Νευρικές ώσεις στον εγκέφαλο. Τι είναι οι νευρώνες; Κινητικοί νευρώνες: περιγραφή, δομή και λειτουργίες

Άρθρο για τον διαγωνισμό "bio/mol/text": Οι κυτταρικές διεργασίες που διασφαλίζουν την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων απαιτούν πολλή ενέργεια. Η υψηλή κατανάλωση ενέργειας συνέβαλε στην πορεία της εξέλιξης στην επιλογή των περισσότερων αποτελεσματικούς μηχανισμούςκωδικοποίηση και μετάδοση πληροφοριών. Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε για τη θεωρητική προσέγγιση στη μελέτη της ενέργειας του εγκεφάλου, για το ρόλο της στην παθολογική έρευνα, για το ποιοι νευρώνες είναι πιο προχωρημένοι, γιατί μερικές φορές είναι ωφέλιμο για τις συνάψεις να μην «πυροδοτούν» και επίσης πώς επιλέγουν μόνο τις πληροφορίες που χρειάζεται ένας νευρώνας.

Γενικός χορηγός του διαγωνισμού είναι η εταιρεία: ο μεγαλύτερος προμηθευτής εξοπλισμού, αντιδραστηρίων και αναλώσιμων για βιολογική έρευνα και παραγωγή.

Χορηγός του Βραβείου Κοινού και συνεργάτης της υποψηφιότητας «Βιοϊατρική Σήμερα και αύριο» ήταν η εταιρεία «Invitro».

"Βιβλίο" χορηγός του διαγωνισμού - "Alpina non-fiction"

Προέλευση προσέγγισης

Από τα μέσα του 20ου αιώνα, είναι γνωστό ότι ο εγκέφαλος καταναλώνει σημαντικό μέρος των ενεργειακών πόρων ολόκληρου του οργανισμού: το ένα τέταρτο όλης της γλυκόζης και ⅕ όλου του οξυγόνου στην περίπτωση ενός ανώτερου πρωτεύοντος θηλαστικού. Αυτό ενέπνευσε τους William Levy και Robert Baxter από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΗΠΑ) να πραγματοποιήσουν μια θεωρητική ανάλυση της ενεργειακής απόδοσης της κωδικοποίησης πληροφοριών σε βιολογικά νευρωνικά δίκτυα (Εικ. 1). Η μελέτη βασίζεται στην ακόλουθη υπόθεση. Δεδομένου ότι η κατανάλωση ενέργειας του εγκεφάλου είναι υψηλή, είναι ωφέλιμο για αυτόν να έχει τέτοιους νευρώνες που λειτουργούν πιο αποτελεσματικά - μεταδίδουν μόνο χρήσιμες πληροφορίες και ξοδεύουν τη λιγότερη ποσότητα ενέργειας.

Αυτή η υπόθεση αποδείχθηκε σωστή: σε ένα απλό μοντέλο νευρωνικού δικτύου, οι συγγραφείς αναπαρήγαγαν τις πειραματικά μετρημένες τιμές ορισμένων παραμέτρων. Συγκεκριμένα, υπολόγισαν βέλτιστη συχνότηταΗ δημιουργία παλμών κυμαίνεται από 6 έως 43 imp. / s - σχεδόν το ίδιο όπως στους νευρώνες της βάσης του ιππόκαμπου. Μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες ανάλογα με τη συχνότητα παλμού: αργοί (~10 παλμοί/δευτερόλεπτα) και γρήγοροι (~40 παλμοί/δευτ.). Ταυτόχρονα, η πρώτη ομάδα υπερτερεί σημαντικά της δεύτερης. Παρόμοια εικόνα παρατηρείται και στον εγκεφαλικό φλοιό: υπάρχουν αρκετές φορές πιο αργοί πυραμιδικοί νευρώνες (~4-9 παλμοί/δευτερόλεπτοι) από τους γρήγορους ανασταλτικούς ενδονευρώνες (>100 παλμούς/δευτ.), . Έτσι, προφανώς, ο εγκέφαλος «προτιμά» να χρησιμοποιεί λιγότερους γρήγορους και ενεργοβόρους νευρώνες, ώστε να μην καταναλώνουν όλους τους πόρους, .

Εικόνα 1. Φαίνονται δύο νευρώνες.Σε ένα από αυτά μωβη προσυναπτική πρωτεΐνη συναπτοφυσίνη χρωματίζεται. Ένας άλλος νευρώνας είναι πλήρως έγχρωμος πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη. Μικρές φωτεινές κουκκίδες- συναπτικές επαφές μεταξύ νευρώνων. Στο ένθετο, ένα "κουκκίδα" παρουσιάζεται πιο κοντά.
Ονομάζονται ομάδες νευρώνων που συνδέονται μεταξύ τους με συνάψεις νευρωνικά δίκτυα, . Για παράδειγμα, στον εγκεφαλικό φλοιό, οι πυραμιδικοί νευρώνες και οι ενδονευρώνες σχηματίζουν εκτεταμένα δίκτυα. Η καλά συντονισμένη «συναυλιακή» δουλειά αυτών των κυττάρων καθορίζει τις ανώτερες γνωστικές και άλλες ικανότητές μας. Παρόμοια δίκτυα, μόνο από άλλους τύπους νευρώνων, κατανέμονται σε όλο τον εγκέφαλο, διασυνδέονται με συγκεκριμένο τρόπο και οργανώνουν το έργο ολόκληρου του οργάνου.

Τι είναι οι ενδονευρώνες;

Οι νευρώνες του κεντρικού νευρικού συστήματος χωρίζονται σε ενεργοποιητικός (σχηματίζουν ενεργοποιητικές συνάψεις) και κωλυτικός (σχηματίζουν ανασταλτικές συνάψεις). Οι τελευταίοι εκπροσωπούνται σε μεγάλο βαθμό ενδονευρώνες , ή ενδιάμεσους νευρώνες. Στον εγκεφαλικό φλοιό και στον ιππόκαμπο, είναι υπεύθυνοι για το σχηματισμό ρυθμών γάμα του εγκεφάλου, που εξασφαλίζουν τη συντονισμένη, σύγχρονη εργασία άλλων νευρώνων. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό για τις κινητικές λειτουργίες, την αντίληψη των αισθητηριακών πληροφοριών, το σχηματισμό μνήμης,.

