonych przez wyspecjalizowane komórki o różnych kształtach.
Został odkryty przez R. Virchhova i nazwany przez niego neuroglia, co oznacza "nerwowy klej". Komórki Neuroglia wypełniają przestrzeń między neuronami, stanowiąc 40% objętości mózgu. Komórki glejowe są 3-4 razy mniejsze niż komórki nerwowe; ich liczba w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków sięga 140 miliardów, a wraz z wiekiem liczba neuronów u ludzi w mózgu spada, a liczba komórek glejowych rośnie.
Ustalono, że neuroglia jest związana z metabolizmem w tkance nerwowej. Niektóre komórki neurogii wydzielają substancje, które wpływają na stan pobudliwości neuronów. Należy zauważyć, że w różnych stanach psychicznych sekrecja tych komórek zmienia się. Długotrwałe procesy śladowe w OUN są związane ze stanem funkcjonalnym neurogli.
Rodzaje komórek glejowych
Z natury struktury komórek glejowych i ich lokalizacji w OUN są:
- astrocyty (astrogleje);
- oligodendrocyty (oligodendroglia);
- komórki mikrogleju (mikrogleju);
- Komórki Schwanna.
Komórki glejowe pełnią funkcje wspomagające i ochronne dla neuronów. Są częścią struktury bariery krew-mózg. Astrocyty są najliczniejszymi komórkami glejowymi wypełniającymi przestrzenie między neuronami i leżącymi poniżej synapsami. Zapobiegają rozprzestrzenianiu się neuroprzekaźników dyfundujących od szczeliny synaptycznej do OUN. Błony cytoplazmatyczne astrocyty receptory neuroprzekaźników, których aktywacja może powodować drgania membrany i potencjalną zmianę różnicy metabolizmu astrocytów.
Astrocyty szczelnie otulają naczynia włosowate naczyń krwionośnych mózgu, znajdujące się między nimi a neuronami. Na tej podstawie zakłada się, że astrocyty odgrywają ważną rolę w metabolizmie neuronów, regulując przepuszczalność naczyń włosowatych dla niektórych substancji.
Jedną z ważnych funkcji astrocytów jest ich zdolność do absorbowania nadmiaru jonów K +, które mogą akumulować się w przestrzeni międzykomórkowej podczas wysokiej aktywności nerwowej. W obszarach przyjemny astrocyty utworzone kanały skrzyżowania szczelin, przez które astrocyty można wymienić różne jony o małej wielkości, a w szczególności jony K + Zwiększa to możliwości absorpcji K jonów + niekontrolowanego gromadzenia się jonów K + w przestrzeni interneuron prowadziłoby do wzrostu pobudliwości neuronów. Tak więc, astrocyty, absorbujące nadmiar jonów K + z płynu śródmiąższowego, zapobiegają wzrostowi pobudliwości neuronów i tworzeniu ognisk zwiększonej aktywności nerwowej. Pojawieniu się takich ognisk w ludzkim mózgu może towarzyszyć fakt, że ich neurony generują szereg impulsów nerwowych, które nazywane są prądami konwulsyjnymi.
Astrocyty biorą udział w usuwaniu i niszczeniu neuroprzekaźników wprowadzanych do przestrzeni pozasynaptycznych. W ten sposób zapobiegają gromadzeniu się neuroprzekaźników w przestrzeniach neuronalnych, co może prowadzić do dysfunkcji mózgu.
Neurony i astrocyty są rozdzielone międzykomórkowymi szczelinami o rozmiarach 15-20 mikronów, zwanych przestrzenią śródmiąższową. Miejsca pełnoekranowe zajmują do 12-14% objętości mózgu. Ważną właściwością astrocytów jest ich zdolność do absorbowania CO2 z płynu pozakomórkowego tych przestrzeni, a tym samym utrzymywania stabilnego pH mózgu.
