Na nevyčerpateľných možnostiach našich literárnych horských literárnych hôr. Dokáže spracovať obrovské množstvo informácií, ktoré ani moderné počítače nemôžu robiť. Navyše, mozog v normálnych podmienkach funguje bez prerušenia 70-80 rokov alebo viac. A každý rok sa zvyšuje trvanie jeho života a tým aj život človeka.
Efektívna práca tohto najdôležitejšieho a v mnohých ohľadoch tajomných orgánov je poskytovaná hlavne dvomi typmi buniek: neurónov a gliál. Ide o neuróny, ktoré sú zodpovedné za prijímanie a spracúvanie informácií, pamäti, pozornosti, myslenia, predstavivosti a tvorivosti.
Neurón a jeho štruktúra
Často počujete, že duševné schopnosti človeka zaručujú prítomnosť šedej hmoty. Čo je to látka a prečo je šedá? Táto farba má mozgovú kôru pozostávajúcu z mikroskopických buniek. Ide o neuróny alebo nervové bunky, ktoré zabezpečujú fungovanie nášho mozgu a kontrolu celého ľudského tela.
Ako je nervová bunka
Neurón, podobne ako ktorákoľvek živá bunka, pozostáva z jadra a bunkového tela, ktoré sa nazývajú soma. Veľkosť samotnej bunky je mikroskopická - od 3 do 100 mikrónov. To však nebráni tomu, aby bol neurón skutočným repozitórom rôznych informácií. Každá nervová bunka obsahuje kompletnú sadu génov - inštrukcie na produkciu bielkovín. Niektoré z proteínov sú zapojené do prenosu informácií, iné vytvárajú ochrannú škrupinu okolo samotnej bunky, iné sa podieľajú na pamäťových procesoch, štvrté poskytujú zmenu nálady atď.
Dokonca aj malé zlyhanie v programe na výrobu niektorých bielkovín môže viesť k vážnym následkom, chorobám, duševným poruchám, demencii atď.
Každý neurón je obklopený ochranným plášťom gliových buniek, doslova naplní celý medzibunkový priestor a tvorí 40% substancie mozgu. Glia alebo kolekcia gliových buniek plní veľmi dôležité funkcie: chráni neuróny pred nepriaznivými vonkajšími vplyvmi, poskytuje živiny nervovým bunkám a odstraňuje ich metabolické produkty.
Gliálne bunky chránia zdravie a integritu neurónov, preto neumožňujú, aby sa do nervových buniek dostalo mnoho cudzích chemických látok. Vrátane liekov. Preto účinnosť rôznych liekov určených na posilnenie činnosti mozgu je úplne nepredvídateľná a každý človek koná inak.
Dendrity a axóny
Napriek zložitosti neurónu, sama o sebe nehraje významnú úlohu v mozgu. Naša nervová aktivita, vrátane duševnej aktivity, je výsledkom interakcie mnohých neurónov výmeny signálov. Prijímanie a prenos týchto signálov, presnejšie, slabé elektrické impulzy dochádza pomocou nervových vlákien.
Neurón má niekoľko krátkych (približne 1 mm) rozvetvených nervových vlákien - dendritov, ktoré boli pomenované z dôvodu ich podobnosti so stromom. Dendriti sú zodpovední za príjem signálov z iných nervových buniek. A ako signálny vysielač pôsobí axon. Toto vlákno v neuróne je len jedno, ale môže dosiahnuť dĺžku až 1,5 metra. Spojením pomocou axónov a dendritov vytvárajú nervové bunky celé neurónové siete. A čím komplexnejší je systém vzájomných vzťahov, tým ťažšie je naša duševná činnosť.
Neurónová práca
Základom najzložitejšej činnosti nášho nervového systému je výmena slabých elektrických impulzov medzi neurónmi. Problém však spočíva v tom, že na začiatku nie je spojený axon jednej nervovej bunky a dendrity druhej, medzi nimi je priestor naplnený intercelulárnou substanciou. Toto je takzvaná synaptická rozštiepa a nemôže prekonať svoj signál. Predstavte si, že dvaja ľudia si navzájom rozťahujú ruky a nedosahujú.
Tento problém je jednoducho riešený neurónom. Pod vplyvom slabého elektrického prúdu dochádza k elektrochemickej reakcii a vzniká molekula proteínu - neurotransmiter. Táto molekula prekrýva synaptickú medzeru a stáva sa takým druhom mosta pre signál. Neurotransmitery vykonávajú ďalšiu funkciu - spájajú neuróny a čím častejšie signál prechádza pozdĺž tohto nervového okruhu, tým silnejšie je toto spojenie. Predstavte si brodu cez rieku. Prechádzajúc cez to, človek hodí kameň do vody, a potom každý ďalší cestujúci robí to isté. Výsledkom je spoľahlivý a spoľahlivý prechod.
Takéto spojenie medzi neurónmi sa nazýva synapsa a hrá dôležitú úlohu v mozgovej aktivite. Predpokladá sa, že aj naša pamäť je výsledkom práce synapsí. Tieto spojenia poskytujú väčšiu rýchlosť prechodu nervových impulzov - signál pozdĺž reťazca neurónov sa pohybuje rýchlosťou 360 km / h alebo 100 m / s. Môžete vypočítať, ako dlho sa signál z prsta, ktorý ste náhodou pichol ihlou, dostal do mozgu. Existuje staré tajomstvo: "Čo je najrýchlejšia vec na svete?" Odpoveď: "Myšlienka." A bolo to veľmi jasné.