Εύρεση του βέλτιστου

Στην πραγματικότητα, μιλάμε για ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης: την εύρεση του μέγιστου μιας συνάρτησης και τον προσδιορισμό των παραμέτρων κάτω από τις οποίες επιτυγχάνεται. Στην περίπτωσή μας, η συνάρτηση είναι ο λόγος του αριθμού ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣστο ενεργειακό κόστος. Η ποσότητα των χρήσιμων πληροφοριών μπορεί να υπολογιστεί χονδρικά χρησιμοποιώντας τον τύπο του Shannon, που χρησιμοποιείται ευρέως στη θεωρία πληροφοριών, . Υπάρχουν δύο μέθοδοι για τον υπολογισμό του ενεργειακού κόστους, και οι δύο δίνουν εύλογα αποτελέσματα, . Ένα από αυτά - η "μέθοδος μέτρησης ιόντων" - βασίζεται στην καταμέτρηση του αριθμού των ιόντων Na + που εισήλθαν μέσα στον νευρώνα κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου συμβάντος σήματος (PD ή PSP, βλ. πλαϊνή γραμμή " Τι είναι ένα δυναμικό δράσης”) ακολουθούμενη από μετατροπή στον αριθμό των μορίων τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), το κύριο ενεργειακό «νόμισμα» των κυττάρων. Το δεύτερο βασίζεται στην περιγραφή των ρευμάτων ιόντων μέσω της μεμβράνης σύμφωνα με τους νόμους της ηλεκτρονικής και σας επιτρέπει να υπολογίσετε την ισχύ του ισοδύναμου ηλεκτρικού κυκλώματος του νευρώνα, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε κόστος ATP.

Αυτές οι «βέλτιστες» τιμές παραμέτρων πρέπει στη συνέχεια να συγκριθούν με αυτές που μετρήθηκαν πειραματικά και να καθορίσουν πόσο διαφέρουν. Η συνολική εικόνα των διαφορών θα δείξει το βαθμό βελτιστοποίησηενός δεδομένου νευρώνα στο σύνολό του: πόσο πραγματικές, μετρημένες πειραματικά, οι τιμές των παραμέτρων συμπίπτουν με τις υπολογισμένες. Όσο πιο αδύναμες είναι οι διαφορές, τόσο πιο κοντά βρίσκεται ο νευρώνας στο βέλτιστο και τόσο πιο αποτελεσματικά και βέλτιστα λειτουργεί ενεργειακά. Από την άλλη πλευρά, μια σύγκριση συγκεκριμένων παραμέτρων θα δείξει σε ποια συγκεκριμένη ικανότητα αυτός ο νευρώνας είναι κοντά στο «ιδανικό».

Περαιτέρω, στο πλαίσιο της ενεργειακής απόδοσης των νευρώνων, εξετάζονται δύο διαδικασίες στις οποίες βασίζεται η κωδικοποίηση και η μετάδοση πληροφοριών στον εγκέφαλο. Αυτή είναι μια νευρική ώθηση, ή δυναμικό δράσης, μέσω του οποίου μπορούν να γίνουν πληροφορίες Απεσταλμένα"αποδέκτης" σε μια ορισμένη απόσταση (από μικρόμετρα έως ενάμισι μέτρο) και η συναπτική μετάδοση που βρίσκεται κάτω από την πραγματική μετάδοσησήμα από τον ένα νευρώνα στον άλλο.

δυνατότητες δράσης

δυνατότητες δράσης (Π.Δ) είναι ένα σήμα που στέλνουν οι νευρώνες ο ένας στον άλλο. Το PD είναι διαφορετικό: γρήγορο και αργό, μικρό και μεγάλο. Συχνά οργανώνονται σε μεγάλες ακολουθίες (όπως γράμματα σε λέξεις), ή σε σύντομες «πακέτα» υψηλής συχνότητας (Εικ. 2).

Εικόνα 2. Διαφορετικοί τύποι νευρώνων παράγουν διαφορετικά σήματα. Στο κέντρο- διαμήκης τομή του εγκεφάλου ενός θηλαστικού. Τα ένθετα δείχνουν διαφορετικούς τύπους σημάτων που καταγράφονται με μεθόδους ηλεκτροφυσιολογίας. ένα - Φλοιώδης ( Εγκεφαλικός φλοιός) οι πυραμιδικοί νευρώνες μπορούν να μεταδώσουν ως σήματα χαμηλής συχνότητας ( Τακτική πυροδότηση), και σύντομα σήματα έκρηξης ή έκρηξης ( εκρηκτική βολή). σι - Για κύτταρα Purkinje της παρεγκεφαλίδας ( Παρεγκεφαλίτιδα) χαρακτηρίζεται μόνο από δραστηριότητα ριπής σε πολύ υψηλή συχνότητα. σε - Οι νευρώνες αναμετάδοσης του θαλάμου ( Θάλαμος) έχουν δύο τρόπους δραστηριότητας: ριπή και τονωτική ( τονωτικό ψήσιμο). σολ - Νευρώνες του μεσαίου τμήματος του λουριού ( MHb, Εσωτερική χαβενούλα) του επιθαλάμου παράγουν τονωτικά σήματα χαμηλής συχνότητας.

Τι είναι το δυναμικό δράσης;

1. μεμβράνη και ιόντα.Η πλασματική μεμβράνη του νευρώνα διατηρεί μια ανομοιόμορφη κατανομή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωκυτταρικού περιβάλλοντος (Εικ. 3 σι) . Μεταξύ αυτών των ουσιών υπάρχουν επίσης μικρά ιόντα, από τα οποία τα K + και Na + είναι σημαντικά για την περιγραφή της PD.
   Υπάρχουν λίγα ιόντα Na + μέσα στο κύτταρο, αλλά πολλά έξω. Εξαιτίας αυτού, προσπαθούν συνεχώς να μπουν στο κλουβί. Αντίθετα, υπάρχουν πολλά ιόντα K + μέσα στο κύτταρο και προσπαθούν να βγουν από αυτό. Τα ιόντα δεν μπορούν να το κάνουν από μόνα τους, επειδή η μεμβράνη είναι αδιαπέραστη από αυτά. Για τη διέλευση των ιόντων μέσω της μεμβράνης, είναι απαραίτητο να ανοίξετε ειδικές πρωτεΐνες - κανάλια ιόντωνμεμβράνες.