Astrocyty biorą udział w tworzeniu się interfejsów między tkanką nerwową i naczyniami mózgowymi, tkanką nerwową i błonami mózgu w procesie wzrostu i rozwoju tkanki nerwowej.
Oligodendrocyty charakteryzują się obecnością niewielkiej liczby krótkich procesów. Jedną z ich głównych funkcji jest tworzenie osłonki mielinowej włókien nerwowych w obrębie ośrodkowego układu nerwowego. Komórki te są również zlokalizowane w pobliżu ciał neuronów, ale funkcjonalne znaczenie tego faktu nie jest znane.
Komórki mikrogleju stanowią 5-20% całkowitej liczby komórek glejowych i są rozproszone w całym ośrodkowym układzie nerwowym. Ustalono, że antygeny ich powierzchni są identyczne z antygenami monocytów krwi. Wskazuje to na ich pochodzenie z mezodermy, przenikanie do tkanki nerwowej podczas rozwoju embrionalnego, a następnie transformację w morfologicznie rozpoznawalne komórki mikrogleju. W związku z tym uważa się, że najważniejszą funkcją mikrogleju jest ochrona mózgu. Wykazano, że po uszkodzeniu tkanki nerwowej zwiększa się liczba komórek fagocytujących z powodu makrofagów krwi i aktywacji fagocytarnych właściwości mikrogleju. Usuwają martwe neurony, komórki glejowe i ich elementy strukturalne, obce cząsteczki fagocytozy.
Komórki Schwanna tworzą otoczkę mielinową włókien nerwowych obwodowych poza OUN. Błona tej komórki jest wielokrotnie owinięta wokół włókien nerwowych, a grubość powstałej osłonki mielinowej może przekraczać średnicę włókna nerwowego. Długość mielinizowanych obszarów włókien nerwowych wynosi 1-3 mm. W przerwach między nimi (przechwycenie Ranviera), włókno nerwowe pozostaje pokryte jedynie membraną powierzchniową, która ma pobudliwość.
Jedną z najważniejszych właściwości mieliny jest jej wysoka odporność na prąd elektryczny. Wynika to z dużej zawartości sfingomieliny i innych fosfolipidów w mielinie, które nadają jej właściwości izolujące prąd. W obszarach włókien nerwowych pokrytych mielinem proces generowania impulsów nerwowych jest niemożliwy. Impulsy nerwowe są generowane tylko na membranie przechwytywania Ranviera, która zapewnia wyższy wskaźnik przewodzenia impulsów nerwowych, ale mielinowanych włókien nerwowych w porównaniu z nie mielinizowanymi.
Wiadomo, że struktura mieliny może być łatwo zakłócona przez zakaźne, niedokrwienne, traumatyczne, toksyczne uszkodzenie układu nerwowego. W tym samym czasie rozwija się proces demielinizacji włókien nerwowych. Szczególnie często rozwija się demielinizacja w stwardnieniu rozsianym. Wskutek demielinizacji nerwowej prędkości przewodzenia impulsów nerwowych wzdłuż włókien zmniejsza się szybkość dostarczania informacji do mózgu z receptora i neuronów do organów wykonawczych spada. Może to prowadzić do upośledzenia wrażliwości sensorycznej, zaburzenia ruchu, regulacji funkcjonowania narządów wewnętrznych i innych poważnych konsekwencji.
Struktura i funkcja neuronów
Neuron (komórka nerwowa) to strukturalna i funkcjonalna jednostka ośrodkowego układu nerwowego.
Anatomiczne struktury i właściwości neuronu zapewnienia zgodności z głównych funkcji: metabolizm realizacji, odzyskiwania energii, postrzegania poszczególnych sygnałów i ich przetwarzania, tworzenie lub uczestniczenia w reakcji wytwarzania i przewodzeniu impulsów nerwowych neuronów asocjacji w układach nerwowych, dostarczając zarówno prostych reakcji odruchowych, tak i wyższe integracyjne funkcje mózgu.