Druhy neurónov
Neuróny sú nielen v mozgu, kde interagujú, tvoria centrálny nervový systém. Neuróny sa nachádzajú vo všetkých orgánoch nášho tela, vo svaloch a väzy na povrchu kože. Zvlášť veľa z nich je v receptoroch, to znamená zmysly. Rozsiahla sieť nervových buniek, ktorá preniká celým ľudským telom, je periférny nervový systém, ktorý vykonáva funkcie také dôležité ako centrálna. Rozmanitosť neurónov je rozdelená do troch hlavných skupín:
- Affector neuróny dostávajú informácie od zmyslových orgánov a vo forme impulzov pozdĺž nervových vlákien dodávajú ich do mozgu. Tieto nervové bunky majú najdlhšie axóny, pretože ich telo je umiestnené v zodpovedajúcej časti mozgu. Existuje prísna špecializácia a zvukové signály smerujú výlučne do sluchovej časti mozgu, vonia - do čuchového, svetla - do vizuálneho atď.
- Intermediárne alebo interkvalitné neuróny spracúvajú informácie získané od affectors. Po vyhodnotení informácií stredné neuróny prikazujú zmyslovým orgánom a svalom nachádzajúcim sa na okraji nášho tela.
- Efektívne alebo efektorové neuróny vysielajú tento príkaz z medziproduktu vo forme nervového impulzu do orgánov, svalov atď.
Najťažšie a najmenej pochopiteľné je práca stredných neurónov. Sú zodpovedné nielen za reflexné reakcie, ako napríklad odoberanie ruky z horúcej panvice alebo blikanie svetlom. Tieto nervové bunky poskytujú také komplexné duševné procesy, ako sú myslenie, predstavivosť, tvorivosť. A ako sa okamžitá výmena nervových impulzov medzi neurónmi stáva živými obrazmi, fantastickými pozemkami, brilantnými objavmi alebo len odrazmi na tvrdom pondelok? Toto je hlavné tajomstvo mozgu, ku ktorému sa ani vedci nedokončili.
Jediná vec, ktorá dokázala zistiť, že rôzne typy duševných aktivít sú spojené s aktivitou rôznych skupín neurónov. Sny o budúcnosti, zapamätanie si básne, vnímanie milovaného človeka, premýšľanie o nákupoch - to všetko sa odráža v našom mozgu ako záblesky aktivity nervových buniek v rôznych bodoch mozgovej kôry.
Neurónové funkcie
Vzhľadom na to, že neuróny zabezpečujú fungovanie všetkých systémov tela, funkcie nervových buniek musia byť veľmi rozmanité. Okrem toho ešte nie sú úplne pochopené. Medzi mnohými rôznymi klasifikáciami týchto funkcií si vyberieme ten, ktorý je najrozumnejší a blízky problémom psychologickej vedy.
Funkcia prenosu informácií
Toto je hlavná funkcia neurónov, s ktorými sú spojené iné, hoci nie menej významné. Rovnaká funkcia je najviac študovaná. Všetky vonkajšie signály k orgánom vstupujú do mozgu, kde sú spracované. A potom, vďaka spätnej väzbe, vo forme impulzov príkazu, sú prenášané cez eferentné nervové vlákna naspäť do zmyslových orgánov, svalov atď.
Takýto konštantný pohyb informácií sa vyskytuje nielen na úrovni periférneho nervového systému, ale aj v mozgu. Spojenie medzi neurónmi, ktoré si vymieňajú informácie, tvoria neobvykle zložité neurónové siete. Predstavte si, že v mozgu je najmenej 30 miliárd neurónov a každý z nich môže mať až 10 tisíc spojení. V polovici 20. storočia sa kybernetika snažila vytvoriť elektronický počítač pracujúci na princípe ľudského mozgu. Ale neuspeli - procesy vyskytujúce sa v centrálnom nervovom systéme sa ukázali byť príliš komplikované.
Funkcia zachovania skúseností
Neuróny sú zodpovedné za to, čo nazývame pamäťou. Presnejšie, ako zistili neurofyziológovia, zachovanie stopových signálov prechádzajúcich cez neurónové obvody je zvláštnym vedľajším produktom mozgovej aktivity. Základom pamäti sú veľmi proteínové molekuly - neurotransmitery, ktoré vznikajú ako spojovací most medzi nervovými bunkami. Preto neexistuje špeciálna časť mozgu, ktorá by bola zodpovedná za ukladanie informácií. A ak dôjde v dôsledku zranenia alebo choroby ku zničeniu neurónových spojení, potom môže osoba čiastočne stratiť pamäť.
Integračná funkcia
Je to interakcia medzi rôznymi časťami mozgu. Okamžité blikanie vysielaných a prijímaných signálov, horúce škvrny v mozgovej kôre - to je zrod obrazov, pocitov a myšlienok. Komplexné neurálne spojenia, ktoré spájajú jednotlivé časti mozgovej kôry a prenikajú do subkortikálnej zóny, sú výsledkom našej duševnej činnosti. A čím viac takýchto spojení vzniká, tým lepšia je pamäť a produktívnejšie myslenie. To je v skutočnosti, čím viac si myslíme, tým sme inteligentnejší.
Funkcia produkcie bielkovín
Aktivita nervových buniek nie je obmedzená na informačné procesy. Neuróny sú skutočné bielkovinové továrne. Sú to isté neurotransmitery, ktoré nielen fungujú ako "mostík" medzi neurónmi, ale tiež zohrávajú obrovskú úlohu pri regulácii práce nášho tela ako celku. V súčasnosti existuje asi 80 druhov týchto proteínových zlúčenín, ktoré vykonávajú rôzne funkcie:
- Norepinefrín, niekedy označovaný ako hnev alebo stresový hormón. To tóny tela, zlepšuje výkon, robí srdce biť rýchlejšie a pripravuje telo na okamžité opatrenie odpudzovať nebezpečenstvo.
- Dopamín je hlavnou tonikou nášho tela. Zapája sa do revitalizácie všetkých systémov, a to aj počas prebudenia, počas fyzickej námahy a vytvára pozitívny emocionálny postoj až k eufórii.
- Serotonín je tiež látka "dobrej nálady", hoci nemá vplyv na telesnú aktivitu.
- Glutamát je vysielač potrebný na fungovanie pamäte bez toho, aby bolo dlhodobé ukladanie informácií nemožné.