Εικόνα 3. Νευρώνας, δίαυλοι ιόντων και δυναμικό δράσης. ένα - Ανακατασκευή του κυττάρου της κανδέλας του εγκεφαλικού φλοιού αρουραίου. μπλεοι δενδρίτες και το σώμα του νευρώνα είναι χρωματισμένα (μπλε κηλίδα στο κέντρο), το κόκκινο- άξονας (σε πολλούς τύπους νευρώνων, ο άξονας είναι πολύ πιο διακλαδισμένος από τους δενδρίτες). Χόρτακαι κατακόκκινα βέληυποδεικνύουν την κατεύθυνση της ροής των πληροφοριών: οι δενδρίτες και το σώμα του νευρώνα τις λαμβάνουν, ο άξονας τις στέλνει σε άλλους νευρώνες. σι - Η μεμβράνη ενός νευρώνα, όπως κάθε άλλο κύτταρο, περιέχει διαύλους ιόντων. Πράσινες κούπες- Ιόντα Na +, μπλε- Ιόντα K +. σε - Αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης κατά τη δημιουργία ενός δυναμικού δράσης (AP) από τον νευρώνα Purkinje. πράσινη περιοχή: Οι δίαυλοι Na είναι ανοιχτοί, τα ιόντα Na + εισέρχονται στον νευρώνα, εμφανίζεται εκπόλωση. Μπλε περιοχή:Τα κανάλια K είναι ανοιχτά, το K + εξέρχεται, εμφανίζεται επαναπόλωση. Η επικάλυψη των πράσινων και μπλε περιοχών αντιστοιχεί στην περίοδο κατά την οποία το Na + εισέρχεται και το K + εξέρχεται ταυτόχρονα.

2. κανάλια ιόντων.Η ποικιλία των καναλιών είναι τεράστια. Μερικά από αυτά ανοίγουν ως απόκριση σε μια αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης, άλλα - όταν ένας συνδετήρας (ένας νευροδιαβιβαστής σε μια σύναψη, για παράδειγμα) δεσμεύεται, άλλοι - ως αποτέλεσμα μηχανικών αλλαγών στη μεμβράνη κ.λπ. Το άνοιγμα του καναλιού συνίσταται στην αλλαγή της δομής του, ως αποτέλεσμα της οποίας τα ιόντα μπορούν να περάσουν μέσα από αυτό. Μερικά κανάλια περνούν μόνο έναν συγκεκριμένο τύπο ιόντων, ενώ άλλα χαρακτηρίζονται από μικτή αγωγιμότητα.
   Τα κανάλια που «αισθάνονται» το δυναμικό της μεμβράνης παίζουν βασικό ρόλο στη δημιουργία AP - δυνητικά εξαρτώμενοκανάλια ιόντων. Ανοίγουν ως απόκριση σε αλλαγές στο δυναμικό της μεμβράνης. Μεταξύ αυτών, μας ενδιαφέρει το δυνητικό-εξαρτώμενο κανάλια νατρίου(κανάλια Na), περνώντας μόνο ιόντα Na + και κανάλια καλίου που εξαρτώνται από την τάση (κανάλια K), περνώντας μόνο ιόντα K +.

Το PD είναι μια σχετικά ισχυρή σε πλάτος αλλαγή που μοιάζει με άλμα στο δυναμικό της μεμβράνης.

3. Ιωνικό ρεύμα και PD.Η βάση του PD είναι το ρεύμα ιόντων - η κίνηση των ιόντων μέσω των διαύλων ιόντων της μεμβράνης. Δεδομένου ότι τα ιόντα είναι φορτισμένα, το ρεύμα τους οδηγεί σε αλλαγή του συνολικού φορτίου εντός και εκτός του νευρώνα, κάτι που συνεπάγεται αμέσως αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης.
   Η δημιουργία AP, κατά κανόνα, συμβαίνει στο αρχικό τμήμα του άξονα - σε εκείνο το τμήμα του που βρίσκεται δίπλα στο σώμα του νευρώνα, . Υπάρχουν πολλά κανάλια Na που συγκεντρώνονται εδώ. Εάν ανοίξουν, ένα ισχυρό ρεύμα ιόντων Na + θα ορμήσει στον άξονα και α αποπόλωσημεμβράνες - μείωση του δυναμικού της μεμβράνης σε απόλυτη τιμή (Εικ. 3 σε). Στη συνέχεια, πρέπει να επιστρέψετε στην αρχική του τιμή - επαναπόλωση. Τα ιόντα K + είναι υπεύθυνα για αυτό. Όταν ανοίξουν τα κανάλια Κ (λίγο πριν από το μέγιστο AP), τα ιόντα Κ+ θα αρχίσουν να φεύγουν από το κύτταρο και να επαναπολώνουν τη μεμβράνη.
   Η εκπόλωση και η επαναπόλωση είναι οι δύο κύριες φάσεις της ΠΔ. Εκτός από αυτά διακρίνονται αρκετά ακόμη, τα οποία, λόγω έλλειψης ανάγκης, δεν εξετάζονται εδώ. Μια λεπτομερής περιγραφή της γενιάς του PD μπορεί να βρεθεί στο,. Σύντομη περιγραφήΤο PD είναι επίσης σε άρθρα σχετικά με το "Biomolecule".
4. Αρχικό τμήμα άξονα και έναρξη AP.Τι οδηγεί στο άνοιγμα των διαύλων Na στο αρχικό τμήμα του άξονα; Και πάλι, η αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης, που «έρχεται» κατά μήκος των δενδριτών του νευρώνα (Εικ. 3 ένα). Αυτό - μετασυναπτικά δυναμικά (PSP) που προκύπτει από συναπτική μετάδοση. Αυτή η διαδικασία εξηγείται λεπτομερέστερα στο κύριο κείμενο.
5. Διεξαγωγή Π.Δ.Τα κοντινά κανάλια Na δεν θα είναι αδιάφορα για το AP στο αρχικό τμήμα του άξονα. Θα ανοίξουν επίσης ως απόκριση σε αυτή την αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης, η οποία θα προκαλέσει επίσης το AP. Το τελευταίο, με τη σειρά του, θα προκαλέσει παρόμοια «αντίδραση» στο επόμενο τμήμα του άξονα, πιο μακριά από το σώμα του νευρώνα κ.ο.κ. Έτσι συμβαίνει διεξαγωγής PD κατά μήκος του άξονα, . Τελικά θα φτάσει στις προσυναπτικές του καταλήξεις ( κατακόκκινα βέληστο σχ. 3 ένα) όπου μπορεί να προκαλέσει συναπτική μετάδοση.
6. Η κατανάλωση ενέργειας για την παραγωγή του AP είναι μικρότερη από ό,τι για το έργο των συνάψεων.Πόσα μόρια τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), το κύριο ενεργειακό «νόμισμα», κοστίζει η PD; Σύμφωνα με μια εκτίμηση, για τους πυραμιδικούς νευρώνες στον εγκεφαλικό φλοιό του αρουραίου, η κατανάλωση ενέργειας για τη δημιουργία 4 APs ανά δευτερόλεπτο είναι περίπου το ⅕ της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας του νευρώνα. Εάν λάβουμε υπόψη άλλες διαδικασίες σηματοδότησης, ιδίως τη συναπτική μετάδοση, η αναλογία θα είναι ⅘. Για τον φλοιό της παρεγκεφαλίδας, που είναι υπεύθυνος για κινητικές λειτουργίες, η κατάσταση είναι παρόμοια: η κατανάλωση ενέργειας για τη δημιουργία του σήματος εξόδου είναι το 15% του συνόλου και περίπου η μισή είναι για την επεξεργασία των πληροφοριών εισόδου. Έτσι, η PD απέχει πολύ από την πιο ενεργοβόρα διαδικασία. Παράγοντας του περισσότερη ενέργειααπαιτεί το έργο της συνάψεως,. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η διαδικασία παραγωγής PD δεν παρουσιάζει χαρακτηριστικά ενεργειακής απόδοσης.

