Na nevyčerpatelných možnostech našeho mozku psané hory literatury. Dokáže zpracovat obrovské množství informací, které ani moderní počítače nedokážou. Kromě toho mozku za normálních podmínek pracuje bez přerušení po dobu 70-80 let nebo déle. A každý rok trvání jeho života a tím i život člověka narůstá.
Efektivní práce tohoto nejdůležitějšího a v mnoha ohledech tajemného orgánu je poskytována především dvěma typy buněk: neuronů a gllií. Jsou to neurony, které jsou odpovědné za přijímání a zpracování informací, paměti, pozornosti, myšlení, představivosti a kreativity.
Neuron a jeho struktura
Často slyšíte, že duševní schopnosti člověka zaručují přítomnost šedé hmoty. Co je to látka a proč je šedá? Tato barva má mozkovou kůru, skládající se z mikroskopických buněk. Jedná se o neurony nebo nervové buňky, které zajišťují fungování našeho mozku a kontrolu celého lidského těla.
Jak je nervová buňka
Neuron, jako každá živá buňka, se skládá z jádra a buněčného těla, které se nazývá soma. Velikost samotné buňky je mikroskopická - od 3 do 100 mikronů. To však nebrání tomu, aby byl neuron skutečný repozitář různých informací. Každá nervová buňka obsahuje kompletní sadu genů - instrukce pro tvorbu bílkovin. Některé z proteinů se podílejí na přenosu informací, jiné vytvářejí ochrannou skořápku kolem samotné buňky, jiné se podílejí na paměťových procesech, čtvrtá poskytují změnu nálady atd.
Dokonce i malá porucha v jednom z programů produkce některých bílkovin může vést k vážným následkům, nemoci, duševní poruchy, demence, atd.
Každý neuron je obklopen ochranným pláštěm gliových buněk, doslova naplní celý mezibuněčný prostor a tvoří 40% látky mozku. Glia nebo sbírka gliových buněk plní velmi důležité funkce: chrání neurony před nepříznivými vnějšími vlivy, dodává živiny nervovým buňkám a odstraňuje jejich metabolické produkty.
Gliální buňky chrání zdraví a integritu neuronů, proto neumožňují vstupu mnoha cizích chemických látek do nervových buněk. Včetně drog. Proto je účinnost různých léků určených k posílení činnosti mozku zcela nepředvídatelná a jednají na každé osobě jinak.
Dendrity a axony
Přes složitost neuronu sama o sobě nehraje významnou roli v mozku. Naše nervová aktivita, včetně duševní aktivity, je výsledkem interakce mnoha neuronů, které si vyměňují signály. Příjem a přenos těchto signálů, konkrétně slabé elektrické impulsy, probíhá pomocí nervových vláken.
Neuron má několik krátkých (asi 1 mm) rozvětvených nervových vláken - dendritů, které jsou pojmenovány podle jejich podobnosti se stromem. Dendriti jsou zodpovědní za přijímání signálů z jiných nervových buněk. A protože vysílač signálu působí axon. Toto vlákno v neuronu je pouze jedno, ale může dosáhnout délky až 1,5 metru. Spojením pomocí axonů a dendritů tvoří nervové buňky celá neuronová síť. A čím komplexnější je systém vzájemných vztahů, tím obtížnější je naše duševní činnost.
Neuronová práce
Základem nejsložitější činnosti našeho nervového systému je výměna slabých elektrických impulzů mezi neurony. Problém však spočívá v tom, že nejprve axon jedné nervové buňky a dendriti druhého nejsou spojeny, mezi nimi je prostor plný intercelulární substance. Toto je tzv. Synaptická rozštěp a nemůže překonat jeho signál. Představte si, že dva lidé si roztáhnou ruce k sobě a nedosahují.
Tento problém je jednoduše vyřešen neuronem. Pod vlivem slabého elektrického proudu nastává elektrochemická reakce a vzniká proteinová molekula - neurotransmiter. Tato molekula překrývá synaptickou mezeru a stává se symbolem signálu. Neurotransmitery mají ještě jednu funkci - spojují neurony a čím častěji se pohybuje signál podél tohoto nervového obvodu, tím silnější je toto spojení. Představte si brodu přes řeku. Prochází to tím, že člověk hodí do vody vodu a každý další cestující to udělá stejně. Výsledkem je spolehlivý a spolehlivý přechod.
Takové spojení mezi neurony se nazývá synapse a hraje důležitou roli v mozkové aktivitě. Domníváme se, že i naše paměť je výsledkem práce synapse. Tato spojení zajišťují větší rychlost průchodu nervových impulzů - signál podél neuronového obvodu se pohybuje rychlostí 360 km / h nebo 100 m / s. Můžete vypočítat, kolik času přichází do mozku signál z prstu, který jste náhodně pichl s jehlou. Existuje staré tajemství: "Jaká je nejrychlejší věc na světě?" Odpověď: "Myšlienka." A bylo to velmi jasné.