- Acetylcholín riadi procesy spánku a prebudenia a je tiež potrebný na aktiváciu pozornosti.
Neurotransmiterov, alebo skôr ich počet, ovplyvňujú zdravie tela. A ak existujú nejaké problémy s produkciou týchto proteínových molekúl, potom sa môžu vyvinúť závažné ochorenia. Napríklad nedostatok dopamínu je jednou z príčin Parkinsonovej choroby, a ak sa táto látka vyrába príliš veľa, môže sa vyvinúť schizofrénia. Ak sa acetylcholín nevytvorí dostatočne, môže dôjsť k veľmi nepríjemnej Alzheimerovej chorobe, ktorá je sprevádzaná demenciou.
Tvorba neurónov v mozgu začína ešte pred narodením osoby a počas celej periódy dozrievania dochádza k aktívnej tvorbe a komplikácii nervových spojení. Dlho sa predpokladalo, že v dospelom človeku sa nové nervové bunky nedokážu objaviť, ale proces ich zániku je nevyhnutný. Preto je duševný rozvoj osobnosti možný iba kvôli komplikácii nervových spojení. A potom v starobe, každý je odsúdený na pokles duševných schopností.
Ale nedávne štúdie vyvrátili túto pesimistickú predpoveď. Švajčiarsky vedci dokázali, že existuje oblasť mozgu, ktorá je zodpovedná za vznik nových neurónov. Toto je hipokampus, produkuje denne až 1400 nových nervových buniek. A všetko, čo musíte urobiť, je aktívne zahrnúť ich do práce v mozgu, prijímať a pochopiť nové informácie, čím vytvárajú nové neurónové spojenia a komplikujú nervovú sieť.
Neuróny a nervové tkanivo
Neuróny a nervové tkanivo
Nervové tkanivo je hlavným štrukturálnym prvkom nervového systému. Štruktúra nervového tkaniva zahŕňa vysoko špecializované nervové bunky - neuróny a neurogliové bunky, ktoré vykonávajú podporné, sekrečné a ochranné funkcie.
Neurón je hlavná štruktúrna a funkčná jednotka nervového tkaniva. Tieto bunky sú schopné prijímať, spracovávať, kódovať, prenášať a ukladať informácie, vytvárať kontakty s inými bunkami. Jedinečné vlastnosti neurónu je schopnosť generovať bioelektrických vypúšťanie (pulzy), a pre vysielanie informácií o bránkovú konštrukciu jednej bunky do druhej pomocou špecializovaných terminálov - synapsií.
Vykonávanie neurón funkcie podporuje jeho syntézu v axoplasm látok vysielačov - neurotransmiterov: acetylcholín, katecholamíny, atď..
Počet mozgových neurónov sa blíži k 10 11. Až 10 000 synapsií môže existovať na jednom neuróne. Ak sa tieto prvky považujú za bunky ukladania informácií, možno vyvodiť záver, že nervový systém môže skladovať 10 19 jednotiek. informácie, t.j. dokáže uspokojiť takmer všetky poznatky nahromadené ľudstvom. Preto je myšlienka, že ľudský mozog počas života si pamätá všetko, čo sa deje v tele a počas komunikácie so životným prostredím je dosť rozumné. Mozog však nemôže získať z pamäte všetky informácie, ktoré sú v ňom uložené.
Niektoré typy neurónovej organizácie sú charakteristické pre rôzne štruktúry mozgu. Neuróny regulujúce jednu funkciu tvoria takzvané skupiny, komplexy, stĺpy, jadrá.
Neuróny sa líšia štruktúrou a funkciou.
Podľa štruktúry (v závislosti na počte procesov vystupujúcich z tela bunky) rozlišujú unipolárny (jeden výstupok), bipolárne (s dvoma hrotmi) a viacpólový (s viac výhonkov) neurónov.
Funkčnými vlastnosťami izolované aferentných (alebo dostredivá) neuróny nosnú excitácia z receptorov v CNS, eferentných, motor, motorické neuróny (alebo odstredivé) prenos budenie CNS do inervovaný organ a intercalary, kontaktu alebo medziprodukty neurónov prepojenie aferentné a eferentných neuróny.
Medzi neuróny patria unipolárne, ich telo ležia v spinálnych gangliách. Rozšírenie z procesu tela bunky T-tvar je rozdelený na dve časti, z ktorých jedna je v centrálnom nervovom systéme a pôsobí ako axónu a ďalšie prístupy k receptorom a je najdlhšia dendrity.
Väčšina eferentných a interkalárnych neurónov patrí k multipolárnym (obrázok 1). Viacpólové interkalárne neuróny sa nachádzajú vo veľkých počtoch v zadných rohoch miechy, ako aj vo všetkých ostatných častiach CNS. Môžu byť tiež bipolárne, napríklad retinálne neuróny s krátkym vetviacim dendritom a dlhým axónom. Motoneuróny sú umiestnené hlavne v predných rohoch miechy.
Obr. 1. Štruktúra nervovej bunky:
1 - mikrotubuly; 2 - dlhý proces nervovej bunky (axón); 3 - endoplazmatické retikulum; 4-jadrové; 5 - neuroplázia; 6 - dendritov; 7 - mitochondria; 8 - jadro; 9 - puzdro myelínu; 10 - zachytenie Ranvie; 11 - koniec axónu
neuroglia
Neuroglia alebo glia je kolekcia bunkových prvkov nervového tkaniva vytvoreného špecializovanými bunkami rôznych tvarov.
Bolo objavené R. Virkhovom a jeho meno neuroglia, čo znamená "nervové lepidlo". Bunky Neuroglia vyplňujú priestor medzi neurónmi a tvoria 40% objemu mozgu. Gliové bunky sú 3-4 krát menšie ako nervové bunky; ich počet v centrálnom nervovom systéme cicavcov dosahuje 140 miliárd.V dôsledku veku sa počet neurónov u ľudí v mozgu znižuje a počet gliových buniek sa zvyšuje.