Ανάλυση ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙοι νευρώνες (Εικ. 4) έδειξαν ότι οι νευρώνες των ασπόνδυλων δεν είναι πολύ ενεργειακά αποδοτικοί, και ορισμένοι νευρώνες σπονδυλωτών είναι σχεδόν τέλειοι. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, οι ενδονευρώνες του ιππόκαμπου που εμπλέκονται στο σχηματισμό της μνήμης και των συναισθημάτων, καθώς και οι νευρώνες αναμετάδοσης του θαλαμοφλοιού, οι οποίοι μεταφέρουν την κύρια ροή των αισθητηριακών πληροφοριών από τον θάλαμο στον εγκεφαλικό φλοιό, αποδείχθηκαν ότι είναι η περισσότερη ενέργεια. αποτελεσματικός.

Εικόνα 4. Διαφορετικοί νευρώνες είναι αποτελεσματικοί με διαφορετικούς τρόπους.Το σχήμα δείχνει μια σύγκριση της κατανάλωσης ενέργειας διαφορετικών τύπων νευρώνων. Η κατανάλωση ενέργειας υπολογίζεται στα μοντέλα όπως με τις αρχικές (πραγματικές) τιμές των παραμέτρων ( μαύρες στήλες), και με τις βέλτιστες, στις οποίες, αφενός, ο νευρώνας εκτελεί την ανάθεση της λειτουργίας του, αφετέρου, ξοδεύει μια ελάχιστη ενέργεια ( γκρίζες στήλες). Δύο τύποι νευρώνων σπονδυλωτών αποδείχθηκαν οι πιο αποτελεσματικοί από τους παρουσιαζόμενους: οι ενδονευρώνες του ιππόκαμπου ( ιππόκαμπος μεσονεύρων αρουραίου, RHI) και θαλαμοφλοιώδεις νευρώνες ( κύτταρο θαλαμοφλοιώδους αναμετάδοσης ποντικού, MTCR), αφού για αυτούς η κατανάλωση ενέργειας στο αρχικό μοντέλο είναι πιο κοντά στην κατανάλωση ενέργειας του βελτιστοποιημένου. Αντίθετα, οι νευρώνες των ασπόνδυλων είναι λιγότερο αποτελεσματικοί. Θρύλος: ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ (άξονας καλαμαριού) - γιγάντιος άξονας καλαμαριού. CA (άξονας καβουριού) - άξονας καβουριού? MFS (ποντικιού γρήγορη ακίδα φλοιώδης ενδονευρώνας) - γρήγορος ενδονευρώνας του φλοιού ποντικιού. BK (Σώμα μανιταριού μέλισσας Κύτταρο Kenyon) είναι το μανιταρόμορφο κύτταρο Kenyon της μέλισσας.

Γιατί είναι πιο αποτελεσματικά; Επειδή έχουν μικρή επικάλυψη των ρευμάτων Na- και K. Κατά τη δημιουργία PD, υπάρχει πάντα μια χρονική περίοδος που αυτά τα ρεύματα είναι παρόντα ταυτόχρονα (Εικ. 3 σε). Σε αυτή την περίπτωση, πρακτικά δεν υπάρχει μεταφορά φορτίου και η αλλαγή στο δυναμικό της μεμβράνης είναι ελάχιστη. Αλλά σε κάθε περίπτωση, πρέπει να «πληρώσουμε» για αυτά τα ρεύματα, παρά την «αχρηστία» τους αυτή την περίοδο. Επομένως, η διάρκειά του καθορίζει πόσες ενεργειακές πηγές σπαταλώνται. Όσο πιο σύντομο είναι, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η χρήση της ενέργειας. Όσο περισσότερο, τόσο λιγότερο αποτελεσματικό. Μόνο στους δύο προαναφερθέντες τύπους νευρώνων, χάρη στα γρήγορα κανάλια ιόντων, αυτή η περίοδος είναι πολύ μικρή και οι PD είναι οι πιο αποτελεσματικοί.

Παρεμπιπτόντως, οι ενδονευρώνες είναι πολύ πιο ενεργοί από τους περισσότερους άλλους νευρώνες στον εγκέφαλο. Ταυτόχρονα, είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη συντονισμένη, σύγχρονη εργασία των νευρώνων, με την οποία σχηματίζουν μικρά τοπικά δίκτυα. Πιθανώς, η υψηλή ενεργειακή απόδοση του AP των διανευρώνων είναι κάποιο είδος προσαρμογής στην υψηλή τους δραστηριότητα και ρόλο στο συντονισμό της εργασίας άλλων νευρώνων.

Synapse

Η μετάδοση σήματος από τον έναν νευρώνα στον άλλο λαμβάνει χώρα σε μια ειδική επαφή μεταξύ των νευρώνων, στο σύναψη . Θα εξετάσουμε μόνο χημικές συνάψεις (υπάρχουν κι άλλα ηλεκτρικός), αφού είναι πολύ συχνά στο νευρικό σύστημα και είναι σημαντικά για τη ρύθμιση του κυτταρικού μεταβολισμού, την παροχή θρεπτικών συστατικών.