Druhy neuronů
Neurony nejsou jen v mozku, kde tvoří, interagují, centrální nervový systém. Neurony se nacházejí ve všech orgánech našeho těla, ve svalech a vazy na povrchu kůže. Zejména mnoho z nich v receptoru, tedy smysly. Rozsáhlá síť nervových buněk, která proniká celým lidským tělem, je periferní nervový systém, který plní funkce stejně důležité jako centrální nervový systém. Rozmanitost neuronů je rozdělena do tří hlavních skupin:
- Affector neurony dostávají informace od smyslových orgánů a ve formě impulzů podél nervových vláken ji dodávají do mozku. Tyto nervové buňky mají nejdelší axony, protože jejich tělo je umístěno v odpovídající části mozku. Existuje přísná specializace a zvukové signály směřují výhradně do sluchové části mozku, vůně - na čichové, světlo - k vizuálnímu atd.
- Meziproduktové nebo interkalární neurony zpracovávají informace získané od pacientů. Po vyhodnocení informací předurčují střední neurony smyslové orgány a svaly umístěné na okraji našeho těla.
- Efektantní nebo efektorové neurony vysílají tento příkaz z meziproduktu ve formě nervového impulsu do orgánů, svalů atd.
Nejtěžší a nejméně pochopitelná je práce na středních neuronech. Jsou zodpovědné nejen za reflexní reakce, jako je například stažení ruky z horké pánve nebo blikání při záblesku světla. Tyto nervové buňky poskytují takové komplexní duševní procesy jako myšlení, představivost, kreativita. A jak se okamžitá výměna nervových impulzů mezi neurony mění na živé obrazy, fantastické výkresy, brilantní objevy nebo jen reflexe na tvrdé pondělí? Toto je hlavní tajemství mozku, jehož se vědci dokonce ani nedařilo.
Jediná věc, která dokázala zjistit, že různé typy duševní aktivity jsou spojeny s aktivitou různých skupin neuronů. Sny do budoucna, zapamatování básně, vnímání milovaného člověka, přemýšlet o nakupování - to vše se odráží v našem mozku jako blesk aktivitu nervových buněk v různých místech mozkové kůry.
Neuronové funkce
Vzhledem k tomu, že neurony zajišťují fungování všech tělesných systémů, funkce nervových buněk musí být velmi rozmanité. Navíc nejsou stále plně pochopeny. Mezi mnoha různými klasifikacemi těchto funkcí si vybereme ten, který je nejrozumnější a blíže problémům psychologické vědy.
Funkce přenosu informací
Toto je hlavní funkce neuronů, s nimiž jsou spojeny jiné, byť ne méně významné. Stejná funkce je nejvíce studovaná. Všechny vnější signály do orgánů vstupují do mozku, kde jsou zpracovávány. A pak v důsledku zpětné vazby, ve formě příkazových impulzů, jsou přenášeny přes eferentní nervová vlákna zpět do senzorických orgánů, svalů atd.
Takový neustálý pohyb informací nastává nejen na úrovni periferního nervového systému, ale také v mozku. Spojení mezi neurony, které si vyměňují informace, tvoří neobvykle složité neuronové sítě. Představte si, že v mozku je nejméně 30 miliard neuronů a každý z nich může mít až 10 tisíc spojení. V polovině 20. století se kybernetika snažila vytvořit elektronický počítač pracující na principu lidského mozku. Ale neuspěly - procesy vyskytující se v centrálním nervovém systému se ukázaly jako příliš komplikované.
Funkce zachování zkušeností
Neurony jsou zodpovědné za to, co nazýváme pamětí. Přesněji řečeno, jak zjistili neurofyziologové, zachování stop signálů procházejících neurálními okruhy je zvláštním vedlejším produktem činnosti mozku. Základem paměti jsou velmi proteinové molekuly - neurotransmitery, které vznikají jako spojovací most mezi nervovými buňkami. Proto neexistuje žádná zvláštní část mozku, která by byla odpovědná za ukládání informací. A jestliže v důsledku zranění nebo nemoci dochází ke zničení neuronových vazeb, pak může osoba částečně ztratit paměť.
Integrační funkce
Je to interakce mezi různými částmi mozku. Okamžité "záblesky" přenášených a přijatých signálů, horké skvrny v kůře mozku - to je zrození obrazů, pocitů a myšlenek. Komplexní neurální spojení, které mezi sebou spojují různé části mozkové kůry a pronikají do subkortikální zóny, jsou výsledkem naší duševní činnosti. A čím více takovýchto spojení vzniká, tím lepší je paměť a produktivnější myšlení. To je ve skutečnosti, čím více si myslíme, tím chytřejší se stáváme.
Funkce produkce bílkovin
Aktivita nervových buněk není omezena na informační procesy. Neurony jsou skutečné továrny na bílkoviny. Jedná se o stejné neurotransmitery, které fungují nejen jako "můstek" mezi neurony, ale také hrají obrovskou roli při regulaci práce našeho těla jako celku. V současné době existuje asi 80 druhů těchto proteinových sloučenin, které plní různé funkce:
- Norepinefrin, někdy označovaný jako hněv nebo stresový hormon. To tón těla, zlepšuje výkon, dělá srdce bít rychleji a připravuje tělo na okamžité opatření odrazit nebezpečí.
- Dopamin je hlavní tonikou našeho těla. Podílí se na revitalizaci všech systémů, a to i během probuzení, během fyzické námahy a vytváří pozitivní emocionální postoj až k euforii.
- Serotonin je také látka "dobré nálady", přestože neovlivňuje fyzickou aktivitu.
- Glutamát je vysílač nezbytný pro fungování paměti, aniž by bylo možné dlouhodobé ukládání informací.
- Acetylcholin řídí procesy spánku a probuzení a je také nezbytný pro aktivování pozornosti.