Neurony składają się z ciała komórki nerwowej i procesów aksonów i dendrytów.
Ryc. 2. Struktura neuronu
Ciało komórki nerwowej
Ciało (perikaryon, soma) neuronu i jego procesy są pokryte przez błonę neuronalną. Błona w ciele komórki różni się od membrany aksonu i dendrytów zawartością różnych kanałów jonowych, receptorów, obecności synaps na tym materiale.
W ciele neuronu znajduje się neuroplazmę i jądro odgraniczone od niej membranami, szorstka i gładka retikulum endoplazmatyczna, aparat Golgiego, mitochondria. Chromosomy w jądrze neuronów zawierają zestaw genów kodujących syntezę białek niezbędnych do tworzenia struktury i realizacji funkcji ciała neuronu, jego procesów i synaps. Są to białka, które pełnią funkcje enzymów, nośników, kanałów jonowych, receptorów itp. Niektóre białka spełniają funkcje, gdy znajdują się w neuroplazmie, podczas gdy inne są integrowane w błonach organelli, somy i procesów neuronowych. Niektóre z nich, na przykład, enzymy niezbędne do syntezy neurotransmiterów, są transportowane przez transport aksonalny do terminalu aksonu. W ciele komórki syntetyzowane są peptydy niezbędne do życiowej aktywności aksonów i dendrytów (na przykład czynniki wzrostu). Dlatego, gdy uszkodzone jest ciało neuronu, jego procesy ulegają degeneracji i zapaść. Jeśli ciało neuronu zostaje zachowane, a proces zostaje uszkodzony, następuje jego powolne odzyskiwanie (regeneracja) i przywrócenie unerwienia odnerwionych mięśni lub narządów.
Miejscem syntezy białka w ciałach neuronów jest szorstka retikulum endoplazmatyczna (granulki Tigroida lub ciała Nissla) lub wolne rybosomy. Ich zawartość w neuronach jest wyższa niż w glejach lub innych komórkach ciała. W gładkiej retikulum endoplazmatycznym i aparacie Golgiego białka nabywają wewnętrzną konformację przestrzenną, są sortowane i przesyłane do przepływów transportowych do struktur ciała komórkowego, dendrytów lub aksonów.
Liczne mitochondriów neuronów w wyniku fosforylacji oksydacyjnej, ATP wytwarzana jest energia służy do podtrzymywania neuronu pomp jonowych i utrzymywania stężenia jonów asymetrii, ale po obu stronach membrany. W związku z tym neuron jest w stałej gotowości nie tylko do odbierania różnych sygnałów, ale także do reagowania na nie - generowania impulsów nerwowych i ich wykorzystania do kontrolowania funkcji innych komórek.
Molekularne receptory błony komórkowej, receptory czuciowe tworzone przez dendryty i komórki czuciowe pochodzenia nabłonkowego biorą udział w mechanizmach percepcji neuronów różnych sygnałów. Sygnały z innych komórek nerwowych mogą dotrzeć do neuronu poprzez liczne synapsy utworzone na dendrytach lub na żelu neuronowym.
Dendryty komórek nerwowych
Dendryty neuronu tworzą drzewo dendrytyczne, którego rodzaj rozgałęzienia i którego wielkość zależy od liczby kontaktów synaptycznych z innymi neuronami (ryc. 3). Na dendrytach neuronu są tysiące synaps utworzonych przez aksony lub dendryty z innych neuronów.
Ryc. 3. Synaptyczne kontakty interneronu. Strzałki po lewej pokazują nadejście sygnałów doprowadzających do dendrytów i ciała interneuronu, po prawej kierunek propagacji sygnałów odźwiernych interneuronu do innych neuronów.
Synapsy mogą być niejednorodne zarówno pod względem funkcji (hamującej, pobudzającej), jak i rodzaju stosowanego neuroprzekaźnika. Membrana dendrytyczna zaangażowana w tworzenie synaps to ich błona postsynaptyczna, która zawiera receptory (zależne od ligandów kanały jonowe) do neuroprzekaźnika stosowanego w tej synapsie.
