Na niewyczerpane możliwości naszego mózgu napisał góry literatury. Potrafi przetworzyć ogromną ilość informacji, których nie mogą zrobić nawet nowoczesne komputery. Ponadto mózg w normalnych warunkach działa bez przerwy przez 70–80 lat lub dłużej. I co roku wzrasta czas jego życia, a tym samym życie osoby wzrasta.

Skuteczna praca tego najważniejszego i pod wieloma względami tajemniczego organu jest zapewniana głównie przez dwa typy komórek: neurony i glej. To neurony są odpowiedzialne za otrzymywanie i przetwarzanie informacji, pamięci, uwagi, myślenia, wyobraźni i kreatywności.

Neuron i jego struktura

Często słyszysz, 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.

Jaka jest komórka nerwowa

Neuron, jak każda żywa komórka, składa się z jądra i ciała komórkowego, które nazywa się soma. Wielkość samej komórki jest mikroskopijna - od 3 do 100 mikronów. Nie uniemożliwia to jednak neuronowi bycia prawdziwym repozytorium różnych informacji. Każda komórka nerwowa zawiera kompletny zestaw genów - instrukcje produkcji białek. Niektóre białka biorą udział w przekazywaniu informacji, inne tworzą powłokę ochronną wokół samej komórki, inne uczestniczą w procesach pamięci, po czwarte zapewniają zmianę nastroju itp.

Nawet mała awaria jednego z programów produkcji niektórych białek może prowadzić do poważnych konsekwencji, choroby, zaburzeń psychicznych, demencji itp.

Każdy neuron jest otoczony ochronną osłoną komórek glejowych, dosłownie wypełniają całą przestrzeń międzykomórkową i stanowią 40% substancji mózgu. Glej lub kolekcja komórek glejowych spełnia bardzo ważne funkcje: chroni neurony przed niekorzystnymi wpływami zewnętrznymi, dostarcza składniki odżywcze do komórek nerwowych i usuwa ich produkty przemiany materii.

Komórki glejowe chronią zdrowie i integralność neuronów, dlatego nie pozwalają wielu obcym substancjom chemicznym dostać się do komórek nerwowych. W tym leki. Dlatego skuteczność różnych leków mających na celu wzmocnienie aktywności mózgu jest całkowicie nieprzewidywalna i działają one inaczej na każdą osobę.

Dendryty i aksony

Pomimo złożoności neuronu, sam w sobie nie odgrywa znaczącej roli w mózgu. Nasza aktywność nerwowa, w tym aktywność umysłowa, jest wynikiem interakcji wielu neuronów wymieniających sygnały. Odbieranie i przesyłanie tych sygnałów, a dokładniej, słabe impulsy elektryczne występują przy pomocy 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 jak nadajnik sygnału działa akson. To włókno w neuronie jest tylko jedno, ale może osiągnąć długość do 1,5 metra. Łącząc się za pomocą aksonów i dendrytów, komórki nerwowe tworzą całe sieci neuronowe. A im bardziej skomplikowany jest system wzajemnych relacji, tym trudniejsza jest nasza aktywność umysłowa.

Praca z neuronem

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 dendrytu drugiej nie są połączone, między nimi jest przestrzeń wypełniona substancją międzykomórkową. Jest to tak zwana szczelina synaptyczna i nie może pokonać jej sygnału. Wyobraź sobie, że dwie osoby wyciągają do siebie ramiona i nie wyciągają do siebie zbyt wiele.

Ten problem rozwiązuje po prostu neuron. Pod wpływem słabego prądu elektrycznego zachodzi reakcja elektrochemiczna i powstaje cząsteczka białka - neuroprzekaźnik. Ta cząsteczka i pokrywa się ze szczeliną synaptyczną, stając się swego rodzaju mostkiem dla sygnału. Neuroprzekaźniki pełnią jeszcze jedną funkcję - łączą neurony, a im częściej sygnał przemieszcza się wzdłuż tego obwodu nerwowego, tym silniejsze jest to połączenie. Wyobraź sobie bród po drugiej stronie rzeki. Przechodząc przez nią, człowiek 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 przepływu impulsów nerwowych - sygnał wzdłuż obwodu neuronu porusza się z prędkością 360 km / h lub 100 m / s. Możesz obliczyć, ile czasu sygnał z 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, gdzie oddziałują na centralny układ nerwowy. Neurony znajdują się we wszystkich narządach naszego ciała, w mięśniach i wiązadłach na powierzchni skóry. Szczególnie dużo z nich w receptorach, czyli zmysły. Rozległa sieć komórek nerwowych, które przenikają całe ciało ludzkie, jest obwodowym układem nerwowym, który pełni funkcje równie ważne jak centralny. Różnorodność neuronów jest podzielona na trzy główne grupy:

• Neurony Affectora otrzymują informacje z narządów zmysłów iw 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 części słuchowej mózgu, zapachów - do węchu, światła - do obrazu itp.
• Neurony pośrednie lub interkalarne przetwarzają informacje otrzymane od afektorów. Po ocenie informacji neurony pośrednie sterują narządami zmysłów i mięśniami znajdującymi się na obrzeżach naszego ciała.
• Neurony efektorowe lub efektorowe przekazują to polecenie ze związku pośredniego w postaci impulsu nerwowego do narządów, mięśni itp.