Neurotransmitery, nebo spíše jejich počet, ovlivňují zdraví těla. A pokud existují problémy s produkcí těchto proteinových molekul, pak se mohou vyvinout závažné nemoci. Například nedostatek dopaminu je jednou z příčin Parkinsonovy nemoci a pokud se tato látka vyrábí příliš, může se vyvinout schizofrenie. Pokud se acetylcholin nevyrábí dostatečně, může dojít k velmi nepříjemné Alzheimerově chorobě, která je doprovázena demencí.
Tvorba neuronů v mozku začíná ještě před narozením člověka a během celé periody dozrávání se objevuje aktivní tvoření a komplikace nervových spojení. Dlouho se věřilo, že u dospělého člověka se nemohou objevit nové nervové buňky, ale proces jejich zániku je nevyhnutelný. Proto je duševní vývoj osobnosti možný pouze kvůli komplikacím nervových spojení. A pak ve stáří, všichni jsou odsouzeni k poklesu duševních schopností.
Nedávné studie však tuto pesimistickou předpověď vyvrátily. Švýcarští vědci prokázali, že existuje oblast mozku, která je zodpovědná za narození nových neuronů. Jedná se o hipokampus, produkuje denně až 1400 nových nervových buněk. A my vše, co musíte udělat, je aktivnější začlenění do mozku, přijímání a pochopení nových informací, vytváření nových neuronových spojení a komplikování neuronové sítě.
Neurony a nervová tkáň
Neurony a nervová tkáň
Nervní tkáň je hlavní konstrukční prvek nervového systému. Struktura nervové tkáně zahrnuje vysoce specializované nervové buňky - neurony a neurogliové buňky, které vykonávají podpůrné, sekreční a ochranné funkce.
Neuron je hlavní strukturální a funkční jednotka nervové tkáně. Tyto buňky jsou schopny přijímat, zpracovávat, kódovat, přenášet a ukládat informace, vytvářet kontakty s jinými buňkami. Jedinečné vlastnosti neuronu jsou schopnost vytvářet bioelektrické výboje (impulsy) a přenášet informace z procesů z jedné buňky do druhé pomocí specializovaných konců - synapse.
Funkce neuronu jsou podporovány syntézou ve své axoplazmě vysílacích látek - neurotransmiterů: acetylcholinu, katecholaminů atd.
Počet neuronů mozku se blíží 10 11. Na jednom neuronu může existovat až 10 000 synapsí. Jsou-li tyto prvky považovány za buňky ukládání informací, pak lze usoudit, že nervový systém může uložit 10 19 jednotek. informace, tj. schopný přizpůsobit se téměř všem znalostem nahromaděným lidstvem. Proto myšlenka, že lidský mozek během života si pamatuje vše, co se děje v těle a během jeho komunikace s prostředím, je zcela rozumné. Mozak však nemůže načíst z paměti veškeré informace, které jsou v něm uloženy.
Některé typy neurální organizace jsou charakteristické pro různé struktury mozku. Neurony upravující jednu funkci tvoří tzv. Skupiny, komplexy, sloupy, jádra.
Neurony se liší strukturou a funkcí.
Podle struktury (v závislosti na počtu procesů vystupujících z těla buňky) rozlišují unipolární (jeden výstupek), bipolární (se dvěma hroty) a vícepólový (s více výhonků) neuronů.
Funkčními vlastnostmi izolované aferentních (nebo dostředivá) neurony nosnou excitace z receptorů v CNS, eferentní, motor, motorické neurony (nebo odstředivá) přenos buzení CNS do inervovanou varhany a intercalary, kontaktu nebo meziprodukty neuronů propojení aferentní a eferentní neurony.
Příbuzní neurony patří k unipolárním, jejich tělo leží v páteřních gangliích. Rozšíření z procesu těla buňky T-tvar je rozdělen na dvě části, z nichž jedna je v centrálním nervovém systému a působí jako axonu a další přístupy k receptorům a je nejdelší dendrit.
Většina eferentních a interkalárních neuronů patří k multipolárním (obr. 1). Multipolární interkalární neurony se nacházejí ve velkých počtech v zadních rohů míchy, stejně jako ve všech ostatních částech CNS. Mohou být také bipolární, například retinální neurony s krátkým větvením dendritem a dlouhým axonem. Motoneurony se nacházejí hlavně v předních rozích míchy.
Obr. 1. Struktura nervové buňky:
1 - mikrotubuly; 2 - dlouhý proces nervové buňky (axon); 3 - endoplazmatické retikulum; 4-jádrové; 5 - neuroplasmus; 6 - dendritů; 7 - mitochondrie; 8 - jádro; 9 - pouzdro myelinu; 10 - Intercepce Ranvie; 11 - konec axonu
Neuroglia
Neuroglia nebo glia je sbírka buněčných prvků nervové tkáně, tvořené specializovanými buňkami různých tvarů.
Objevil ho R. Virkhov a jmenoval ho neuroglií, což znamená "nervové lepidlo". Neurogliové buňky vyplňují prostor mezi neurony, tvořící 40% objemu mozku. Gliální buňky jsou 3-4 krát menší než nervové buňky; jejich počet v centrálním nervovém systému savců dosahuje 140 miliard. S věkem se počet neuronů u lidí v mozku snižuje a počet buněk gliových buněk se zvyšuje.