Synapsy pobudzające (glutaminergiczne) zlokalizowane są głównie na powierzchni dendrytów, gdzie występują wzniesienia lub odrosty (1-2 μm), zwane kolcami. W membranie znajdują się kanały, których przepuszczalność zależy od różnicy potencjałów transbłonowych. W cytoplazmie dendrytycznych kolców wykrytych wtórne przekaźniki w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, a także białka, które rybosomu syntetyzowanego w odpowiedzi na odbiór sygnałów synaptycznych. Dokładna rola kolców pozostaje nieznana, ale jest oczywiste, że zwiększają powierzchnię drzewa dendrytycznego, tworząc synapsy. Skoki są również strukturami neuronowymi do odbierania sygnałów wejściowych i ich przetwarzania. Dendryty i kolce zapewniają transfer informacji z peryferii do ciała neuronu. Membrana dendrytyczna w obszarze koszenia jest spolaryzowana ze względu na asymetryczny rozkład jonów mineralnych, działanie pomp jonowych i obecność w nich kanałów jonowych. Właściwości te leżą u podstaw transferu informacji wzdłuż membrany w postaci lokalnych prądów kołowych (elektrochronnych), które występują między membranami postsynaptycznymi a obszarami membrany dendrytowej sąsiadującej z nimi.
Kiedy rozprzestrzeniają się przez membranę dendrytową, lokalne prądy są tłumione, ale mają wielkość wystarczającą do przesyłania sygnałów do dendrytycznych sygnałów synaptycznych do błony komórkowej neuronu. Potencjalne kanały sodowe i potasowe nie zostały jeszcze zidentyfikowane w błonie dendrytowej. Nie posiada pobudliwości i zdolności do generowania potencjałów czynnościowych. Wiadomo jednak, że potencjał działania powstający na membranie kopca aksonalnego może rozprzestrzeniać się wzdłuż niego. Mechanizm tego zjawiska nie jest znany.
Zakłada się, że dendryty i kolce są częścią struktur nerwowych zaangażowanych w mechanizmy pamięci. Liczba kolców jest szczególnie wysoka w dendrytach neuronów kory móżdżku, zwojach podstawy i korę mózgową. Obszar drzew dendrytycznych i liczba synaps zmniejszają się w niektórych obszarach kory mózgowej osób starszych.
Neuron aksonu
Akson jest procesem komórek nerwowych nie znajdującym się w innych komórkach. W przeciwieństwie do dendrytów, których liczba jest różna dla neuronu, akson jest taki sam dla wszystkich neuronów. Jego długość może dochodzić do 1,5 m. W miejscu, w którym akson opuszcza neuron, występuje pogrubienie - aksonalny pagórek pokryty membraną plazmową, która wkrótce pokryta jest mieliną. Miejsce kopca aksonów, odkryte przez mielinę, nazywa się początkowym segmentem. Aksony neuronów, aż do ich końcowych gałęzi, pokryte są osłonką mielinową, przerwaną przez przechwycenie Ranviera - mikroskopijne nieżelowane obszary (około 1 mikrona).
Całej aksonu (mielinowane i włókien niemielinowane) pokrytej dwuwarstwy fosfolipidowej membrany z wbudowanym cząsteczek białkowych, które wykonują funkcje transportu jonów, kanałów jonowych bramkowanych napięciem, i inne. Białka mogą być równomiernie rozmieszczone w membranę niezmienilizowanych włókien nerwowych, a membrana mielinowane włókna nerwowe są usytuowane głównie w obszarze przechwytywania Ranvier. Ponieważ nie ma szorstkiej retikulum i rybosomu w aksoplazmie, jest oczywiste, że białka te są syntetyzowane w ciele neuronu i są dostarczane do błony aksonu przez transport aksonalny.