Najtrudniejsza i najmniej zrozumiała jest praca neuronów pośrednich. 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. A jak błyskawiczna wymiana impulsów nerwowych między neuronami zamienia się w żywe obrazy, fantastyczne wątki, genialne odkrycia lub tylko refleksje w ciężki poniedziałek? To jest główny sekret mózgu, do którego naukowcy nawet się nie zbliżyli.

Jedyną rzeczą, która była w stanie odkryć, że różne rodzaje aktywności umysłowej są związane z aktywnością różnych grup neuronów. Marzenia o przyszłości, zapamiętywanie wiersza, postrzeganie ukochanej osoby, myślenie o zakupach - wszystko to odbija się w naszym mózgu jako błyski aktywności komórek nerwowych w różnych punktach kory mózgowej.

Funkcje neuronowe

Biorąc pod uwagę, że neurony zapewniają funkcjonowanie wszystkich układów ciała, funkcje komórek nerwowych muszą być bardzo zróżnicowane. Ponadto nadal nie są w pełni zrozumiane. Wśród wielu różnych klasyfikacji tych funkcji, wybierzemy tę, która jest najbardziej zrozumiała i zbliżona do problemów nauki psychologicznej.

Funkcja transferu informacji

Jest to główna funkcja neuronów, z którymi połączone są inne, choć nie mniej istotne. Ta sama funkcja jest najbardziej badana. Wszystkie zewnętrzne sygnały do ​​narządów wchodzą do mózgu, gdzie są przetwarzane. Następnie, w wyniku sprzężenia zwrotnego, w postaci impulsów rozkazowych, są one przekazywane przez odprowadzające włókna nerwowe z powrotem do organów czuciowych, 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 każdy z nich może mieć do 10 tysięcy połączeń. W połowie XX wieku cybernetyka próbowała stworzyć komputer elektroniczny działający na zasadzie ludzkiego mózgu. Ale się nie udało - procesy zachodzące w ośrodkowym układzie nerwowym okazały się zbyt skomplikowane.

Funkcja zachowania doświadczenia

Neurony są odpowiedzialne za to, co nazywamy pamięcią. Dokładniej, jak odkryli neurofizjolodzy, zachowanie śladów sygnałów przechodzących przez obwody nerwowe jest swoistym produktem ubocznym aktywności mózgu. Podstawą pamięci są 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 nastąpi zniszczenie połączeń nerwowych, wówczas osoba może częściowo utracić pamięć.

Funkcja integracyjna

To interakcja między różnymi częściami mózgu. Natychmiastowe „błyski” przesyłanych i odbieranych sygnałów, gorących punktów w korze mózgu - to narodziny obrazów, uczuć i myśli. Złożone połączenia neuronowe łączące między sobą różne części kory mózgowej i penetrujące do strefy podkorowej są produktem naszej aktywności umysłowej. Im więcej takich połączeń powstaje, tym lepsza pamięć i bardziej produktywne myślenie. To znaczy, im więcej myślimy, tym stajemy się mądrzejsi.

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 „pomost” 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:

• Norepinefryna, czasami określana jako wściekłość lub hormon stresu. Tonizuje ciało, poprawia wydajność, przyspiesza bicie serca i przygotowuje ciało do natychmiastowego działania w celu odparcia niebezpieczeństwa.
• Dopamina jest głównym tonikiem 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 nastroju”, chociaż nie wpływa ona na aktywność fizyczną.
• Glutaminian jest nadajnikiem niezbędnym do funkcjonowania pamięci, bez którego długoterminowe 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 organizmu. A jeśli pojawią się jakiekolwiek problemy z produkcją tych cząsteczek białka, 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 produkowana wystarczająco, może wystąpić bardzo nieprzyjemna choroba Alzheimera, której towarzyszy otępienie.

Tworzenie się neuronów w mózgu rozpoczyna się jeszcze przed narodzinami osoby, a podczas całego okresu dojrzewania dochodzi do aktywnej formacji i komplikacji połączeń nerwowych. Przez długi czas wierzono, że u osoby dorosłej nowe komórki nerwowe nie mogą się pojawić, ale proces ich wyginięcia jest nieunikniony. Dlatego rozwój umysłowy osobowości jest możliwy tylko z powodu komplikacji połączeń nerwowych. A potem w podeszłym wieku wszyscy skazani są na spadek zdolności umysłowych.

Jednak ostatnie badania obaliły tę pesymistyczną prognozę. Szwajcarscy naukowcy udowodnili, że istnieje region mózgu odpowiedzialny za narodziny nowych neuronów. To hipokamp, ​​produkuje do 1400 nowych komórek nerwowych dziennie. I wszystko, co musisz zrobić, to aktywniej włączyć je w pracę mózgu, odbierać 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 elementem strukturalnym układu nerwowego. Struktura tkanki nerwowej obejmuje wysoko wyspecjalizowane komórki nerwowe - neurony i komórki nerwowe, które pełnią funkcje podtrzymujące, wydzielnicze i ochronne.