Je zjištěno, že neuroglia souvisí s metabolizmem v nervové tkáni. Některé buňky neuroglie vylučují látky, které ovlivňují stav excitability neuronů. Je třeba poznamenat, že v různých duševních stavech dochází ke změně sekrece těchto buněk. Dlouhodobé stopové procesy v CNS jsou spojeny s funkčním stavem neuroglie.
Typy gliových buněk
Podle povahy struktury gliových buněk a jejich umístění v CNS jsou:
- astrocyty (astroglie);
- oligodendrocyty (oligodendroglie);
- mikrogliální buňky (mikroglie);
- Schwannovy buňky.
Gliální buňky zajišťují podpůrné a ochranné funkce pro neurony. Jsou součástí hematoencefalické bariérové struktury. Astrocyty jsou nejpočetnějším gliové buňky, vyplňuje prostor mezi neurony a synapse pokrývat. Zabraňují šíření neurotransmiterů šířících se z synaptické štěrbiny do CNS. Cytoplazmatické membrány astrocyty jsou receptory pro neurotransmitery, aktivace, které mohou způsobit kmitání membrány a potenciální změnu rozdílu astrocytů metabolismu.
Astrocyty těsně obklopují kapiláry cév mozku, které se nacházejí mezi nimi a neurony. Na tomto základě se předpokládá, že astrocyty hrají důležitou roli v metabolismu neuronů, regulující kapilární propustnost pro určité látky.
Jednou z důležitých vlastností astrocytů je jejich schopnost poglotat přebytek K + iontů, které mohou být nahromaděné v mezibuněčného prostoru při vysoké neuronální aktivity. V oblastech, útulné astrocyty vytvořené kanály gap junctions, jehož prostřednictvím může být astrocyty vyměňovány s různými ionty malé velikosti, a zejména tím, že K + iontů zvyšuje schopnosti absorpční K + iontů nekontrolovanému hromadění K + iontů v interneuron prostoru by vedlo ke zvýšení dráždivosti neuronů. Tím astrocyty absorpci přebytečné K + iontů z intersticiální tekutina, zabránit zvýšení dráždivosti neuronů a tvorbu ložisek zvýšené neuronální aktivity. Vzhled těchto lézí v lidském mozku, mohou být spojeny s tím, že jejich neurony generují řadu nervových impulsů, které se nazývají nárazové výměšky.
Astrocyty se podílejí na odstraňování a ničení neurotransmiterů vstupujících do extrasynaptických prostorů. Tak zabraňují akumulaci neurotransmiterů v neuronálních prostorách, což by mohlo vést k dysfunkci mozku.
Neurony a astrocyty jsou odděleny intercelulárními štěrbinami o velikosti 15-20 mikronů, které se nazývají intersticiální prostor. Intersticiální prostory zaujímají až 12-14% objemu mozku. Důležitou vlastností astrocytů je jejich schopnost absorbovat CO2 z extracelulární tekutiny těchto prostorů a tím udržovat stabilní pH mozku.
Astrocyty se podílejí na tvorbě rozhraní mezi nervovou tkání a mozkovými cévami, nervovou tkání a membránami mozku v procesu růstu a vývoje nervové tkáně.
Oligodendrocyty se vyznačují přítomností malého počtu krátkých procesů. Jednou z jejich hlavních funkcí je tvorba myelinového pláště nervových vláken v centrální nervové soustavě. Tyto buňky jsou také umístěny v těsné blízkosti těl neuronů, ale funkční význam této skutečnosti není znám.
Mikrogliální buňky tvoří 5 až 20% celkového počtu gliových buněk a jsou rozptýleny v celém centrálním nervovém systému. Je zjištěno, že antigeny jejich povrchu jsou totožné s antigeny krevních monocytů. To naznačuje jejich původ z mesodermu, pronikání do nervové tkáně během embryonálního vývoje a následnou transformaci na morfologicky rozpoznatelné mikrogliální buňky. V tomto ohledu se má za to, že nejdůležitější funkcí mikroglie je ochrana mozku. Bylo prokázáno, že když je poškozena nervová tkáň, počet fagocytických buněk v něm se zvětšuje kvůli makrofágům v krvi a aktivaci fagocytárních vlastností mikroglie. Odstraňují mrtvé neurony, gliové buňky a jejich strukturní prvky, fagocytární cizí částice.
Schwannovy buňky tvoří myelinový obal periferních nervových vláken mimo CNS. Membrána této buňky je opakovaně obalená kolem nervového vlákna a tloušťka výsledného myelinového pláště může přesáhnout průměr nervových vláken. Délka myelinizovaných oblastí nervových vláken je 1-3 mm. V intervalech mezi nimi (zastavení Ranviera) zůstává nervová vlákna pokryta pouze povrchovou membránou, která má excitabilitu.
Jednou z nejdůležitějších vlastností myelinu je jeho vysoká odolnost proti elektrickému proudu. To je vzhledem k vysokému obsahu myelinu sfingomyelinu a dalších fosfolipidů, což je nevodivé vlastnosti. V oblastech nervového vlákna pokrytého myelinem není proces vytváření nervových impulzů možný. Nervové impulsy jsou generovány pouze na membráně uzly Ranvier, která poskytuje vyšší míru nervových impulsů, ale myelinovaných nervových vláken, ve srovnání s unmyelinated.