Właściwości membrany pokrywającej ciało i akson neuronu są różne. Różnica ta dotyczy przede wszystkim przepuszczalności membrany dla jonów mineralnych i wynika z zawartości różnych typów kanałów jonowych. Jeśli zawartość przeważa kanałów doprowadzania ligandów jonowych (w tym błony postsynaptycznych), membranę aksonu, zwłaszcza w przewężenie ranviera istnieje wysoka gęstość kanałów sodowych i potasowych bramkowanych napięciem w membraną i dendrytów neuronów.
Najmniejsza polaryzacja (około 30 mV) ma membranę początkowego odcinka aksonu. W obszarach aksonu bardziej odległych od ciała komórki, wielkość potencjału transbłonowego wynosi około 70 mV. Niska wartość polaryzacji membrany początkowego odcinka aksonu określa, że w tym obszarze błona neuronu ma największą pobudliwość. Jest tu rozmieszczony na błonie ciała neuronów poprzez lokalne okrągłe prądów elektrycznych potencjałów postsynaptycznych powstałe w błonie komórkowej organizmu i dendrytów wynikające z zamiany w synapsach sygnałów informacyjnych odbieranych przez neurony. Jeśli te prądy spowodują depolaryzację membrany kopca aksonów do krytycznego poziomu (npdo), wtedy neuron zareaguje na sygnały z innych komórek nerwowych do niego, generując jego potencjał czynnościowy (impuls nerwowy). Wynikowy impuls nerwowy jest następnie przeprowadzany wzdłuż aksonu do innych komórek nerwowych, mięśniowych lub gruczołowych.
Na membranie początkowego segmentu aksonu znajdują się kolce, na których powstają synapsy hamulca GABA-ergicznego. Odbiór sygnałów wzdłuż tych synaps od innych neuronów może zapobiec generowaniu impulsów nerwowych.
Klasyfikacja i rodzaje neuronów
Klasyfikacja neuronów odbywa się zarówno na podstawie cech morfologicznych, jak i funkcjonalnych.
Przez liczbę procesów rozróżnia się neurony wielobiegunowe, dwubiegunowe i pseudounipolarne.
Ze względu na charakter połączeń z innymi komórkami i funkcję, którą pełnią, rozróżnia się neurony czuciowe, interkalacyjne i motoryczne. Neurony czuciowe są również nazywane neuronami aferentnymi, a ich procesy są dośrodkowe. Neurony, które pełnią funkcję przekazywania sygnału między komórkami nerwowymi, są nazywane interkalowanymi lub asocjacyjnymi. Neurony, których aksony tworzą synapsy na komórkach efektorowych (mięśniach, gruczołach), określane są jako motoryczne, czyli odprowadzające, ich aksony nazywane są wirówkami.
Przebywające (wrażliwe) neurony postrzegają informacje za pomocą receptorów czuciowych, przekształcają je w impulsy nerwowe i prowadzą do ośrodków nerwowych mózgu i rdzenia kręgowego. Ciała wrażliwych neuronów znajdują się w zwojach kręgowych i czaszkowych. Są to neurony pseudo-unipolarne, których aksony i dendryty oddzielają się od ciała neuronu, a następnie oddzielają się. Dendrytów się na obwodzie narządów i tkanek, jako część funkcji czuciowych lub mieszanym aksonu nerwu w części obszaru korzenia grzbietowego rogu grzbietowego rdzenia kręgowego lub nerwów czaszkowych w - do mózgu.
Wbudowane lub asocjacyjne neurony wykonują funkcje przetwarzania przychodzących informacji, a w szczególności zapewniają zamknięcie łuków odruchowych. Ciała tych neuronów znajdują się w szarej materii mózgu i rdzenia kręgowego.
Neurony biorcze pełnią również funkcję przetwarzania przychodzących informacji i przekazywania oderwanych impulsów nerwowych z mózgu i rdzenia kręgowego do komórek organów wykonawczych (efektorowych).