Je zistené, že neuroglia súvisí s metabolizmom nervového tkaniva. Niektoré bunky neuroglie vylučujú látky, ktoré ovplyvňujú stav excitability neurónov. Treba poznamenať, že v rôznych duševných stavoch sa sekrécia týchto buniek mení. Dlhodobé stopové procesy v CNS sú spojené s funkčným stavom neuroglie.
Typy gliových buniek
Vzhľadom na povahu štruktúry gliových buniek a ich umiestnenie v CNS existujú:
- astrocyty (astroglia);
- oligodendrocyty (oligodendroglia);
- mikrogliové bunky (mikroglie);
- Schwannove bunky.
Gliové bunky vykonávajú podporné a ochranné funkcie pre neuróny. Sú súčasťou hematoencefalickej bariérovej štruktúry. Astrocyty sú najpočetnejšími gliovými bunkami, ktoré vyplňujú medzery medzi neurónmi a prekrývajúcimi sa synapsami. Zabraňujú šíreniu neurotransmiterov difúznych z synaptickej štrbiny do CNS. Cytoplazmatickej membrány astrocyt sú receptory pre neurotransmitery, aktivácia, ktoré môžu spôsobiť kmitanie membrány a potenciálny zmenu rozdielu astrocyt metabolizmu.
Astrocyty pevne obklopujú kapiláry krvných ciev v mozgu, ktoré sa nachádzajú medzi nimi a neuróny. Na tomto základe sa predpokladá, že astrocyty zohrávajú dôležitú úlohu v metabolizme neurónov a regulujú kapilárnu permeabilitu pre určité látky.
Jednou z dôležitých funkcií astrocytov je ich schopnosť absorbovať prebytok iónov K +, ktoré sa môžu akumulovať v medzibunkovom priestore počas vysokej neurálnej aktivity. V oblastiach, útulné astrocyt vytvorené kanály gap junctions, prostredníctvom ktorého môže byť astrocyt vymieňať s rôznymi iónmi malej veľkosti, a najmä tým, že K + iónov zvyšuje schopnosti absorpčnej K + iónov nekontrolovanému hromadeniu K + iónov v interneurón priestore by viedlo k zvýšeniu dráždivosti neurónov. Tým astrocyt absorpciu prebytočné K + iónov z intersticiálnej tekutina, zabrániť zvýšeniu dráždivosti neurónov a tvorbu ložísk zvýšenej neuronálne aktivity. Vzhľad takýchto ohniskov v ľudskom mozgu môže byť sprevádzaný skutočnosťou, že ich neuróny vytvárajú rad nervových impulzov, ktoré sa nazývajú konvulzívne výboje.
Astrocyty sa podieľajú na odstraňovaní a deštrukcii neurotransmiterov vstupujúcich do extrasynaptických priestorov. Tak zabraňujú akumulácii neurotransmiterov v neurónových priestoroch, čo by mohlo viesť k dysfunkcii mozgu.
Neuróny a astrocyty sú oddelené medzibunkovými štrbinami 15-20 mikrónov nazývanými intersticiálny priestor. Intersticiálne priestory zaberajú až 12 - 14% objemu mozgu. Dôležitou vlastnosťou astrocytov je ich schopnosť absorbovať CO2 z extracelulárnej tekutiny z týchto priestorov a tým udržiavať stabilné pH mozgu.
Astrocyt sa podieľajú na tvorbe rozhraní medzi nervového tkaniva a krvných ciev v mozgu, nervového tkaniva a bunkovej membrány mozgu v priebehu rastu a vývoja nervového tkaniva.
Oligodendrocyty sú charakterizované prítomnosťou malého počtu krátkych procesov. Jednou z ich hlavných funkcií je tvorba myelínového plášťa nervových vlákien v centrálnej nervovej sústave. Tieto bunky sú tiež umiestnené v tesnej blízkosti tela neurónov, ale funkčný význam tejto skutočnosti nie je známy.
Mikrogálne bunky tvoria 5-20% z celkového počtu gliových buniek a sú rozptýlené v celom centrálnom nervovom systéme. Zistilo sa, že antigény na svojom povrchu sú totožné s antigénmi krvných monocytov. To naznačuje ich pôvod z mezodermu, penetráciu do nervového tkaniva počas embryonálneho vývoja a následnú transformáciu na morfologicky rozoznateľné mikrogliálne bunky. V tomto ohľade sa predpokladá, že najdôležitejšou funkciou mikroglie je ochrana mozgu. Je ukázané, že poškodenie nervového tkaniva sa zvyšuje počet fagocytujúcich buniek krvných makrofágy a aktivácia fagocytujúcich vlastností mikroglie. Odstraňujú mŕtve neuróny, gliové bunky a ich štrukturálne prvky, fagocytové cudzie častice.
Schwannove bunky tvoria myelínové puzdro periférnych nervových vlákien mimo CNS. Membrána tejto bunky je opakovane obalená okolo nervového vlákna a hrúbka výsledného myelínového puzdra môže presahovať priemer nervového vlákna. Dĺžka myelinizovaných oblastí nervových vlákien je 1-3 mm. V intervaloch medzi nimi (zachytenie Ranviera), nervové vlákno zostáva pokryté len povrchovou membránou, ktorá má excitabilitu.
Jednou z najdôležitejších vlastností myelínu je jeho vysoká odolnosť voči elektrickému prúdu. Je to spôsobené vysokým obsahom sfingomyelínu a iných fosfolipidov v myelíne, ktoré mu dodávajú súčasné izolačné vlastnosti. V oblasti myelínom potiahnutého nervového vlákna nie je proces vytvárania nervových impulzov možný. Nervové impulzy sú generované iba na membráne uzly Ranvier, ktorá poskytuje vyššiu mieru nervových impulzov, ale myelinovaných nervových vlákien, v porovnaní s unmyelinated.