Je známo, že struktura myelinu může být snadno narušena infekčním, ischemickým, traumatickým, toxickým poškozením nervového systému. Současně se vyvíjí proces demyelinizace nervových vláken. Zvláště často dochází k demyelinizaci při roztroušené skleróze. V důsledku demyelinizace klesá rychlost nervových impulzů podél nervových vláken, rychlost přenosu informací do mozku z receptorů a z neuronů na výkonné orgány klesá. To může vést ke zhoršení senzorické citlivosti, zhoršenému pohybu, regulaci fungování vnitřních orgánů a dalším závažným následkům.
Struktura a funkce neuronů
Neuron (nervová buňka) je strukturální a funkční jednotka centrálního nervového systému.
Anatomická struktura a vlastnosti neuronu splnit její hlavní funkce: metabolismus implementaci, energetického využití, vnímání různých signálů a jejich zpracování, tvorbu nebo se podílejí na odpovědích generování a vedení nervových impulsů sdružení neuronů v nervových obvodů, které poskytují jak jednoduché reflexní reakce, takže a vyšší integrační mozkové funkce.
Neurony se skládají z těla nervové buňky a procesů axonu a dendritů.
Obr. 2. Struktura neuronu
Trupová nervová buňka
Tělo (perikaryon, soma) neuronu a jeho procesy jsou pokryty celou neuronovou membránou. Membrána buněčného těla se liší od membrány axonu a dendritů obsahem různých iontových kanálů, receptorů a přítomnosti synapsí na něm.
V těle neuronu je neuroplasm a obklopen membráně jádra, hrubý a hladký endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, mitochondrie. Chromozómy neuronů jádro obsahuje sadu genů kódujících syntézu proteinů, potřebných pro tvorbu struktur a funkcí těla buňky, zpracovává a synapsí. Jsou proteiny, které fungují jako enzymy, dopravců, iontových kanálů, receptorů atd Některé bílkoviny vykonávat funkce, zatímco v jiných neuroplasm -. Zabudování do membránové organely, neuronové soma a procesů. Některé z nich, jako jsou například enzymy, které jsou nezbytné pro syntézu neurotransmiterů jsou dodávány axonálního transportu v zakončeních axonů. Peptidy jsou syntetizovány buňkami těla, které jsou nezbytné pro život axonů a dendritů (např, růstové faktory). Proto, když je neuronovo tělo poškozeno, jeho procesy se degenerují a zhroucují. Je-li neuron tělo uloženo, a tento proces je poškozen, to je její pomalá obnova (regenerace) a obnova inervace denervovaných svalů nebo orgánů.
Místo syntézy proteinů v neuronových orgánech je drsný endoplazmatické retikulum (tigroidnye Nissl orgánů nebo pelety) nebo volných ribosomů. Jejich obsah v neuronech je vyšší než v gliích nebo jiných buňkách těla. V hladkého endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu proteiny získat jejich vnitřní prostorové konformaci jsou seřazeny a odeslány do transportních toků do buněčných struktur těla, dendritů nebo axonu.
V řadě neuronálních mitochondrií je v důsledku oxidačních fosforylačních procesů vytvořen ATP, jehož energie se používá k udržení vitální aktivity neuronu, k práci iontových pump a k udržení asymetrie iontových koncentrací na obou stranách membrány. V důsledku toho je neuron v neustálé připravenosti nejen vnímat různé signály, ale i reagovat na ně - generování nervových impulzů a jejich použití pro řízení funkcí jiných buněk.
Molekulární receptory buněčné membrány, senzorické receptory tvořené dendrity a senzorické buňky epiteliálního původu se účastní mechanismů vnímání neuronů různých signálů. Signály z jiných nervových buněk mohou dosáhnout neuronu prostřednictvím četných synapsí vytvořených na dendritech nebo na neuronovém gelu.
Dendriti nervových buněk
Dendriti neuronu tvoří dendritický strom, povaha rozvětvení a velikost závisí na počtu synaptických kontaktů s jinými neurony (obr. 3). Na dendritech neuronu existují tisíce synapsí tvořené axony nebo dendryty jiných neuronů.
Obr. 3. Synaptické kontakty interneyronu. Šipky na levé straně ukazují příchod aferentních signálů dendritům a tělu interneuronu, vpravo směr šíření eferentních signálů interneuronu na jiné neurony.
Synapze mohou být heterogenní jak ve funkci (inhibiční, excitační), tak v typu použitého neurotransmiteru. Dendritickou membránou, která se podílí na tvorbě synapsí, je jejich postsynaptická membrána, která obsahuje receptory (iontové kanály závislé na ligandu) vůči neurotransmiteru použitému v této synapsi.
Excitatory (glutamatergic) synapse jsou umístěny hlavně na povrchu dendritů, kde jsou výšky nebo výrůstky (1-2 μm), tzv. Hřbety. V membráně páteře jsou kanály, jejichž propustnost závisí na rozdílu transmembránového potenciálu. V cytoplazmě dendritů v oblasti trnů jsou nalezeny sekundární mediátory intracelulární signální transdukce, stejně jako ribosomy, na kterých je protein syntetizován v reakci na příchod synaptických signálů. Přesná role trupu zůstává neznáma, ale je zřejmé, že zvyšují plochu dendritického stromu a vytvářejí synapse. Hřiby jsou také neuronové struktury pro příjem vstupních signálů a jejich zpracování. Dendrity a trny poskytují přenos informací z periferie do těla neuronů. Dendritická membrána v oblasti žacího ústrojí je polarizována v důsledku asymetrické distribuce minerálních iontů, provozu iontových čerpadel a přítomnosti iontových kanálů v něm. Tyto vlastnosti jsou základem přenosu informací podél membrány ve formě lokálních kruhových proudů (elektrotonicky), které se vyskytují mezi postsynaptickými membránami a oblastmi sousedící s dendritickou membránou.