Neuron Integrative Activity
Każdy neuron odbiera ogromną liczbę sygnałów poprzez liczne synapsy znajdujące się na jego dendrytach i ciele, a także poprzez receptory molekularne błon plazmatycznych, cytoplazmy i jądra. Transmisja sygnału wykorzystuje wiele różnych typów neuroprzekaźników, neuromodulatorów i innych cząsteczek sygnałowych. Oczywiście, aby stworzyć odpowiedź na jednoczesne pojawienie się wielu sygnałów, neuron musi być w stanie je zintegrować.
Zestaw procesów, które zapewniają przetwarzanie nadchodzących sygnałów i tworzenie odpowiedzi neuronów na nie, jest zawarty w koncepcji integracyjnej aktywności neuronu.
Percepcja i przetwarzanie sygnałów docierających do neuronu odbywa się przy udziale dendrytów, ciała komórki i kopca aksonów neuronu (ryc. 4).
Ryc. 4. Integracja sygnałów neuronów.
Jednym z wariantów ich przetwarzania i integracji (sumowania) jest transformacja synaps i sumowanie potencjałów postsynaptycznych na błonie ciała i procesy neuronu. Sygnały postrzegane są konwertowane w synapsach do oscylacji różnicy potencjałów błony postsynaptycznej (potencjały postsynaptyczne). W zależności od rodzaju synapsy, odbierany sygnał można przekształcić w małą (0,5-1,0 mV) depolaryzującą zmianę różnicy potencjałów (EPSP - synapsy są pokazane jako kółka świetlne na wykresie) lub hiperpolaryzację (TPPS - synapsy są pokazane jako czarne na schemacie okręgi). Wiele sygnałów może jednocześnie dotrzeć do różnych punktów neuronu, z których niektóre są przekształcane w EPSP, a inne - w TPPS.
Te fluktuacje różnicy potencjałów są propagowane przez lokalne prądy kołowe wzdłuż błony neuronowej w kierunku wzgórza aksonów w postaci fal depolaryzacji (w schemacie białym) i hiperpolaryzacji (w schemacie czarnym), nałożone na siebie (szare obszary). W tej superpozycji amplitudy fal w jednym kierunku są sumowane, a przeciwne są zmniejszane (wygładzane). Takie algebraiczne sumowanie różnicy potencjałów na membranie nazywa się sumowaniem przestrzennym (ryc. 4 i 5). Wynikiem tego sumowania może być depolaryzacja błony aksonów i generowanie impulsów nerwowych (przypadki 1 i 2 na ryc. 4) lub hiperpolaryzacja i zapobieganie pojawieniu się impulsów nerwowych (przypadki 3 i 4 na ryc. 4).
Aby przesunąć różnicę potencjału membrany kopca aksonów (około 30 mV) na Edo, musi zostać zdepolaryzowany do 10-20 mV. Doprowadzi to do odkrycia zależnych od potencjału kanałów sodowych obecnych w nim i generowania impulsów nerwowych. Odkąd, gdy PD przybywa i przekształca się w EPSP, depolaryzacja błony może dochodzić do 1 mV, a rozprzestrzenianie się do wzgórza aksonalnego pochodzi z atenuacją, aby wygenerować impuls nerwowy, jednoczesny dopływ do neuronu jest wymagany przez pobudzające synapsy 40-80 impulsów nerwowych z innych neuronów i sumowanie tyle samo ipsp.