Στο προσυναπτικό άκρο του άξονα, το AP προκαλεί την απελευθέρωση ενός νευροδιαβιβαστή στο εξωκυτταρικό περιβάλλον - στον νευρώνα υποδοχής. Ο τελευταίος απλώς προσβλέπει σε αυτό: στην δενδριτική μεμβράνη, οι υποδοχείς - κανάλια ιόντων συγκεκριμένου τύπου - δεσμεύουν τον νευροδιαβιβαστή, ανοίγουν και επιτρέπουν σε διάφορα ιόντα να περάσουν από τον εαυτό τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός μικρού μετασυναπτικό δυναμικό(PSP) στη μεμβράνη δενδρίτη. Μοιάζει με το AP, αλλά είναι πολύ μικρότερο σε πλάτος και συμβαίνει λόγω του ανοίγματος άλλων καναλιών. Πολλά από αυτά τα μικρά PSP, το καθένα από τη δική του σύναψη, «κατεβαίνουν» κατά μήκος της δενδριτικής μεμβράνης στο σώμα του νευρώνα ( πράσινα βέληστο σχ. 3 ένα) και φτάνουν στο αρχικό τμήμα του άξονα, όπου προκαλούν το άνοιγμα των καναλιών Na και τον «προκαλούν» να δημιουργήσει ΑΡ.

Τέτοιες συνάψεις ονομάζονται συναρπαστικός : συμβάλλουν στην ενεργοποίηση του νευρώνα και στη δημιουργία ΑΠ. Υπάρχουν επίσης κωλυτικός συνάψεις. Αντίθετα, συμβάλλουν στην αναστολή και αποτρέπουν τη δημιουργία ΑΡ. Συχνά υπάρχουν και οι δύο συνάψεις στον ίδιο νευρώνα. Μια ορισμένη σχέση μεταξύ αναστολής και διέγερσης είναι σημαντική για κανονική λειτουργίαεγκέφαλος, ο σχηματισμός εγκεφαλικών ρυθμών που συνοδεύουν ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.

Παραδόξως, η απελευθέρωση ενός νευροδιαβιβαστή στη σύναψη μπορεί να μην συμβεί καθόλου - αυτή είναι μια πιθανολογική διαδικασία. Οι νευρώνες εξοικονομούν ενέργεια με αυτόν τον τρόπο: η συναπτική μετάδοση καθορίζει ήδη περίπου το ήμισυ της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας των νευρώνων. Εάν οι συνάψεις πυροδοτούνταν πάντα, όλη η ενέργεια θα πήγαινε για να λειτουργήσουν και δεν θα έμεναν πόροι για άλλες διαδικασίες. Επιπλέον, είναι η χαμηλή πιθανότητα (20-40%) απελευθέρωσης νευροδιαβιβαστών που αντιστοιχεί στην υψηλότερη ενεργειακή απόδοση των συνάψεων. Ο λόγος της ποσότητας των χρήσιμων πληροφοριών προς την ενέργεια που δαπανάται σε αυτήν την περίπτωση είναι μέγιστη, . Έτσι, αποδεικνύεται ότι οι "αποτυχίες" παίζουν σημαντικό ρόλο στο έργο των συνάψεων και, κατά συνέπεια, ολόκληρου του εγκεφάλου. Και δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τη μετάδοση σήματος με μερικές φορές «μη λειτουργικές» συνάψεις, καθώς συνήθως υπάρχουν πολλές συνάψεις μεταξύ νευρώνων και τουλάχιστον μία από αυτές θα λειτουργήσει.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό της συναπτικής μετάδοσης είναι η διαίρεση της γενικής ροής πληροφοριών σε ξεχωριστά στοιχεία σύμφωνα με τη συχνότητα διαμόρφωσης του εισερχόμενου σήματος (χονδρικά μιλώντας, η συχνότητα των εισερχόμενων AP). Αυτό οφείλεται στον συνδυασμό διαφορετικών υποδοχέων στη μετασυναπτική μεμβράνη. Ορισμένοι υποδοχείς ενεργοποιούνται πολύ γρήγορα: για παράδειγμα, υποδοχείς AMPA (Το AMPA προέρχεται από α- ένα μινο-3-υδροξυ-5- Μ αιθυλ-4-ισοξαζόλη Π ροπιονικό ένα cid). Εάν υπάρχουν μόνο τέτοιοι υποδοχείς στον μετασυναπτικό νευρώνα, μπορεί ξεκάθαρα να αντιληφθεί ένα σήμα υψηλής συχνότητας (όπως, για παράδειγμα, στο Σχ. 2 σε). Το πιο ξεκάθαρο παράδειγμα είναι οι νευρώνες του ακουστικού συστήματος που εμπλέκονται στον προσδιορισμό της θέσης της πηγής του ήχου και στην ακριβή αναγνώριση σύντομων ήχων, όπως τα κλικ, που αναπαρίστανται ευρέως στην ομιλία. Υποδοχείς NMDA (NMDA - από Ν -Μ αιθύλιο- ρε -ένα σπαρτιατικά) είναι πιο αργά. Επιτρέπουν στους νευρώνες να επιλέγουν σήματα χαμηλότερης συχνότητας (Εικ. 2 σολ), καθώς και να αντιλαμβάνονται τη σειρά υψηλών συχνοτήτων του AP ως κάτι ενιαίο - τη λεγόμενη ενσωμάτωση συναπτικών σημάτων. Υπάρχουν ακόμη πιο αργοί μεταβοτροπικοί υποδοχείς, οι οποίοι, όταν δεσμεύουν έναν νευροδιαβιβαστή, μεταδίδουν ένα σήμα σε μια αλυσίδα ενδοκυτταρικών «δευτερογενών αγγελιοφόρων» για να προσαρμόσουν μια ποικιλία κυτταρικές διεργασίες. Για παράδειγμα, οι υποδοχείς που σχετίζονται με την πρωτεΐνη G είναι ευρέως διαδεδομένοι. Ανάλογα με τον τύπο, για παράδειγμα, ρυθμίζουν τον αριθμό των καναλιών στη μεμβράνη ή ρυθμίζουν άμεσα τη λειτουργία τους.

Διάφοροι συνδυασμοί ταχέων υποδοχέων AMPA-, πιο αργών NMDA- και μεταβοτροπικών υποδοχέων επιτρέπουν στους νευρώνες να επιλέγουν και να χρησιμοποιούν τις πιο χρήσιμες πληροφορίες για αυτούς, οι οποίες είναι σημαντικές για τη λειτουργία τους. Και οι «άχρηστες» πληροφορίες εξαλείφονται, δεν γίνονται «αντιληπτές» από τον νευρώνα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρειάζεται να ξοδέψετε ενέργεια για την επεξεργασία περιττών πληροφοριών. Αυτή είναι μια άλλη πτυχή της βελτιστοποίησης της συναπτικής μετάδοσης μεταξύ των νευρώνων.

Τι άλλο?