Když se šíří přes dendritickou membránu, lokální proudy jsou tlumeny, ale jsou dostatečné, aby mohly přenášet signály na dendritické synaptické vstupy na membránu neuronu. Potenciálně závislé sodné a draselné kanály nebyly dosud identifikovány v dendritické membráně. Neexistuje excitabilita a schopnost vytvářet akční potenciály. Nicméně je známo, že potenciál působení na membráně axonální hromady se může šířit podél ní. Mechanismus tohoto jevu není znám.
Předpokládá se, že dendrity a trny jsou součástí nervových struktur zapojených do paměťových mechanismů. Počet hřbetů je obzvláště vysoký v dendritech neuronů mozkové kůry, bazálních ganglií a mozkové kůry. Oblast dendritického stromu a počet synapsí se v některých oblastech mozkové kůry starších lidí snižují.
Axon neuron
Axon je proces nervové buňky, který se nenachází v jiných buňkách. Na rozdíl od dendritů, jejichž počet je pro neuron odlišný, je axon stejný pro všechny neurony. Jeho délka může dosahovat až 1,5 m. V místě, kde axon opouští neuron, dochází k zesílení - axonální mohyla, pokrytá plazmovou membránou, která je brzy pokryta myelinem. Místo axonového kopce, odkryté myelinem, se nazývá počáteční segment. Axony neuronů, až po jejich konečné větve, jsou pokryty myelínovým pláštěm a přerušeny Ranvierovými záchyty - mikroskopickými negelovými oblastmi (asi 1 mikron).
V celém axonu (myelinated a nemyelinizovaných vláken) potaženého dvouvrstvá fosfolipidové membráně s vestavěným v molekulách proteinů, které vykonávají funkci transportu iontů, iontové kanály napěťově řízených a další. Proteiny jsou rovnoměrně rozděleny v membránových unmyelinated nervových vláken, a membránové myelinated nervová vlákna se nacházejí zejména v oblasti zastavení Ranvier. Vzhledem k tomu, že v axoplazme nejsou žádné hrubé retikulum a ribosomy, je zřejmé, že tyto proteiny jsou syntetizovány v těle neuronu a jsou přenášeny na axonovou membránu axonálním transportem.
Vlastnosti membrány pokrývající tělo a axon neuronu jsou různé. Tento rozdíl se týká především propustnosti membrány pro minerální ionty a je způsoben obsahem různých typů iontových kanálů. V případě, že obsah převažuje iontové kanály ligand-gated (včetně postsynaptické membrány), membrány z axonu, zejména v uzlech Ranvier, je zde vysoká hustota napěťově řízených sodíkových a draslíkových kanálů v membránového tělesa a dendrity neuronu.
Nejmenší polarizace (přibližně 30 mV) má membránu počátečního axonového segmentu. V oblastech axonu vzdálenějších od buněčného těla je velikost transmembránového potenciálu přibližně 70 mV. Nízká hodnota polarizace membrány počátečního segmentu axonu určuje, že v této oblasti má membrána neuronu největší excitabilitu. Právě zde postsynaptické potenciály, které se vyskytují na dendritické membráně a těle buňky v důsledku transformace informačních signálů na neuron v synapse, se šíří membránou těla neuronu pomocí místních kruhových elektrických proudů. Pokud tyto proudy způsobí depolarizaci membrány axonového kopci na kritickou úroveň (Ena), pak neuron reaguje na příchozí signály z jiných nervových buněk k tomu generováním jeho akčního potenciálu (nervový impuls). Výsledný nervový impuls se dále provádí podél axonu k jiným nervovým, svalovým nebo žlazovým buňkám.
Na membráně počátečního axonového segmentu jsou vytvořeny trny, na kterých jsou vytvořeny syntetické syntezy GABA-ergické brzdy. Příjem signálů podél těchto synapsí od ostatních neuronů může zabránit vzniku nervových impulzů.
Klasifikace a typy neuronů
Klasifikace neuronů se provádí jak morfologickými, tak funkčními charakteristikami.
Podle počtu procesů se rozlišují multipolární, bipolární a pseudounipolární neurony.
Vzhledem k povaze spojení s jinými buňkami a funkcí, které provádějí, se rozlišují senzorické, interkalační a motorické neurony. Senzorické neurony jsou také nazývány aferentní neurony a jejich procesy jsou centripetální. Neurony, které vykonávají funkci přenosu signálu mezi nervovými buňkami, se nazývají interkalované nebo asociativní. Neurony, jejichž axony tvoří synapse na efektorových buňkách (svalové, žlázové), jsou označovány jako motorové nebo eferentní, jejich axony se nazývají odstředivé.
Aferentní (citlivé) neurony vnímají informace smyslovými receptory, transformují je do nervových impulzů a vedou do nervových center mozku a míchy. Těla citlivých neuronů se nacházejí v páteřních a kraniálních gangliích. Jedná se o pseudo-unipolární neurony, jejichž axon a dendrit se od sebe oddělují od těla neuronu a pak se oddělí. Dendrit být na obvodu orgánů a tkání v rámci smyslového nebo smíšeného nervu axon jako součást míšních části dorzálním rohu míchy, nebo v hlavových nervů - do mozku.