Ryc. 5. Sumaryczne i czasowe sumowanie neuronu EPSP; a - BSPP na pojedynczy bodziec; i - VPSP do wielokrotnej stymulacji od różnych doprowadzających; c - I-VPSP do częstej stymulacji przez pojedyncze włókno nerwowe
Jeśli w tym czasie pewna ilość impulsów nerwowych dotrze do neuronu za pośrednictwem synaps hamujących, wówczas będzie możliwa jego aktywacja i wytworzenie odpowiedzi na impuls nerwowy, jednocześnie zwiększając przepływ sygnałów przez synapsy pobudzające. W warunkach, w których sygnały pochodzące z synaps hamujących powodują hiperpolaryzację błony neuronu, równą lub większą niż depolaryzacja wywołana sygnałami pochodzącymi z synaps pobudzających, depolaryzacja błony aksonów nie będzie w stanie wygenerować impulsów nerwowych i stać się nieaktywnymi.
Neuron wykonuje także tymczasowe sumowanie sygnałów EPSP i TPPS, które docierają do niego niemal jednocześnie (patrz ryc. 5). Zmiany potencjalnej różnicy powodowanej przez nie w obszarach blisko-synaptycznych można również zsumować algebraicznie, co nazywa się podsumowaniem tymczasowym.
Zatem każdy impuls nerwowy generowany przez neuron, jak również okres ciszy neuronu, zawiera informacje z wielu innych komórek nerwowych. Zazwyczaj im większa częstotliwość sygnałów z innych komórek do neuronu, tym częściej generuje on impulsy nerwowe odpowiedzi wysyłane przez akson do innych komórek nerwowych lub efektorowych.
Ze względu na fakt, że kanały sodowe istnieją w błonie ciała neuronu, a nawet w jego dendrytach (choć w niewielkiej liczbie), potencjał czynnościowy, który powstał na membranie kopca aksonów, może rozciągać się na ciało i pewną część dendrytów neuronów. Znaczenie tego zjawiska nie jest wystarczająco jasne, ale zakłada się, że potencjalny efekt rozprzestrzeniania się chwilowo wygładza wszystkie lokalne prądy na membranie, niweluje potencjały i przyczynia się do bardziej efektywnego postrzegania przez neuron nowych informacji.
Receptory molekularne biorą udział w transformacji i integracji sygnałów docierających do neuronu. Jednocześnie ich pobudzenie przez cząsteczki sygnałowe może, poprzez inicjację (przez białka G, drugie mediatory), zainicjować zmiany w stanie kanałów jonowych, transformację postrzeganych sygnałów w oscylacje potencjalnych różnic w błonie neuronu, sumowanie i tworzenie odpowiedzi neuronów w postaci generowania lub hamowania impulsów nerwowych.
Transformacji sygnałów przez metabotropowe receptory molekularne neuronu towarzyszy ich odpowiedź w postaci wyzwalania kaskady transformacji wewnątrzkomórkowych. Reakcją neuronu w tym przypadku może być przyspieszenie ogólnego metabolizmu, zwiększenie powstawania ATP, bez którego niemożliwe jest zwiększenie jego aktywności funkcjonalnej. Wykorzystując te mechanizmy, neuron integruje odbierane sygnały, aby poprawić efektywność własnej aktywności.
Wewnątrzkomórkowe transformacje w neuronie, inicjowane przez odbierane sygnały, często prowadzą do wzrostu syntezy cząsteczek białka, które w neuronie działają jako receptory, kanały jonowe i nośniki. Zwiększając ich liczbę, neuron dostosowuje się do charakteru nadchodzących sygnałów, zwiększając wrażliwość na bardziej znaczące i osłabiając - do mniej znaczących.
Uzyskiwaniu pewnej liczby sygnałów przez neuron może towarzyszyć ekspresja lub represja niektórych genów, na przykład kontrolowanie syntezy neuromodulatorów peptydowych. Ponieważ są one dostarczane do końcówek aksonu neuronu i są wykorzystywane w nich do wzmocnienia lub osłabienia działania jego neuroprzekaźników na inne neurony, neuron, w odpowiedzi na sygnały otrzymane przez niego, może mieć silniejszy lub słabszy wpływ na inne komórki nerwowe, które kontroluje. Biorąc pod uwagę, że modulujące działanie neuropeptydów może trwać przez długi czas, wpływ neuronu na inne komórki nerwowe może również trwać przez długi czas.