Η ενεργειακή απόδοση των εγκεφαλικών κυττάρων μελετάται επίσης σε σχέση με τη μορφολογία τους. Η έρευνα δείχνει ότι η διακλάδωση των δενδριτικών και των αξόνων δεν είναι χαοτική και εξοικονομεί ενέργεια. Για παράδειγμα, ο άξονας διακλαδίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε το συνολικό μήκος της διαδρομής από το οποίο διέρχεται το AP να είναι το μικρότερο. Σε αυτή την περίπτωση, η κατανάλωση ενέργειας για την αγωγή του AP κατά μήκος του άξονα είναι ελάχιστη.

Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ενός νευρώνα επιτυγχάνεται επίσης με μια ορισμένη αναλογία ανασταλτικών και διεγερτικών συνάψεων. Αυτό σχετίζεται άμεσα, για παράδειγμα, με ισχαιμία(παθολογική κατάσταση που προκαλείται από διαταραχή της ροής του αίματος στα αγγεία) του εγκεφάλου. Σε αυτή την παθολογία, πιθανότατα, οι πιο ενεργοί μεταβολικά νευρώνες είναι οι πρώτοι που αποτυγχάνουν. Στον φλοιό, αντιπροσωπεύονται από ανασταλτικούς ενδονευρώνες που σχηματίζουν ανασταλτικές συνάψεις σε πολλούς άλλους πυραμιδικούς νευρώνες. Ως αποτέλεσμα του θανάτου των ενδονευρώνων, η πυραμιδική αναστολή μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει αύξηση γενικού επιπέδουδραστηριότητα του τελευταίου (οι συνάψεις ενεργοποίησης λειτουργούν πιο συχνά, τα AP δημιουργούνται πιο συχνά). Ακολουθεί αμέσως η αύξηση της ενεργειακής τους κατανάλωσης, η οποία υπό συνθήκες ισχαιμίας μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο νευρώνων.

Κατά τη μελέτη των παθολογιών, δίνεται επίσης προσοχή στη συναπτική μετάδοση ως την πιο ενεργοβόρα διαδικασία. Για παράδειγμα, στις ασθένειες Πάρκινσον, Χάντινγκτον, Αλτσχάιμερ, υπάρχει δυσλειτουργία ή μεταφορά στις συνάψεις των μιτοχονδρίων, που παίζουν σημαντικό ρόλο στη σύνθεση του ΑΤΡ. Στην περίπτωση της νόσου του Πάρκινσον, αυτό μπορεί να οφείλεται σε διαταραχή και θάνατο νευρώνων της μέλαινας ουσίας που καταναλώνουν πολύ ενέργεια, η οποία είναι σημαντική για τη ρύθμιση των κινητικών λειτουργιών και του μυϊκού τόνου. Στη νόσο του Huntington, η μεταλλαγμένη πρωτεΐνη huntingtin διαταράσσει τους μηχανισμούς παροχής νέων μιτοχονδρίων στις συνάψεις, γεγονός που οδηγεί σε «ενεργειακή πείνα» των τελευταίων, αυξημένη ευαλωτότητα των νευρώνων και υπερβολική ενεργοποίηση. Όλα αυτά μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω διαταραχή της εργασίας των νευρώνων, ακολουθούμενη από ατροφία του ραβδωτού σώματος και του εγκεφαλικού φλοιού. Στη νόσο του Αλτσχάιμερ, η διαταραχή των μιτοχονδρίων (παράλληλα με μείωση του αριθμού των συνάψεων) συμβαίνει λόγω της εναπόθεσης αμυλοειδών πλακών. Η δράση του τελευταίου στα μιτοχόνδρια οδηγεί σε οξειδωτικό στρες, καθώς και σε απόπτωση - κυτταρικό θάνατο νευρώνων.

Για άλλη μια φορά για όλα

Στα τέλη του 20ου αιώνα, γεννήθηκε μια προσέγγιση στη μελέτη του εγκεφάλου, στην οποία εξετάζονται ταυτόχρονα δύο σημαντικά χαρακτηριστικά: πόσο ένας νευρώνας (ή νευρωνικό δίκτυο, ή σύναψη) κωδικοποιεί και μεταδίδει χρήσιμες πληροφορίες και πόση ενέργεια ξοδεύει, . Η αναλογία τους είναι ένα είδος κριτηρίου για την ενεργειακή απόδοση των νευρώνων, των νευρωνικών δικτύων και των συνάψεων.

Η χρήση αυτού του κριτηρίου στην υπολογιστική νευροεπιστήμη έχει δώσει σημαντική αύξηση στη γνώση σχετικά με το ρόλο ορισμένων φαινομένων, διαδικασιών, . Συγκεκριμένα, η χαμηλή πιθανότητα απελευθέρωσης νευροδιαβιβαστών στη σύναψη, μια ορισμένη ισορροπία μεταξύ αναστολής και διέγερσης νευρώνων, η απελευθέρωση μόνο ενός συγκεκριμένου είδους εισερχόμενων πληροφοριών λόγω ενός συγκεκριμένου συνδυασμού υποδοχέων - όλα αυτά συμβάλλουν στην εξοικονόμηση πολύτιμων ενεργειακών πόρων.

Επιπλέον, ο απλός προσδιορισμός της κατανάλωσης ενέργειας των διεργασιών σηματοδότησης (για παράδειγμα, παραγωγή, αγωγή AP, συναπτική μετάδοση) καθιστά δυνατό να μάθουμε ποια από αυτά θα υποστεί πρώτα απ 'όλα σε περίπτωση παθολογικής παραβίασης της παροχής θρεπτικών ουσιών, . Δεδομένου ότι οι συνάψεις απαιτούν την περισσότερη ενέργεια για να λειτουργήσουν, είναι οι πρώτες που αποτυγχάνουν σε παθολογίες όπως η ισχαιμία, το Αλτσχάιμερ και οι ασθένειες του Χάντινγκτον. Ομοίως, ο προσδιορισμός της κατανάλωσης ενέργειας διαφορετικών τύπων νευρώνων βοηθά να ανακαλύψουμε ποιος από αυτούς θα πεθάνει νωρίτερα από άλλους σε περίπτωση παθολογίας. Για παράδειγμα, με την ίδια ισχαιμία, οι ενδονευρώνες του φλοιού θα αποτύχουν πρώτα απ 'όλα. Αυτοί οι ίδιοι νευρώνες, λόγω του εντατικού μεταβολισμού, είναι τα πιο ευάλωτα κύτταρα κατά τη γήρανση, τη νόσο του Αλτσχάιμερ και τη σχιζοφρένεια.