Je známe, že štruktúra myelínu môže byť ľahko narušená infekčným, ischemickým, traumatickým, toxickým poškodením nervového systému. Súčasne sa vyvíja proces demyelinizácie nervových vlákien. Obzvlášť často dochádza k demyelinizácii pri roztrúsenej skleróze. V dôsledku demyelinizácia nervového vedenia rýchlosti impulzov pozdĺž nervových vlákien znižuje, sa rýchlosť poskytovania informácií do mozgu z jeho receptorov a z neurónov na výkonných orgánoch padá. To môže viesť k porušeniu senzorickej citlivosti, zhoršenému pohybu, regulácii fungovania vnútorných orgánov a iným závažným následkom.
Štruktúra a funkcia neurónov
Neurón (nervová bunka) je štruktúrna a funkčná jednotka centrálneho nervového systému.
Anatomická štruktúra a vlastnosti neurónu splniť jej hlavné funkcie: metabolizmus implementáciu, energetického využitia, vnímanie rôznych signálov a ich spracovanie, tvorbu alebo sa podieľajú na odpovediach generovanie a vedenie nervových impulzov združenia neurónov v nervových obvodov, ktoré poskytujú ako jednoduché reflexné reakcie, takže a vyššie integračné mozgové funkcie.
Neuróny pozostávajú z tela nervovej bunky a procesov axónu a dendritov.
Obr. 2. Štruktúra neurónu
Telová nervová bunka
Telo (perikaryon, soma) neurónu a jeho procesy sú pokryté celou neurónovou membránou. Membrána bunkového tela sa líši od membrány axónu a dendritov obsahom rôznych iónových kanálov, receptorov a prítomnosti synapsií na nej.
V tele neurónu sa nachádza neuroplázia a jadro, ktoré sú od nej vymedzené membránami, drsným a hladkým endoplazmatickým retikulom, Golgiho aparátom a mitochondriami. Chromozómy jadra neurónov obsahujú súbor génov kódujúcich syntézu proteínov potrebných na vytvorenie štruktúry a implementácie funkcií tela neurónu, jeho procesov a synapsií. Ide o proteíny, ktoré vykonávajú funkcie enzýmov, nosičov, iónových kanálov, receptorov atď. Niektoré proteíny vykonávajú funkcie, keď sú v neuroplázach, zatiaľ čo iné sú integrované do membrán organelových, soma a neurónových procesov. Niektoré z nich, napríklad enzýmy nevyhnutné na syntézu neurotransmiterov, sú transportované prostredníctvom transportu axónov do terminálu axónu. V bunkovom tele sa syntetizujú peptidy, ktoré sú nevyhnutné pre životnú aktivitu axónov a dendritov (napríklad rastových faktorov). Preto, keď je neurónové telo poškodené, jeho procesy sa degenerujú a zrútia. Ak sa telo neurónu zachová a proces je poškodený, dochádza k jeho pomalému zotaveniu (regenerácii) a obnoveniu inervácie denervovaných svalov alebo orgánov.
Miesto syntézy proteínov v telách neurónov je hrubý endoplazmatický retikulum (tigroidové granule alebo telá Nissl) alebo voľné ribozómy. Ich obsah v neurónoch je vyšší ako v gliových alebo iných bunkách tela. V hladkom endoplazmatickom retikule a Golgiho aparáte získavajú proteíny vnútornú priestorovú konformáciu, sú triedené a posielané do dopravných tokov do štruktúr bunkového tela, dendritov alebo axónov.
V mnohých neurónových mitochondriách sa v dôsledku oxidačných fosforylačných procesov vytvára ATP, ktorého energia sa používa na udržanie vitálnej aktivity neurónov, prácu iontových čerpadiel a zachovanie asymetrie iónových koncentrácií na obidvoch stranách membrány. V dôsledku toho je neurón v stálej pripravenosti nielen vnímať rôzne signály, ale aj reagovať na ne - generovanie nervových impulzov a ich použitie na kontrolu funkcií iných buniek.
Molekulárne receptory bunkovej membrány, senzorické receptory tvorené dendritmi a senzorické bunky epiteliálneho pôvodu sa zúčastňujú mechanizmov vnímania neurónov rôznych signálov. Signály z iných nervových buniek môžu dosiahnuť neurón prostredníctvom mnohých synapsií vytvorených na dendritoch alebo na neurónovom géli.
Dendrity nervových buniek
Dendrity neurónu tvoria dendritický strom, povaha vetvenia a veľkosť závisí od počtu synaptických kontaktov s inými neurónmi (obrázok 3). Na dendritoch neurónu sú tisíce synapsí tvorené axónmi alebo dendritmi iných neurónov.
Obr. 3. Synaptické kontakty interneyrónu. Šípky na ľavej strane ukazujú príchod aferentných signálov k dendritom a telu interneuronu, vpravo smer šírenia eferentných signálov interneuronu k iným neurónom.
Synapsy môžu byť heterogénne ako vo funkcii (inhibičná, excitačná), tak v type použitého neurotransmiteru. Dendritická membrána, ktorá sa podieľa na tvorbe synapsií, je ich postsynaptická membrána, ktorá obsahuje receptory (ligand-dependentné iónové kanály) na neurotransmiter použitý v tejto synapse.
Excitatory (glutamatergic) synapses sú umiestnené hlavne na povrchu dendritov, kde sú výšky, alebo výrastky (1-2 μm), tzv. Trny. V membráne chrbtice sú kanály, ktorých priepustnosť závisí od rozdielu transmembránového potenciálu. V cytoplazme dendritov v oblasti tŕňov sú nájdené sekundárne mediátory intracelulárnej signálnej transdukcie, ako aj ribozómy, na ktorých je syntetizovaný proteín v reakcii na príchod synaptických signálov. Presná úloha tŕňov zostáva neznáma, ale je zrejmé, že zvyšujú plochu dendritického stromu na vytvorenie synapsií. Hroty sú tiež neurónové štruktúry na príjem vstupných signálov a ich spracovanie. Dendrity a tŕne poskytujú prenos informácií z periférie do neurónového tela. Dendritová membrána v oblasti kosenia je polarizovaná v dôsledku asymetrickej distribúcie minerálnych iónov, prevádzky iónových čerpadiel a prítomnosti iónových kanálov v ňom. Tieto vlastnosti sú základom prenosu informácií pozdĺž membrány vo forme lokálnych kruhových prúdov (elektrotonicky), ktoré sa vyskytujú medzi postsynaptickými membránami a oblasťami dendritovej membrány susediacich s nimi.