Neuron jest główną strukturalną i funkcjonalną jednostką tkanki nerwowej. Te komórki są w stanie odbierać, przetwarzać, kodować, przesyłać i przechowywać informacje, nawiązywać kontakty z innymi komórkami. Unikalne cechy neuronu to zdolność do generowania wyładowań bioelektrycznych (impulsów) i przesyłania informacji wzdłuż procesów z jednej komórki do drugiej za pomocą wyspecjalizowanych zakończeń - synaps.

Funkcje neuronu są promowane przez syntezę w jego aksuplazmie substancji transmisyjnych - neuroprzekaźników: acetylocholiny, katecholamin itp.

Zbliża się liczba neuronów mózgowych 10 11. Na jednym neuronie może istnieć do 10 000 synaps. Jeśli te elementy są uważane za komórki przechowywania informacji, można stwierdzić, że układ nerwowy może przechowywać 10 19 jednostek. informacje, tj. w stanie pomieścić prawie całą wiedzę zgromadzoną przez ludzkość. Dlatego idea, że ​​mózg ludzki podczas życia pamięta wszystko, co dzieje się w ciele i podczas jego komunikacji ze środowiskiem jest całkiem rozsądna. Jednak mózg nie może pobrać z pamięci wszystkich informacji, które są w nim przechowywane.

Pewne typy organizacji neuronalnych 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 wyrostków z komórki, procesów) istnieją neurony unipolarne (z jednym procesem), bipolarne (z dwoma procesami) i wielobiegunowe (z wieloma procesami).

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.

Neurony doprowadzające należą do unipolarnych, ich ciała leżą w zwojach rdzeniowych. Wzrost ciała w kształcie litery T jest podzielony na dwie gałęzie, z których jedna trafia do centralnego układu nerwowego i działa jak akson, a druga zbliża się do receptorów i jest długim dendrytem.

Większość neuronów eferentnych i interkalarnych należy do wielobiegunowych (ryc. 1). Wielobiegunowe neurony interkalarne są zlokalizowane w dużych ilościach w tylnych rogach rdzenia kręgowego, jak również we wszystkich innych częściach OUN. Mogą być również bipolarne, na przykład neurony siatkówki z krótkim rozgałęzionym dendrytem i długim aksonem. Motoneurony znajdują się głównie w przednich rogach rdzenia kręgowego.

Rys. 1. Struktura komórki nerwowej:

1 - mikrotubule; 2 - długi proces komórki nerwowej (akson); 3 - retikulum endoplazmatyczne; 4-rdzeniowy; 5 - neuroplazm; 6 - dendryty; 7 - mitochondria; 8 - jąderko; 9 - osłonka mielinowa; 10 - Interception Ranvie; 11 - koniec aksonu

Neuroglia

Neuroglia, czyli glej, jest zbiorem komórkowych elementów tkanki nerwowej tworzonych przez wyspecjalizowane komórki o różnych kształtach.

Został odkryty przez R. Virkhova i nazwany przez niego neuroglia, co oznacza „nerwowy klej”. Komórki neurogenne wypełniają przestrzeń między neuronami, stanowiąc 40% objętości mózgu. Komórki glejowe są 3-4 razy mniejsze niż komórki nerwowe; ich liczba w centralnym układzie nerwowym ssaków sięga 140 miliardów, a wraz z wiekiem liczba neuronów u ludzi w mózgu zmniejsza się, a liczba komórek glejowych wzrasta.

Ustalono, że neuroglia jest związana z metabolizmem w tkance nerwowej. Niektóre komórki neurogliów wydzielają substancje, które wpływają na stan pobudliwości neuronów. Należy zauważyć, że w różnych stanach psychicznych zmienia się wydzielanie tych komórek. Długotrwałe procesy śladowe w ośrodkowym układzie nerwowym są związane ze stanem funkcjonalnym neuroglia.

Rodzaje komórek glejowych

Z natury struktury komórek glejowych i ich lokalizacji w ośrodkowym układzie nerwowym znajdują się:

• astrocyty (astroglia);
• oligodendrocyty (oligodendroglia);
• komórki mikrogleju (mikroglej);
• Komórki Schwanna.

Komórki glejowe pełnią funkcje wspierające i ochronne dla neuronów. Są częścią struktury bariery krew-mózg. Astrocyty są najbardziej obfitymi komórkami glejowymi, które wypełniają przestrzenie między neuronami a pokrywającymi się synapsami. Zapobiegają rozprzestrzenianiu się neuroprzekaźników dyfundujących z szczeliny synaptycznej do OUN. W błonach cytoplazmatycznych astrocytów znajdują się receptory neuroprzekaźników, których aktywacja może powodować wahania różnic potencjału błonowego i zmiany metabolizmu astrocytów.