Ευχαριστώ

Είμαι ειλικρινά ευγνώμων στους γονείς μου Olga Natalevich και Alexander Zhukov, τις αδερφές Lyuba και Alena, τον επιβλέποντα μου Alexei Brazhe και τους υπέροχους φίλους μου στο εργαστήριο Evelina Nickelsparg και Olga Slatinskaya για την υποστήριξη και την έμπνευσή τους, τα πολύτιμα σχόλια που έγιναν κατά την ανάγνωση του άρθρου. Είμαι επίσης πολύ ευγνώμων στην Anna Petrenko, συντάκτρια του άρθρου, και στον Anton Chugunov, αρχισυντάκτη του Biomolecule, για τις σημειώσεις, τις προτάσεις και τα σχόλια.

Βιβλιογραφία

1. Λαίμαργος εγκέφαλος;
2. SEYMOUR S. KETY. (1957). Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ IN VIVO. Μεταβολισμός του Νευρικού Συστήματος. 221-237;
3. L. Sokoloff, M. Reivich, C. Kennedy, M. H. Des Rosiers, C. S. Patlak, et. al. (1977). Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΔΕΟΞΥΓΛΥΚΟΖΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΟΠΙΚΗΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ: ΘΕΩΡΙΑ, ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΣΤΟΝ ΣΥΝΕΙΔΗΤΟ ΚΑΙ ΑΝΙΣΘΗΤΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΑΛΜΠΙΝΟ ΠΟΥΡΙΑΙΟ. J Neurochem. 28 , 897-916;
4. Magistretti P.J. (2008). Μεταβολισμός ενέργειας του εγκεφάλου. In Fundamental neuroscience // Ed by. Squire L.R., Berg D., Bloom F.E., du Lac S., Ghosh A., Spitzer N. San Diego: Academic Press, 2008. P. 271–297;
5. Pierre J. Magistretti, Igor Allaman. (2015). Μια κυτταρική προοπτική για τον μεταβολισμό της ενέργειας του εγκεφάλου και τη λειτουργική απεικόνιση. Νευρώνας. 86 , 883-901;
6. William B Levy, Robert A. Baxter. (1996). Ενεργειακά αποδοτικοί νευρωνικοί κώδικες. Νευρωνικός Υπολογισμός. 8 , 531-543;
7. Sharp P.E. and Green C. (1994). Χωρικοί συσχετισμοί των μοτίβων πυροδότησης μεμονωμένων κυττάρων στο υποκοίλωμα του ελεύθερα κινούμενου αρουραίου. J. Neurosci. 14 , 2339–2356;
8. H. Hu, J. Gan, P. Jonas. (2014). Γρήγοροι, παρβαλβουμίνη+ GABAergic interneurons: Από τον κυτταρικό σχεδιασμό έως τη λειτουργία μικροκυκλώματος. Επιστήμη. 345 , 1255263-1255263;
9. Oliver Kann, Ισμήνη Ε Παπαγεωργίου, Andreas Draguhn. (2014). Οι ανασταλτικοί ενδονευρώνες υψηλής ενέργειας είναι ένα κεντρικό στοιχείο για την επεξεργασία πληροφοριών σε φλοιώδη δίκτυα. J-Cereb Blood Flow Metab. 34 , 1270-1282;
10. David Attwell, Simon B. Laughlin. (2001). Ένας Ενεργειακός Προϋπολογισμός για Σηματοδότηση στη Γκρίζα Ύλη του Εγκεφάλου. J-Cereb Blood Flow Metab. 21 , 1133-1145;
11. Henry Markram, Maria Toledo-Rodriguez, Yun Wang, Anirudh Gupta, Gilad Silberberg, Caizhi Wu. (2004).

Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα πολύπλοκο σύστημα στο οποίο συμμετέχουν πολλά μεμονωμένα μπλοκ και συστατικά. Εξωτερικά, η δομή του σώματος θεωρείται στοιχειώδης και ακόμη και πρωτόγονη. Ωστόσο, αν κοιτάξετε βαθύτερα και προσπαθήσετε να εντοπίσετε τα σχήματα σύμφωνα με τα οποία συμβαίνει η αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών οργάνων, τότε το νευρικό σύστημα θα έρθει στο προσκήνιο. Ο νευρώνας, που είναι ο κύριος λειτουργική μονάδααυτή η δομή, λειτουργεί ως πομπός χημικών και ηλεκτρικών παλμών. Παρά την εξωτερική ομοιότητα με άλλα κύτταρα, εκτελεί πιο σύνθετα και υπεύθυνα καθήκοντα, η υποστήριξη των οποίων είναι σημαντική για την ψυχοσωματική δραστηριότητα ενός ατόμου. Για να κατανοήσετε τα χαρακτηριστικά αυτού του υποδοχέα, αξίζει να κατανοήσετε τη συσκευή, τις αρχές λειτουργίας και τα καθήκοντά του.

Τι είναι οι νευρώνες;

Ένας νευρώνας είναι ένα εξειδικευμένο κύτταρο που είναι σε θέση να λαμβάνει και να επεξεργάζεται πληροφορίες κατά τη διαδικασία αλληλεπίδρασης με άλλες δομικές και λειτουργικές μονάδες του νευρικού συστήματος. Ο αριθμός αυτών των υποδοχέων στον εγκέφαλο είναι 10 11 (εκατό δισεκατομμύρια). Ταυτόχρονα, ένας νευρώνας μπορεί να περιέχει περισσότερες από 10 χιλιάδες συνάψεις - ευαίσθητες απολήξεις, μέσω των οποίων εμφανίζονται.Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι αυτά τα στοιχεία μπορούν να θεωρηθούν ως μπλοκ ικανά να αποθηκεύουν πληροφορίες, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι περιέχουν τεράστιες ποσότητες των πληροφοριών. Ένας νευρώνας ονομάζεται επίσης μια δομική μονάδα του νευρικού συστήματος, η οποία διασφαλίζει τη λειτουργία των αισθητηρίων οργάνων. Δηλαδή, αυτό το κελί θα πρέπει να θεωρείται ως ένα πολυλειτουργικό στοιχείο σχεδιασμένο για την επίλυση διαφόρων προβλημάτων.