Keď sa šíria cez dendritovú membránu, lokálne prúdy sú tlmené, ale sú dostatočne veľké na to, aby prenášali signály na dendritické synaptické vstupy na membránu neurónov. Potenciálne závislé sodné a draselné kanály ešte neboli identifikované v dendritovej membráne. Nemá excitabilitu a schopnosť vytvárať akčné potenciály. Avšak je známe, že potenciál pôsobenia na membráne axónovej mohyly sa môže šíriť pozdĺž nej. Mechanizmus tohto javu nie je známy.
Predpokladá sa, že dendrity a tŕne sú súčasťou nervových štruktúr, ktoré sa podieľajú na pamäťových mechanizmoch. Počet tŕňov je obzvlášť vysoký v dendritoch neurónov cerebrálnej kôry, bazálnych ganglií a mozgovej kôry. Oblasť dendritického stromu a počet synapsií klesá v niektorých oblastiach mozgovej kôry starších ľudí.
Axon neurón
Axón je proces nervových buniek, ktorý sa nenachádza v iných bunkách. Na rozdiel od dendritov, ktorých počet je pre neurón odlišný, je axón rovnaký pre všetky neuróny. Jeho dĺžka môže dosiahnuť až 1,5 m. V bode, kde axón opúšťa neurón, dochádza k zhrubnutiu - axónovej kopec, ktorý je pokrytý plazmovou membránou, ktorá je čoskoro pokrytá myelínom. Miesto axónového kopca, odkryté myelínom, sa nazýva počiatočným segmentom. Axóny neurónov, až po ich konečné vetvy, sú pokryté myelínovým puzdrom, prerušené Ranvierovými záchytmi - mikroskopickými oblasťami bez gélu (asi 1 mikrón).
V celom axóne (myelinované a nemyelinované vlákno) je pokrytá dvojvrstvovou fosfolipidovou membránou s vloženými proteínovými molekulami, ktoré vykonávajú funkcie transportu iónov, potenciálne závislé iónové kanály atď. najmä v oblasti zachytenia Ranvier. Vzhľadom na to, že v axoplazme nie sú žiadne hrubé retikulum a ribozómy, je zrejmé, že tieto proteíny sa syntetizujú v tele neurónu a prenášajú sa na axónovú membránu axonálnym transportom.
Vlastnosti membrány pokrývajúcej telo a axón neurónu sú odlišné. Tento rozdiel sa týka predovšetkým priepustnosti membrány pre minerálne ióny a je spôsobený obsahom rôznych typov iónových kanálov. Ak obsah ligandovo závislých iónových kanálov (vrátane postsynaptických membrán) prevláda v membráne tela a dendritov neurónu, potom v axónovej membráne, najmä v oblasti záchytov, existuje vysoká hustota napäťovo závislých sodíkových a draslíkových kanálov.
Najmenšia polarizácia (približne 30 mV) má membránu počiatočného segmentu axónu. V oblastiach axónu, ktoré sú vzdialenejšie od tela buniek, je veľkosť transmembránového potenciálu približne 70 mV. Nízka hodnota polarizácie membrány počiatočného segmentu axónu určuje, že v tejto oblasti má membrána neurónu najväčšiu excitabilitu. Práve tu postsynaptické potenciály, ktoré sa vyskytujú na dendritovej membráne a bunkovom tele v dôsledku transformácie informačných signálov na neurón v synapse, sa šíria cez membránu neurónového tela pomocou lokálnych kruhových elektrických prúdov. Ak tieto prúdy spôsobujú depolarizáciu membrány axónovej koľajnice na kritickú úroveň (Ena), potom neurón reaguje na prichádzajúce signály z iných nervových buniek k nemu tým, že generuje svoj akčný potenciál (nervový impulz). Výsledný nervový impulz sa ďalej vykonáva pozdĺž axónu k iným nervovým, svalovým alebo žľazovým bunkám.
Na membráne počiatočného segmentu axónu sa nachádzajú hroty, na ktorých sú vytvorené syntetické syntezy GABA-ergickej brzdy. Príjem signálov pozdĺž týchto synapsí z iných neurónov môže zabrániť vzniku nervových impulzov.
Klasifikácia a typy neurónov
Klasifikácia neurónov sa vykonáva tak morfologickými, ako aj funkčnými charakteristikami.
Podľa počtu procesov sa rozlišujú multipolárne, bipolárne a pseudounipolárne neuróny.
Vzhľadom na charakter spojenia s inými bunkami a funkciou, ktorú vykonávajú, sú rozoznávané senzorické, interkalačné a motorické neuróny. Senzorické neuróny sa tiež nazývajú aferentné neuróny a ich procesy sú centrivetálne. Neuróny, ktoré vykonávajú funkciu prenosu signálu medzi nervovými bunkami, sa nazývajú interkalované alebo asociatívne. Neuróny, ktorých axóny tvoria synapsí na efektorových bunkách (svalové, žltačné), sa označujú ako motorové alebo eferentné, ich axóny sa nazývajú odstredivé.
Aferentné (citlivé) neuróny vnímajú informácie senzorickými receptormi, transformujú ich do nervových impulzov a vedú do nervových centier mozgu a miechy. Telá citlivých neurónov sa nachádzajú v miechových a kraniálnych gangliách. Sú to pseudo-unipolárne neuróny, ktorých axón a dendrit sa odchyľujú od tela neurónu a oddeľujú sa. Dendrit ide do periférie k orgánom a tkanivám v kompozícii zmyslových alebo zmiešaných nervov a axon v zložení zadných koreňov je zahrnutý do chrbtových rohov miechy alebo do zloženia kraniálnych nervov v mozgu.