Vložené nebo asociativní neurony vykonávají funkce zpracování příchozích informací a zejména zajišťují uzavření reflexních oblouků. Těla těchto neuronů se nacházejí v šedé hmotě mozku a míchy.
Účinné neurony také vykonávají funkci zpracování vstupních informací a přenos eferentních nervových impulzů z mozku a míchy do buněk výkonných (efektorových) orgánů.
Interaktivní aktivita neuronů
Každý neuron obdrží velké množství signálů prostřednictvím četných synapsí umístěných na jeho dendritech a těle, stejně jako prostřednictvím molekulárních receptorů plazmatických membrán, cytoplazmy a jádra. Přenos signálu využívá mnoho různých typů neurotransmiterů, neuromodulátorů a dalších signalizačních molekul. Je zřejmé, že pro vytvoření odpovědi na současný příchod více signálů musí být neuron schopen integrovat je.
Soubor procesů, které poskytují zpracování vstupních signálů a vytváření neuronové odezvy na ně, je zahrnut v konceptu integrační aktivity neuronu.
Vnímání a zpracování signálů přicházejících do neuronu se provádí za účasti dendritů, buněčného tělíska a axonového můstku neuronu (obr. 4).
Obr. 4. Integrace neuronových signálů.
Jednou z variant jejich zpracování a integrace (součtem) je transformace v synapsech a součet postsynaptických potenciálů na membráně těla a procesy neuronu. Vnímány signály jsou konvertovány synapsy na kmitání potenciálního rozdílu postsynaptické membrány (postsynaptické potenciály). V závislosti na typu synapsi přijímaného signálu může být převeden do malé (0,5 až 1,0 mV) změny depolarizačního potenciální rozdíl (EPSP - synapse v diagramu jsou znázorněny jako prázdné kroužky) nebo hyperpolarisating (IPSP - synapse na schématu znázorněny jako černé kruhy). Více signálů může současně dorazit do různých míst neuronu, z nichž některé jsou přeměněny na EPSP a jiné do TPPS.
Tyto výkyvy potenciální rozdíl se šíří lokální kruhové proudy neuronové membrány ve směru axonů návrší depolarizace vln (bílá na obrázku) a hyperpolarizaci (schéma černá) překrývají (v diagramu šedé části) k sobě navzájem. V této superpozici se sčítají amplitudy vln v jednom směru, zatímco opačné jsou redukovány (vyhlazeny). Takovéto algebraické sčítání potenciálního rozdílu na membráně se nazývá prostorové sumování (obr. 4 a 5). Výsledkem tohoto součtu, může být buď axonový hrbolek membrána depolarizace a generování nervového impulsu (případy 1 a 2 na obr. 4), nebo jeho hyperpolarizace a prevenci nervového impulsu (případy 3 a 4 na obr. 4).
Za účelem posunu potenciálního rozdílu membrány axonového kupce (asi 30 mV) na Ena, musí být depolarizován na 10-20 mV. To povede k objevení potenciálně závislých sodíkových kanálů, které se v něm vyskytují, a generování nervových impulzů. Vzhledem k tomu, obdržení PD a její přeměny EPSP membrány depolarizace může dosáhnout až 1 mV a lo šířit do axonů vyvýšenině je s tlumením, pro generování trebuetsyaodnovremennoe nervový impuls toku do neuronu prostřednictvím synapsí 40-80 excitační nervové impulsy z jiných neuronů, a shrnutí stejný počet ipsp.
Obr. 5. Prostorové a časové součtování neuronu EPSP; a - BSPP na jeden podnět; a - VPSP pro vícenásobnou stimulaci z různých aferentů; c - I-VPSP pro častou stimulaci pomocí jediného nervového vlákna
Jestliže v tomto okamžiku dosáhne jisté množství nervových impulzů neuronem prostřednictvím inhibičních synapsí, pak bude jeho aktivace a generování odpovědi nervového impulsu možné a současně zvýší tok signálů prostřednictvím excitačních synaps. V situaci, kdy signály přijaté přes inhibičních synapsí způsobit hyperpolarizace membrány neuronu, se rovná nebo je větší ve velikosti depolarizaci způsobenou signály přijímané prostřednictvím excitačních synapsí, membrána depolarizace axonový hrbolek nelze provést, neuron nevygeneruje nervové impulsy a stane neaktivní.
Neuron také provádí dočasné shrnutí signálů EPSP a TPPS, které k němu přicházejí téměř současně (viz obr. 5). Změny potenciálních rozdílů způsobených jimi v blízkých synaptických oblastech mohou být také algebraicky shrnuty, což se nazývá dočasné sumování.
Tak každý nervový impuls generovaný neuronem, stejně jako neuronovo tiché období, obsahuje informace z mnoha jiných nervových buněk. Obvykle je čím častější jsou signály z jiných buněk na neuron, tím častěji generuje odezvu nervových impulsů vyslaných axonem do jiných nervových nebo efektorových buněk.