Dzięki temu, dzięki zdolności do integracji różnych sygnałów, neuron może reagować na nie subtelnie w szerokim zakresie odpowiedzi, umożliwiając skuteczne dostosowanie się do charakteru nadchodzących sygnałów i wykorzystanie ich do regulacji funkcji innych komórek.
Obwody neuronowe
Neurony OUN oddziałują ze sobą tworząc różne synapsy w miejscu kontaktu. Uzyskane świadczenia socjalne wielokrotnie zwiększają funkcjonalność układu nerwowego. Najbardziej powszechne obwody neuronowe obejmują: lokalne, hierarchiczne, zbieżne i rozbieżne układy nerwowe z jednym wejściem (rys. 6).
Lokalne obwody neuronalne są tworzone przez dwa lub więcej neuronów. W takim przypadku jeden z neuronów (1) przekaże swój akson do boku neuronu (2), tworząc aksosomatyczną synapsę na swoim ciele, a drugi - tworząc synapsę na ciele pierwszego neuronu z aksonem. Lokalne sieci neuronowe mogą funkcjonować jako pułapki, w których impulsy nerwowe są w stanie krążyć przez długi czas w okręgu utworzonym przez kilka neuronów.
Możliwość długotrwałego krążenia fali pobudzenia (impulsu nerwowego), która powstała raz z powodu transmisji do struktury pierścieniowej, eksperymentalnie pokazała profesora I.A. Vetokhin w eksperymentach na pierścieniu nerwowym meduzy.
Okrągły obieg impulsów nerwowych wzdłuż lokalnych obwodów neuronalnych pełni funkcję transformacji rytmu pobudzeń, zapewnia możliwość przedłużonego wzbudzania ośrodków nerwowych po ustaniu sygnałów i bierze udział w mechanizmach przechowywania przychodzących informacji.
Lokalne łańcuchy mogą również wykonywać funkcję hamowania. Przykładem tego jest nawracające hamowanie, które jest realizowane w najprostszym lokalnym łańcuchu nerwowym rdzenia kręgowego, utworzonym przez motoneuron a komórkę Renshawa.
Ryc. 6. Najprostsze obwody nerwowe ośrodkowego układu nerwowego. Opis w tekście
W tym przypadku wzbudzenie, które powstało w neuronie ruchowym, rozprzestrzenia się wzdłuż gałęzi aksonu, aktywuje komórkę Renshaw, która hamuje neuron ruchowy.
Łańcuchy zbieżne są tworzone przez kilka neuronów, z których jeden (zazwyczaj eferentny) zbiegają się lub zbiegają aksony szeregu innych komórek. Takie łańcuchy są szeroko rozpowszechnione w ośrodkowym układzie nerwowym. Na przykład, neurony piramidalne pierwotnej kory ruchowej zbiegają się z aksonami wielu neuronów w wrażliwych polach kory. Na neuronach motorycznych rogów brzusznych rdzenia kręgowego zbiegają się aksony tysięcy wrażliwych i interkalowanych neuronów o różnych poziomach CNS. Zbieżne łańcuchy odgrywają ważną rolę w integracji sygnałów z neuronami odprowadzającymi i koordynowaniu procesów fizjologicznych.
Rozbieżne łańcuchy z jednym wejściem są tworzone przez neuron z odgałęzionym aksonem, z którego każdy z gałęzi tworzy synapsę z inną komórką nerwową. Obwody te realizują funkcje równoczesnej transmisji sygnałów z jednego neuronu do wielu innych neuronów. Osiąga się to przez silne rozgałęzianie (tworzenie kilku tysięcy gałązek) aksonu. Takie neurony często znajdują się w jądrach siatkowatego tworzenia pnia mózgu. Zapewniają one szybki wzrost pobudliwości licznych części mózgu i mobilizację jego rezerw funkcjonalnych.