Vložené alebo asociatívne neuróny vykonávajú funkcie spracovania prichádzajúcich informácií a najmä zabezpečujú uzatvorenie reflexných oblúkov. Telá týchto neurónov sa nachádzajú v šedej hmote mozgu a miechy.
Účinné neuróny tiež vykonávajú funkciu spracovania prichádzajúcich informácií a prenášajú eferentné nervové impulzy z mozgu a miechy do buniek výkonných (efektorových) orgánov.
Interaktivna aktivita neurónov
Každý neurón dostáva veľké množstvo signálov prostredníctvom mnohých synapsií umiestnených na jeho dendritoch a tele, ako aj prostredníctvom molekulárnych receptorov plazmatických membrán, cytoplazmy a jadra. Prenos signálu využíva mnoho rôznych typov neurotransmiterov, neuromodulátorov a iných signalizačných molekúl. Je zrejmé, že na vytvorenie odpovede na súčasný príchod viacerých signálov musí byť neurón schopný integrovať ich.
Súbor procesov, ktoré poskytujú spracovanie prichádzajúcich signálov a vytváranie neurónovej odpovede na ne, je zahrnutý v koncepte integračnej aktivity neurónu.
Vnímanie a spracovanie signálov prichádzajúcich do neurónu sa uskutočňuje za účasti dendritov, bunkového telesa a axonového kopca neurónu (obrázok 4).
Obr. 4. Integrácia signálov neurónov.
Jednou z možností pre ich spracovanie a integráciu (zhrnutie) je transformácia v synapsiách a súčtoch postsynaptických potenciálov na telo a membránových procesov neurónu. Vnímané signály sú konvertované v synapsách na osciláciu potenciálneho rozdielu postsynaptickej membrány (postsynaptické potenciály). V závislosti od typu synapsii prijímaného signálu môže byť prevedený do malej (0,5 až 1,0 mV) zmeny depolarizačního potenciálny rozdiel (EPSP - synapsie v diagrame sú znázornené ako prázdne krúžky) alebo hyperpolarisating (IPSP - synapsie na schéme znázornené ako čierne kruhy). Viaceré signály môžu súčasne prichádzať na rôzne miesta neurónu, z ktorých niektoré sú transformované do EPSP a iné do TPPS.
Tieto výkyvy potenciálny rozdiel sa šíri lokálne kruhové prúdy neurónové membrány v smere axónov návrší depolarizácie vĺn (biela na obrázku) a hyperpolarizácii (schéma čierna) prekrývajú (v diagrame šedej časti) k sebe navzájom. V tejto superpozícii sú amplitúdy vĺn v jednom smere zhrnuté, zatiaľ čo opačné sú redukované (vyhladené). Takéto algebraické zhrnutie potenciálneho rozdielu na membráne sa nazýva priestorové sumovanie (obrázky 4 a 5). Výsledkom tohto súčtu, môže byť buď axonový hrbolček membrána depolarizácie a generovanie nervového impulzu (prípady 1 a 2 na obr. 4), alebo jeho hyperpolarizáciou a prevenciu nervového impulzu (prípady 3 a 4 na obr. 4).
Za účelom posunu potenciálneho rozdielu membrány axónovej hromady (asi 30 mV) na Ena, musí sa depolarizovať na 10-20 mV. To povedie k objaveniu potenciálne závislých sodíkových kanálov, ktoré sú v ňom prítomné, a k vytváraniu nervových impulzov. Vzhľadom k tomu, obdržaní PD a jej premeny EPSP membrány depolarizácie môže dosiahnuť až 1 mV a lo šíriť do axónov vyvýšenine je s tlmením, pre generovanie trebuetsyaodnovremennoe nervový impulz toku do neurónu prostredníctvom synapsií 40-80 excitačné nervové impulzy z iných neurónov, a zhrnutie rovnaký počet ipsp.
Obr. 5. Priestorové a časové zhrnutie neurónu EPSP; a - BSPP na jeden stimul; a - VPSP na viacnásobnú stimuláciu z rôznych aferentných skupín; c - I-VPSP na častú stimuláciu prostredníctvom jediného nervového vlákna
Ak je v tejto dobe na neurón ide nejaké množstvo nervových impulzov prostredníctvom inhibičných synapsií, jeho aktivácia a generovanie odpovedí nervového impulzu je možné, a zároveň zvýšiť prichádzajúce signály prostredníctvom excitačných synapsií. V situácii, keď signály prijaté cez inhibičných synapsií spôsobiť hyperpolarizáciou membrány neurónu, sa rovná alebo je väčšia vo veľkosti depolarizáciu spôsobenú signály prijímané prostredníctvom excitačných synapsií, membrána depolarizácie axonový hrbolček nemožno vykonať, neurón nevygeneruje nervové impulzy a stane neaktívne.
Neurón taktiež vykoná dočasné sumovanie signálov EPSP a TPPS, ktoré k nemu prichádzajú takmer súčasne (pozri obrázok 5). Zmeny potenciálnych rozdielov spôsobených v blízkej synaptickej oblasti môžu byť tiež algebraicky zhrnuté, čo sa nazýva dočasné zhrnutie.
Tak každý nervový impulz generovaný neurónom, rovnako ako neuronovo obdobie ticha, obsahuje informácie z mnohých iných nervových buniek. Typicky je čím vyššia je frekvencia signálov z iných buniek na neurón, tým častejšie generuje odozvu nervových impulzov poslaných axónom do iných nervových alebo efektorových buniek.
Vzhľadom k tomu, že v membráne tela bunky a dendritov nie sú ani jeho (hoci v malom množstve), sodíkové kanály, akčný potenciál vznikajúci na membráne axónu návrší, sa môžu šíriť na tele a niektoré dendrity neurónu. Význam tohto javu nie je jasný, ale predpokladá sa, že rozmnožovacie akčný potenciál okamih vyhladzuje všetky dostupné na membráne miestnych prúdov, obnoví potenciál a prispievajú k efektívnejšiemu neurón vnímanie nových informácií.