Astrocyty ściśle otaczają 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 wchłaniania nadmiaru jonów K +, które mogą gromadzić się w przestrzeni międzykomórkowej podczas wysokiej aktywności neuronowej. W rejonach adhezji astrocytów tworzą się kanały styków szczelinowych, przez które astrocyty mogą wymieniać różne małe jony, a zwłaszcza jony K +. Zatem astrocyty, absorbując nadmiar jonów K + z płynu śródmiąższowego, zapobiegają wzrostowi pobudliwości neuronów i tworzeniu ognisk zwiększonej aktywności neuronalnej. Pojawieniu się takich ognisk w ludzkim mózgu może towarzyszyć fakt, że ich neurony generują szereg impulsów nerwowych, zwanych wyładowaniami konwulsyjnymi.

Astrocyty biorą udział w usuwaniu i niszczeniu neuroprzekaźników wchodzących do przestrzeni pozasynaptycznych. W ten sposób zapobiegają gromadzeniu się neuroprzekaźników w przestrzeniach neuronalnych, co może prowadzić do dysfunkcji mózgu.

Neurony i astrocyty są oddzielone szczelinami międzykomórkowymi 15-20 mikronów, zwanymi przestrzenią śródmiąższową. Przestrzenie śródmiąższowe 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 interfejsów między tkanką nerwową a naczyniami mózgu, 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 ośrodkowym układzie nerwowym. Komórki te są również zlokalizowane w pobliżu ciał neuronów, ale znaczenie funkcjonalne 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 rozpoznawalne morfologicznie komórki mikrogleju. W związku z tym uważa się, że najważniejszą funkcją mikrogleju jest ochrona mózgu. Wykazano, że gdy tkanka nerwowa jest uszkodzona, liczba komórek fagocytarnych w niej wzrasta z powodu makrofagów krwi i aktywacji właściwości fagocytarnych mikrogleju. Usuwają martwe neurony, komórki glejowe i ich elementy strukturalne, fagocytujące obce cząstki.

Komórki Schwanna tworzą osłonkę mielinową włókien nerwów obwodowych poza OUN. Błona tej komórki jest wielokrotnie owinięta wokół włókna nerwowego, a grubość powstałej osłonki mielinowej może przekraczać średnicę włókna nerwowego. Długość mielinowanych obszarów włókna nerwowego wynosi 1-3 mm. W przerwach między nimi (przechwycenia Ranviera) włókno nerwowe pozostaje zakryte tylko przez błonę powierzchniową, która ma pobudliwość.

Jedną z najważniejszych właściwości mieliny jest jej wysoka odporność na prąd elektryczny. Wynika to z wysokiej zawartości sfingomieliny i innych fosfolipidów w mielinie, które nadają jej obecne właściwości izolacyjne. W obszarach pokrytych mieliną włókien nerwowych proces generowania impulsów nerwowych jest niemożliwy. Impulsy nerwowe są generowane tylko na błonie przechwytującej Ranviera, która zapewnia większą szybkość przewodzenia impulsów nerwowych do mielinowanych włókien nerwowych w porównaniu z błonami niemielinowanymi.

Wiadomo, że struktura mieliny może łatwo zostać zakłócona przez zakaźne, niedokrwienne, traumatyczne, toksyczne uszkodzenie układu nerwowego. Jednocześnie rozwija się proces demielinizacji włókien nerwowych. Szczególnie często demielinizacja rozwija się w stwardnieniu rozsianym. W wyniku demielinizacji zmniejsza się prędkość impulsów nerwowych wzdłuż włókien nerwowych, zmniejsza się szybkość dostarczania informacji do mózgu z receptorów i neuronów do organów wykonawczych. Może to prowadzić do upośledzenia wrażliwości sensorycznej, zaburzeń ruchu, regulacji funkcjonowania narządów wewnętrznych i innych poważnych konsekwencji.

Struktura i funkcja neuronów

Neuron (komórka nerwowa) jest strukturalną i funkcjonalną jednostką centralnego układu nerwowego.

Anatomiczna budowa i właściwości neuronu zapewniają spełnienie jego głównych funkcji: wdrożenie metabolizmu, wytwarzanie energii, postrzeganie różnych sygnałów i ich przetwarzanie, tworzenie lub udział w reakcjach odpowiedzi, generowanie i przewodzenie impulsów nerwowych, unifikacja neuronów w obwody nerwowe, które zapewniają zarówno najprostsze reakcje odruchowe, jak i i wyższe integracyjne funkcje mózgu.

Neurony składają się z ciała komórki nerwowej i procesów aksonu i dendrytów.

Rys. 2. Struktura neuronu

Komórka nerwowa ciała

Ciało (perikaryon, soma) neuronu i jego procesy są pokryte przez błonę neuronową. Membrana ciała komórki różni się od błony aksonu i dendrytów zawartością różnych kanałów jonowych, receptorów, obecności na nim synaps.