Vzhledem k tomu, že sodíkové kanály existují v membráně těla neuronu a dokonce i v jeho dendritech (i když v malém počtu), akční potenciál, který vznikl na membráně axonového kopci, se může rozšířit na tělo a část neuronových dendritů. Význam tohoto jevu není dostatečně jasný, ale předpokládá se, že rozšiřující akční potenciál na okamžik vyhladí všechny lokální proudy na membráně, zničí potenciály a přispívá k efektivnějšímu vnímání nových informací neuronem.
Molekulární receptory se podílejí na transformaci a integraci signálů přicházejících do neuronu. Proto je jejich stimulace signálních molekul je možné provést prostřednictvím iniciovaných (G-proteiny, druhých poslů), které mění stav iontových kanálů, transformace snímaných signálů v oscilačním potenciální rozdíl neuron membránou, a které tvoří odezvu součtovou generující neuron v nervové impulsu nebo jeho inhibice.
Transformace signálů metabotropními molekulárními receptory neuronu je doprovázena jeho reakcí ve formě spouštění kaskády intracelulárních transformací. Reakcí neuronu v tomto případě může být zrychlení obecného metabolismu, zvýšení tvorby ATP, bez něhož není možné zvýšit jeho funkční aktivitu. Pomocí těchto mechanismů integruje neuron přijaté signály, aby zlepšil efektivitu vlastní činnosti.
Intracelulární transformace v neuronu, iniciovaná přijatými signály, často vedou ke zvýšení syntézy proteinových molekul, které v neuronu působí jako receptory, iontové kanály a nosiče. Zvýšením jejich počtu se neuron přizpůsobuje povaze příchozích signálů, zvyšuje citlivost na významnější a oslabuje - na méně významné.
Získání řady signálů neuronem může být doprovázeno expresí nebo represí některých genů, například kontrolou syntézy peptidových neuromodulátorů. Vzhledem k tomu, že jsou dodávány do axonů z neuronů a používá je pro zvýšení nebo snížení účinku svých neurotransmiterů s jinými neurony, neurony v reakci na signály tím, že může přijaté v závislosti na informacích získaných mají silnější nebo slabší vliv na to ovládá jiné nervové buňky. Vzhledem k tomu, že modulační účinek neuropeptidů může trvat dlouhou dobu, vliv neuronu na jiné nervové buňky může trvat i dlouhou dobu.
Díky schopnosti integrovat různé signály může tak neuron reagovat jemně na ně pomocí široké škály reakcí, což mu umožní účinně se přizpůsobit povaze příchozích signálů a použít je k regulaci funkcí jiných buněk.
Neurální obvody
CNS neurony interagují navzájem a vytvářejí různé synapsy v místě kontaktu. Výsledné nervové důsledky opakovaně zvyšují funkčnost nervového systému. Mezi nejčastější neurální obvody patří: lokální, hierarchické, konvergentní a divergentní neurální obvody s jedním vstupem (obr. 6).
Místní neurální obvody jsou tvořeny dvěma nebo více neurony. V tomto případě jeden z neuronů (1) dává svoji axonální zástavu neuronu (2), čímž vytvoří axosomatickou synapsu na svém těle a druhý - vytvoří synapsu na těle prvního neuronu s axonem. Místní neuronové sítě mohou fungovat jako pasti, v nichž jsou nervové impulsy schopné po dlouhou dobu cirkulovat v kruhu tvořeném několika neurony.
Možnost dlouhodobého oběhu excitační vlny (nervový impuls), která vznikla jednou kvůli přenosu do kruhové struktury, experimentálně ukázala profesor I.A. Vetokhin v experimentech na nervovém kruhu medúzy.
Kruhová cirkulace nervových impulsů místními nervových obvodů vykonává funkci transformace budicí frekvenci, umožňuje prodlouženou podráždění nervových center po obdržení terminační signály k němu, se účastní v mechanismy, informace o paměti.
Místní řetězy mohou také provádět funkci brzdění. Příkladem je opakující se inhibice, která se uskutečňuje v nejjednodušším lokálním nervovém řetězci míchy, tvořeném buňkami a-motoneuron a Renshaw.
Obr. 6. Nejjednodušší neurální obvody centrálního nervového systému. Popis v textu
V tomto případě se excitace, která se objevila v motorickém neuronu, šíří podél axonové větve, aktivuje Renshawovu buňku, která inhibuje neuron a-motor.
Konvergenční řetězce jsou tvořeny několika neurony, z nichž jeden (obvykle eferentní) konverguje nebo konverguje axony řady dalších buněk. Takové řetězce jsou široce distribuovány v centrální nervové soustavě. Například pyramidální neurony primárního motorického kortexu sbližují axony mnoha neuronů v citlivých polích kůry. Na motorických neuronech ventrálních rohů míchy se spojují axony tisíců citlivých a interkalovaných neuronů různých úrovní CNS. Konvergenční řetězce hrají důležitou roli při integraci signálů s eferentními neurony a koordinačními fyziologickými procesy.
Rozdílné řetězce s jedním vstupem jsou tvořeny neuronem s větvícím se axonem, z nichž každá větve tvoří synapsu s jinou nervovou buňkou. Tyto obvody plní funkce simultánního přenosu signálů z jednoho neuronu do mnoha dalších neuronů. Toho je dosaženo silným rozvětvením (vytvoření několika tisíc větví) axonu. Takové neurony se často nacházejí v jádrech retikulární formace mozkového kmene. Poskytují rychlý nárůst excitability mnoha částí mozku a mobilizaci jeho funkčních rezerv.