Molekulárne receptory sa podieľajú na transformácii a integrácii signálov prichádzajúcich do neurónu. Preto je ich stimulácia signálnych molekúl je možné vykonať prostredníctvom iniciovaných (G-proteíny, druhých poslov), ktoré menia stav iónových kanálov, transformácia snímaných signálov v oscilačným potenciálny rozdiel neurón membránou, a ktoré tvoria odozvu súčtovú generujúce neurón v nervovej impulzu alebo jeho inhibícia.
Transformácia signálov metabotropnými molekulárnymi receptormi neurónu je sprevádzaná jeho odpoveďou vo forme spúšťania kaskády intracelulárnych transformácií. Odpoveďou neurónu v tomto prípade môže byť zrýchlenie všeobecného metabolizmu, zvýšenie tvorby ATP, bez ktorého nie je možné zvýšiť jeho funkčnú aktivitu. Pomocou týchto mechanizmov neurón integruje prijaté signály na zlepšenie účinnosti svojej vlastnej aktivity.
Intracelulárne transformácie v neuróne, iniciované prijatými signálmi, často vedú k zvýšeniu syntézy proteínových molekúl, ktoré v neuróne pôsobia ako receptory, iónové kanály a nosiče. Zvyšovaním ich počtu sa neurón prispôsobuje charakteru prichádzajúcich signálov, zvyšuje citlivosť na významnejšie a oslabuje - na menej významné.
Príprava neurón séria signály môžu byť sprevádzaná expresiou alebo potláčanie určitých génov, ako sú napríklad regulačné peptidovej syntézy neuromodulátory. Vzhľadom k tomu, že sú dodávané do axónov z neurónov a používa ich pre zvýšenie alebo zníženie účinku svojich neurotransmiterov s inými neurónmi, neuróny v reakcii na signály tým, že môže prijaté v závislosti od informácií získaných majú silnejšie alebo slabšie vplyv na to ovláda iné nervové bunky. Vzhľadom na to, že modulujúci účinok neuropeptidov môže trvať dlhší čas, môže vplyv neurónu aj na iné nervové bunky trvať dlhú dobu.
Takže vďaka schopnosti integrovať rôzne signály môže neurón na ne jemne reagovať širokou škálou odpovedí, čo mu umožňuje účinne prispôsobiť sa charakteru prichádzajúcich signálov a použiť ich na reguláciu funkcií iných buniek.
Neurónové obvody
CNS neuróny interagujú navzájom a vytvárajú rôzne synapsí v mieste kontaktu. Výsledné nervové dôchodky opakovane zvyšujú funkčnosť nervového systému. Najbežnejšie neurálne obvody zahŕňajú: lokálne, hierarchické, konvergentné a divergentné neurónové obvody s jedným vstupom (obrázok 6).
Miestne nervové obvody sú tvorené dvoma alebo viacerými neurónmi. Tak jeden z neurónov (1), získa ich axónov vedľajšej neurónu (2), ktoré tvoria jej telo aksosomatichesky synapsie, a druhá - axon foriem synapsie na telese prvého neurónu. Miestne neurónové siete môžu fungovať ako pasce, v ktorých sú nervové impulzy schopné dlho cirkulovať v kruhu tvorenom niekoľkými neurónmi.
Možnosť dlhodobého obehu excitačnej vlny (nervový impulz), ktorá vznikla raz kvôli prenosu do kruhovej štruktúry, experimentálne ukázala, že profesor I.A. Vetokhin v experimentoch na nervovom prstenci medúzy.
Cirkulárny obeh nervových impulzov pozdĺž miestnych nervových obvodov vykonáva funkciu transformácie rytmu excitácií, poskytuje možnosť dlhotrvajúcej excitácie nervových centier po ukončení signálov a zúčastňuje sa na mechanizmoch ukladania prichádzajúcich informácií.
Miestne reťaze môžu tiež vykonávať funkciu brzdenia. Jeho príkladom je opakovaná inhibícia, ktorá sa realizuje v najjednoduchšom miestnom nervovom reťazci miechy, tvorenom a-motoneurónom a Renshawovou bunkou.
Obr. 6. Najjednoduchšie neurálne okruhy centrálneho nervového systému. Opis v texte
V tomto prípade excitácia, ktorá vznikla v motorickom neuróne, sa šíri pozdĺž axónovej vetvy, aktivuje bunku Renshaw, ktorá inhibuje neuron a-motor.
Konvergenčné reťazce sú tvorené niekoľkými neurónmi, z ktorých jeden (zvyčajne eferentný) konverguje alebo konverguje axóny mnohých ďalších buniek. Takéto reťazce sú široko distribuované v centrálnom nervovom systéme. Napríklad pyramidálne neuróny primárnej motorickej kôry zbližujú axóny mnohých neurónov v citlivých oblastiach kôry. Na motorických neurónoch ventrálnych rohov miechy sa zbiehajú axóny tisícov citlivých a interkalovaných neurónov rôznych úrovní CNS. Konvergenčné reťazce hrajú dôležitú úlohu pri integrácii signálov s eferentnými neurónmi a koordinujúcimi fyziologickými procesmi.
Rozdielne reťazce s jedným vstupom sú tvorené neurónom s vetviacim axónom, z ktorého každá vetva tvorí synapsiu s rôznymi nervovými bunkami. Tieto obvody vykonávajú funkcie simultánneho prenosu signálov z jedného neurónu do mnohých iných neurónov. Toho sa dosahuje silným rozvetvením (tvorba niekoľkých tisíc vetvičiek) axónu. Takéto neuróny sa často nachádzajú v jadrách retikulárnej tvorby mozgového kmeňa. Poskytujú rýchle zvýšenie excitability mnohých častí mozgu a mobilizáciu funkčných rezerv.