W ciele neuronu występuje neuroplazma i jądro ograniczone od niego przez błony, szorstką i gładką siateczkę endoplazmatyczną, aparat Golgiego i mitochondria. Chromosomy jądra 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 pełnią funkcje, gdy znajdują się w neuroplazmie, podczas gdy inne są zintegrowane z błonami organelli, somy i procesów neuronowych. Niektóre z nich, na przykład enzymy niezbędne do syntezy neuroprzekaźników, są transportowane przez transport aksonalny do terminala aksonów. W ciele komórkowym syntetyzowane są peptydy niezbędne do aktywności życiowej aksonów i dendrytów (na przykład czynników wzrostu). Dlatego, gdy ciało neuronu jest uszkodzone, jego procesy ulegają degeneracji i załamaniu. Jeśli ciało neuronu zostanie zachowane, a proces zostanie uszkodzony, następuje powolne jego odnowienie (regeneracja) i przywrócenie unerwienia odnowionych mięśni lub narządów.

Miejscem syntezy białek w ciałach neuronów jest szorstka retikulum endoplazmatyczne (granulki tygrysa lub ciała Nissla) lub wolne rybosomy. Ich zawartość w neuronach jest wyższa niż w komórkach glejowych lub innych komórkach ciała. W gładkiej retikulum endoplazmatycznym i aparacie Golgiego białka uzyskują wewnętrzną konformację przestrzenną, są sortowane i przesyłane do transportu przepływami do struktur ciała komórki, dendrytów lub aksonów.

W wielu neuronalnych mitochondriach, w wyniku procesów fosforylacji oksydacyjnej, powstaje ATP, którego energia jest wykorzystywana do utrzymania aktywności życiowej neuronu, pracy pomp jonowych i utrzymania asymetrii stężeń jonowych po obu stronach membrany. W konsekwencji 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 utworzone przez dendryty i komórki czuciowe pochodzenia nabłonkowego biorą udział w mechanizmach percepcji neuronów o różnych sygnałach. 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, natura rozgałęzień i ich wielkość zależą od liczby styków synaptycznych z innymi neuronami (ryc. 3). Na dendrytach neuronu znajdują się tysiące synaps utworzonych przez aksony lub dendryty innych neuronów.

Rys. 3. Synaptyczne kontakty interneyronu. Strzałki po lewej pokazują przybycie sygnałów aferentnych do dendrytów i ciała interneuronu, po prawej kierunek propagacji sygnałów odprowadzających interneuronu do innych neuronów.

Synapsy mogą być niejednorodne zarówno pod względem funkcji (hamujące, pobudzające), jak i typu stosowanego neuroprzekaźnika. Błona dendrytyczna biorąca udział w tworzeniu synaps jest ich błoną postsynaptyczną, która zawiera receptory (kanały jonowe zależne od ligandu) do neuroprzekaźnika stosowanego w tej synapsie.

Synapsy pobudzające (glutaminergiczne) znajdują się głównie na powierzchni dendrytów, gdzie występują wzniesienia lub wyrostki (1-2 μm), zwane kolcami. W błonie kręgosłupa znajdują się kanały, których przepuszczalność zależy od transbłonowej różnicy potencjałów. W cytoplazmie dendrytów w obszarze kolców znajdują się wtórne mediatory transdukcji sygnału wewnątrzkomórkowego, jak również rybosomy, na których syntetyzowane jest białko w odpowiedzi na nadejście sygnałów synaptycznych. Dokładna rola kolców pozostaje nieznana, ale oczywiste jest, że zwiększają one powierzchnię drzewa dendrytycznego, tworząc synapsy. Kolce są również strukturami neuronów do odbierania sygnałów wejściowych i ich przetwarzania. Dendryty i grzbiety zapewniają transfer informacji z peryferii do ciała neuronu. Membrana dendrytowa w obszarze koszenia jest spolaryzowana ze względu na asymetryczny rozkład jonów mineralnych, działanie pomp jonowych i obecność w niej kanałów jonowych. Właściwości te leżą u podstaw przekazywania informacji wzdłuż membrany w postaci lokalnych prądów kołowych (elektrotonicznych), które występują między membranami postsynaptycznymi a obszarami sąsiadującej z nimi membrany dendrytowej.

Gdy rozprzestrzeniają się przez membranę dendrytową, lokalne prądy są tłumione, ale są wystarczające, aby przekazywać sygnały do ​​dendrytycznych wejść synaptycznych do błony ciała neuronu. Potencjalnie zależne kanały sodowe i potasowe nie zostały jeszcze zidentyfikowane w membranie dendrytowej. Nie ma pobudliwości i zdolności do generowania potencjałów akcji. Wiadomo jednak, że potencjał działania na błonę kopca aksonalnego może się po niej rozprzestrzeniać. Mechanizm tego zjawiska jest nieznany.

Zakłada się, że dendryty i kolce są częścią struktur nerwowych zaangażowanych w mechanizmy pamięci. Liczba kolców jest szczególnie wysoka w dendrytach neuronów kory móżdżku, jąder podstawy i kory mózgowej. Obszar drzewa dendrytycznego i liczba synaps zmniejszają się w niektórych polach kory mózgowej osób starszych.

Neuron Axona

Akson to proces, w którym komórki nerwowe nie występują 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, następuje pogrubienie - kopiec aksonalny, pokryty błoną plazmatyczną, która wkrótce jest pokryta mieliną. Miejsce kopca aksonu odkryte przez mielinę nazywane jest początkowym segmentem. Aksony neuronów, aż do ich końcowych gałęzi, są pokryte osłonką mielinową, przerwaną przez przechwytywanie Ranviera - mikroskopijne nieżelowane obszary (około 1 mikrona).

W całym aksonie (włókno mielinowane i niemielinowane) jest pokryta dwuwarstwową błoną fosfolipidową z osadzonymi w niej cząsteczkami białka, które służą jako transport jonów, zależne od potencjału kanały jonowe itp. Białka są równomiernie rozmieszczone w błonie niezmielinizowanego włókna nerwowego, aw błonie mielinowanego włókna nerwowego znajdują się głównie w dziedzinie przechwytywania Ranvier. Ponieważ nie ma szorstkiej retikulum i rybosomów w aksoplazmie, jest oczywiste, że białka te są syntetyzowane w ciele neuronu i dostarczane do błony aksonalnej przez transport aksonalny.

Właściwości błony pokrywającej ciało i akson neuronu są różne. Ta różnica dotyczy przede wszystkim przepuszczalności membrany dla jonów mineralnych i wynika z zawartości różnych typów kanałów jonowych. Jeśli zawartość zależnych od ligandu kanałów jonowych (w tym błon postsynaptycznych) przeważa w błonie ciała i dendrytach neuronu, to w błonie aksonowej, zwłaszcza w obszarze przechwytywania Ranviera, występuje duża gęstość zależnych od napięcia kanałów sodowych i potasowych.

Najmniejsza polaryzacja (około 30 mV) ma błonę początkowego segmentu aksonu. W obszarach aksonu bardziej odległych od ciała komórki wielkość potencjału transmembranowego wynosi około 70 mV. Niska wartość polaryzacji błony początkowego segmentu aksonu określa, że ​​w tym obszarze błona neuronu ma największą pobudliwość. To tutaj potencjały postsynaptyczne, które występują na membranie dendrytowej i ciele komórki w wyniku transformacji sygnałów informacyjnych do neuronu w synapsie, rozprzestrzeniają się przez błonę ciała neuronu przy użyciu lokalnych kołowych prądów elektrycznych. Jeśli prądy te powodują depolaryzację membrany kopca aksonu do poziomu krytycznego (E_do), wtedy neuron zareaguje na nadchodzące sygnały z innych komórek nerwowych, generując swój potencjał działania (impuls nerwowy). Wynikowy impuls nerwowy jest dalej przeprowadzany wzdłuż aksonu do innych komórek nerwowych, mięśniowych lub gruczołowych.

Na błonie początkowego segmentu aksonu znajdują się kolce, na których powstają GABA-ergiczne synapsy hamulcowe. Odbiór sygnałów wzdłuż tych synaps z innych neuronów może zapobiec generowaniu impulsów nerwowych.

Klasyfikacja i typy neuronów

Klasyfikacja neuronów jest przeprowadzana zarówno przez cechy morfologiczne, jak i funkcjonalne.

Poprzez liczbę procesów rozróżnia się neurony wielobiegunowe, bipolarne i pseudounipolarne.

Z natury połączeń z innymi komórkami i funkcją, którą wykonują, rozróżnia się neurony czuciowe, interkalacyjne i ruchowe. Neurony czuciowe są również nazywane neuronami aferentnymi, a ich procesy są dośrodkowe. Neurony, które pełnią funkcję transmisji sygnału między komórkami nerwowymi, nazywane są interkalowanymi lub asocjacyjnymi. Neurony, których aksony tworzą synapsy na komórkach efektorowych (mięśniowych, gruczołowych), określane są jako motoryczne lub eferentne, a ich aksony nazywane są odśrodkowymi.

Neutralne (wrażliwe) neurony odbierają informacje przez receptory czuciowe, przekształcają je w impulsy nerwowe i prowadzą do ośrodków nerwowych mózgu i rdzenia kręgowego. Ciała wrażliwych neuronów znajdują się w zwojach kręgosłupa i czaszki. Są to pseudo-unipolarne neurony, których akson i dendryt odchodzą od ciała neuronu razem, a następnie oddzielają się. Dendryt przechodzi na obwód do narządów i tkanek w składzie nerwów czuciowych lub mieszanych, a akson w składzie korzeni tylnych jest zawarty w rogach grzbietowych rdzenia kręgowego lub w składzie nerwów czaszkowych w mózgu.

Wstawione lub asocjacyjne neurony wykonują funkcje przetwarzania przychodzących informacji, aw szczególności zapewniają zamknięcie łuków odruchowych. Ciała tych neuronów znajdują się w istocie szarej mózgu i rdzenia kręgowego.

Neurony eferentne pełnią również funkcję przetwarzania informacji przychodzących i przekazywania eferentnych impulsów nerwowych z mózgu i rdzenia kręgowego do komórek organów wykonawczych (efektorowych).

Aktywność integracyjna neuronów

Każdy neuron otrzymuje ogromną liczbę sygnałów poprzez liczne synapsy zlokalizowane 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 utworzyć odpowiedź na jednoczesne nadejście wielu sygnałów, neuron musi być w stanie je zintegrować.

Zestaw procesów, które zapewniają przetwarzanie sygnałów przychodzących i tworzenie na nie odpowiedzi neuronowej, jest włączony w koncepcję aktywności integracyjnej neuronu.

Percepcja i przetwarzanie sygnałów docierających do neuronu odbywa się przy udziale dendrytów, ciała komórki i kopca aksonu neuronu (ryc. 4).

Rys. 4. Integracja sygnałów neuronowych.

Jednym z wariantów ich przetwarzania i integracji (sumowania) jest transformacja synaps i sumowanie potencjałów postsynaptycznych na błonie ciała i procesach neuronu. Postrzegane sygnały są przekształcane w synapsach na oscylację różnicy potencjałów błony postsynaptycznej (potencjały postsynaptyczne). W zależności od typu synapsy, odbierany sygnał można przekształcić w małą (0,5-1,0 mV) depolaryzującą zmianę różnicy potencjałów (EPSP - synapsy są pokazane na diagramie jako lekkie koła) lub hiperpolaryzacją (TPPS - synapsy są pokazane jako czarne na diagramie koła). Wiele sygnałów może jednocześnie docierać 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 w poprzek błony neuronowej w kierunku pagórka aksonu w postaci fal depolaryzacji (w schemacie białym) i hiperpolaryzacji (w schemacie czarnym), nakładających się na siebie (szare obszary). W tej superpozycji amplitudy fal w jednym kierunku są sumowane, podczas gdy przeciwległe są zmniejszane (wygładzane). Takie algebraiczne sumowanie różnicy potencjałów na membranie nazywane jest sumowaniem przestrzennym (rys. 4 i 5). Wynikiem tego sumowania może być depolaryzacja błony kopca aksonu 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).

W celu przesunięcia różnicy potencjałów błony kopca aksonu (około 30 mV) do E_do, musi być depolaryzowany do 10-20 mV. Doprowadzi to do odkrycia obecnych w nim potencjalnie zależnych kanałów sodowych i generowania impulsów nerwowych. Ponieważ kiedy PD przybywa i przekształca się w EPSP, depolaryzacja błony może osiągnąć do 1 mV, a rozprzestrzenianie się na wzgórze aksonalne jest związane z tłumieniem, aby wygenerować impuls nerwowy, wymagany jest jednoczesny napływ do neuronu przez synapsy pobudzające 40-80 impulsów nerwowych z innych neuronów i sumowanie ten sam numer ipsp.

Rys. 5. Przestrzenne i czasowe sumowanie neuronu EPSP; a - BSPP na pojedynczy bodziec; oraz - VPSP do wielokrotnej stymulacji z różnych doprowadzających; c - I-VPSP do częstej stymulacji przez pojedyncze włókno nerwowe

Jeśli w tym czasie pewna ilość impulsów nerwowych dotrze do neuronu przez synapsy hamujące, to jego aktywacja i wygenerowanie impulsu nerwowego odpowiedzi będzie możliwe przy jednoczesnym zwiększeniu przepływu sygnałów przez synapsy pobudzające. W warunkach, gdy sygnały pochodzące z synaps hamujących powodują hiperpolaryzację błony neuronu, równą lub większą niż depolaryzacja spowodowana sygnałami pochodzącymi z synaps pobudzających, depolaryzacja błony kopca aksonu nie będzie możliwa do wygenerowania impulsów nerwowych i stanie się nieaktywna.

Neuron wykonuje również tymczasowe sumowanie sygnałów EPSP i TPPS docierających do niego niemal równocześnie (patrz rys. 5). Zmiany różnicy potencjałów powodowane przez nie w obszarach blisko synaptycznych można również sumować algebraicznie, co nazywamy sumowaniem tymczasowym.

Zatem każdy impuls nerwowy generowany przez neuron, a także okres ciszy neuronu, zawiera informacje z wielu innych komórek nerwowych. Zazwyczaj im wyższa 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 działania, który powstał na membranie kopca aksonu, może rozciągać się na ciało i część neuronów dendrytów. Znaczenie tego zjawiska nie jest wystarczająco jasne, ale zakłada się, że potencjał działania rozprzestrzeniającego się chwilowo wygładza wszystkie lokalne prądy na membranie, unieważnia 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 stymulacja przez molekuły sygnałowe może, poprzez inicjację (przez białka G, drugie mediatory), zainicjować zmiany w stanie kanałów jonowych, przekształcenie postrzeganych sygnałów w oscylacje potencjalnych różnic w błonie neuronu, sumowanie i tworzenie odpowiedzi neuronowej w postaci generowania lub hamowania impulsów nerwowych.

Transformacji sygnałów przez metabotropowe molekularne receptory neuronu towarzyszy jego odpowiedź w postaci wywołania kaskady transformacji wewnątrzkomórkowych. Odpowiedź neuronu w tym przypadku może być przyspieszeniem ogólnego metabolizmu, wzrostem tworzenia ATP, bez którego niemożliwe jest zwiększenie jego aktywności funkcjonalnej. Wykorzystując te mechanizmy, neuron integruje otrzymane sygnały, aby poprawić efektywność własnej aktywności.

Wewnątrzkomórkowe transformacje w neuronie, inicjowane przez odbierane sygnały, często prowadzą do zwiększenia syntezy cząsteczek białka, które w neuronie działają jako receptory, kanały jonowe i nośniki. Zwiększając ich liczbę, neuron dostosowuje się do natury napływających sygnałów, zwiększając wrażliwość na bardziej znaczące i osłabiając - na mniej istotne.

Uzyskaniu pewnej liczby sygnałów przez neuron może towarzyszyć ekspresja lub represja niektórych genów, na przykład kontrolowanie syntezy neuromodulatorów peptydowych. Ponieważ są one dostarczane do końców aksonów neuronu i wykorzystywane w nich do wzmacniania lub osłabiania działania swoich neuroprzekaźników na inne neurony, neuron, w odpowiedzi na odbierane przez niego sygnały, może mieć silniejszy lub słabszy wpływ na inne kontrolowane komórki nerwowe. Biorąc pod uwagę, że modulujący wpływ neuropeptydów może trwać przez długi czas, wpływ neuronu na inne komórki nerwowe może również trwać przez długi czas.

Dzięki temu, dzięki możliwości integracji różnych sygnałów, neuron może reagować na nie subtelnie dzięki szerokiemu zakresowi odpowiedzi, umożliwiając mu skuteczne dostosowanie się do natury odbieranych sygnałów i wykorzystanie ich do regulacji funkcji innych komórek.

Obwody neuronowe

Neurony OUN oddziałują ze sobą, tworząc różne synapsy w miejscu kontaktu. Wynikające z tego neuronalne emerytury wielokrotnie zwiększają funkcjonalność układu nerwowego. Do najczęstszych obwodów neuronowych należą: obwody neuronowe lokalne, hierarchiczne, zbieżne i rozbieżne z jednym wejściem (rys. 6).

Lokalne obwody nerwowe tworzą dwa lub więcej neuronów. W tym przypadku jeden z neuronów (1) da swojemu aksonowi zabezpieczenie do neuronu (2), tworząc na jego ciele synapsę aksosomatyczną, a drugi - tworząc synapsę na ciele pierwszego neuronu za pomocą aksonu. Lokalne sieci neuronowe mogą funkcjonować jako pułapki, w których impulsy nerwowe mogą krążyć przez długi czas w okręgu utworzonym przez kilka neuronów.

Możliwość długotrwałego krążenia fali wzbudzenia (impulsu nerwowego), która powstała raz w wyniku transmisji do struktury pierścieniowej, eksperymentalnie pokazała profesor I.A. Vetokhin w eksperymentach na pierścieniu nerwowym meduzy.

Okrągły obieg impulsów nerwowych wzdłuż lokalnych obwodów nerwowych pełni funkcję przekształcania rytmu wzbudzeń, zapewnia możliwość przedłużonego pobudzenia ośrodków nerwowych po ustaniu sygnałów do nich i uczestniczy w mechanizmach przechowywania przychodzących informacji.

Lokalne łańcuchy mogą również spełniać funkcję hamowania. Przykładem tego jest powtarzające się hamowanie, które jest realizowane w najprostszym lokalnym łańcuchu nerwowym rdzenia kręgowego, utworzonym przez a-motoneuron i komórkę Renshawa.

Rys. 6. Najprostsze obwody nerwowe centralnego układu nerwowego. Opis w tekście

W tym przypadku wzbudzenie, które powstało w neuronie ruchowym, rozprzestrzenia się wzdłuż gałęzi aksonu, aktywuje komórkę Renshawa, która hamuje neuron a-motoryczny.

Zbieżne łańcuchy są tworzone przez kilka neuronów, z których jeden (zazwyczaj eferentny) zbiega się lub zbiega aksony wielu innych komórek. Takie łańcuchy są szeroko rozmieszczone w ośrodkowym układzie nerwowym. Na przykład neurony piramidowe kory pierwotnej kory zbiegają się z aksonami wielu neuronów w wrażliwych polach kory. Na neuronach ruchowych brzusznych rogów aksonów rdzenia kręgowego tysięcy wrażliwych i interkalowanych neuronów o różnych poziomach CNS zbiegają się. Zbieżne łańcuchy odgrywają ważną rolę w integrowaniu sygnałów z neuronami eferentnymi i koordynowaniu procesów fizjologicznych.

Rozbieżne łańcuchy z jednym wejściem są tworzone przez neuron z rozgałęziającym się aksonem, którego każda z gałęzi tworzy synapsę z inną komórką nerwową. Obwody te pełnią funkcje jednoczesnej transmisji sygnałów z jednego neuronu do wielu innych neuronów. Osiąga się to poprzez silne rozgałęzienie (tworzenie kilku tysięcy gałązek) aksonu. Takie neurony często znajdują się w jądrze siatkowatego formowania pnia mózgu. Zapewniają szybki wzrost pobudliwości wielu części mózgu i mobilizację jej rezerw funkcjonalnych.