Χαρακτηριστικά ενός κυττάρου νευρώνων

Τύποι νευρώνων

Η κύρια ταξινόμηση περιλαμβάνει τη διαίρεση των νευρώνων σε δομική βάση. Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες διακρίνουν νευρώνες χωρίς άξονα, ψευδομονοπολικούς, μονοπολικούς, πολυπολικούς και διπολικούς νευρώνες. Πρέπει να ειπωθεί ότι ορισμένα από αυτά τα είδη είναι ακόμη ελάχιστα μελετημένα. Αυτό ισχύει για κύτταρα χωρίς άξονα που είναι ομαδοποιημένα σε περιοχές νωτιαίος μυελός. Υπάρχει επίσης διαμάχη σχετικά με τους μονοπολικούς νευρώνες. Υπάρχουν απόψεις ότι τέτοια κύτταρα δεν υπάρχουν καθόλου στο ανθρώπινο σώμα. Αν μιλάμε για το ποιοι νευρώνες κυριαρχούν στο σώμα των ανώτερων όντων, τότε οι πολυπολικοί υποδοχείς θα έρθουν στο προσκήνιο. Πρόκειται για κύτταρα με δίκτυο δενδριτών και έναν άξονα. Μπορούμε να πούμε ότι αυτός είναι ένας κλασικός νευρώνας, ο πιο κοινός στο νευρικό σύστημα.

συμπέρασμα

Τα νευρωνικά κύτταρα αποτελούν αναπόσπαστο μέρος ανθρώπινο σώμα. Χάρη σε αυτούς τους υποδοχείς εξασφαλίζεται η καθημερινή λειτουργία εκατοντάδων και χιλιάδων χημικών πομπών στο ανθρώπινο σώμα. Στο παρόν στάδιοΗ ανάπτυξη της επιστήμης δίνει μια απάντηση στο ερώτημα τι είναι οι νευρώνες, αλλά ταυτόχρονα αφήνει χώρο για μελλοντικές ανακαλύψεις. Για παράδειγμα, σήμερα υπάρχουν διαφορετικές απόψεις σχετικά με ορισμένες από τις αποχρώσεις της εργασίας, της ανάπτυξης και της ανάπτυξης κυττάρων αυτού του τύπου. Αλλά σε κάθε περίπτωση, η μελέτη των νευρώνων είναι ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα της νευροφυσιολογίας. Αρκεί να πούμε ότι νέες ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα μπορούν να ρίξουν φως σε περισσότερα αποτελεσματικούς τρόπουςΠολλά ψυχική ασθένεια. Επιπλέον, η βαθιά κατανόηση των αρχών του τρόπου λειτουργίας των νευρώνων θα επιτρέψει την ανάπτυξη εργαλείων που διεγείρουν τη νοητική δραστηριότητα και βελτιώνουν τη μνήμη στη νέα γενιά.

Το ανθρώπινο σώμα είναι ένα αρκετά περίπλοκο και ισορροπημένο σύστημα που λειτουργεί σύμφωνα με σαφείς κανόνες. Επιπλέον, εξωτερικά φαίνεται ότι όλα είναι αρκετά απλά, αλλά στην πραγματικότητα το σώμα μας είναι μια εκπληκτική αλληλεπίδραση κάθε κυττάρου και οργάνου. Όλη αυτή η «ορχήστρα» διευθύνει το νευρικό σύστημα, που αποτελείται από νευρώνες. Σήμερα θα σας πούμε τι είναι οι νευρώνες και πόσο σημαντικοί είναι στο ανθρώπινο σώμα. Άλλωστε αυτοί είναι υπεύθυνοι για την ψυχική και σωματική μας υγεία.

Κάθε μαθητής γνωρίζει ότι ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα μας κυβερνούν. Αυτά τα δύο μπλοκ του σώματός μας αντιπροσωπεύονται από κύτταρα, καθένα από τα οποία ονομάζεται νευρικός νευρώνας. Αυτά τα κύτταρα είναι υπεύθυνα για τη λήψη και τη μετάδοση παλμών από νευρώνα σε νευρώνα και άλλα κύτταρα ανθρώπινων οργάνων.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τι είναι οι νευρώνες, μπορούν να αναπαρασταθούν ως το πιο σημαντικό στοιχείο του νευρικού συστήματος, το οποίο εκτελεί όχι μόνο αγώγιμο ρόλο, αλλά και λειτουργικό. Παραδόξως, μέχρι τώρα, οι νευροφυσιολόγοι συνεχίζουν να μελετούν τους νευρώνες και το έργο τους στη μετάδοση πληροφοριών. Φυσικά, έχουν σημειώσει μεγάλη επιτυχία στην επιστημονική τους έρευνα και έχουν καταφέρει να αποκαλύψουν πολλά μυστικά του σώματός μας, αλλά ακόμα δεν μπορούν να απαντήσουν μια για πάντα στο ερώτημα τι είναι οι νευρώνες.

Νευρικά κύτταρα: χαρακτηριστικά

Οι νευρώνες είναι κύτταρα και μοιάζουν από πολλές απόψεις με τα άλλα «αδέρφια» τους που αποτελούν το σώμα μας. Έχουν όμως μια σειρά από χαρακτηριστικά. Λόγω της δομής τους, τέτοια κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα, όταν συνδυάζονται, δημιουργούν ένα νευρικό κέντρο.

Ο νευρώνας έχει έναν πυρήνα και περιβάλλεται από ένα προστατευτικό περίβλημα. Αυτό το κάνει να σχετίζεται με όλα τα άλλα κύτταρα, αλλά η ομοιότητα τελειώνει εκεί. Άλλα χαρακτηριστικά νευρικό κύτταροκάντε το πραγματικά μοναδικό:

• Οι νευρώνες δεν διαιρούνται

Οι νευρώνες του εγκεφάλου (εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός) δεν διαιρούνται. Αυτό είναι εκπληκτικό, αλλά σταματούν να αναπτύσσονται σχεδόν αμέσως μετά την εμφάνισή τους. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ένα συγκεκριμένο πρόδρομο κύτταρο ολοκληρώνει τη διαίρεση ακόμη και πριν από την πλήρη ανάπτυξη του νευρώνα. Στο μέλλον, αυξάνει μόνο τις συνδέσεις, αλλά όχι την ποσότητα του στο σώμα. Πολλές ασθένειες του εγκεφάλου και του κεντρικού νευρικού συστήματος συνδέονται με αυτό το γεγονός. Με την ηλικία, μέρος των νευρώνων πεθαίνει και τα υπόλοιπα κύτταρα, λόγω της χαμηλής δραστηριότητας του ίδιου του ατόμου, δεν μπορούν να δημιουργήσουν συνδέσεις και να αντικαταστήσουν τα «αδέρφια» τους. Όλα αυτά οδηγούν σε ανισορροπία στο σώμα και, σε ορισμένες περιπτώσεις, σε θάνατο.

• Τα νευρικά κύτταρα μεταδίδουν πληροφορίες

Οι νευρώνες μπορούν να μεταδώσουν και να λάβουν πληροφορίες με τη βοήθεια διεργασιών - δενδρίτες και άξονες. Είναι σε θέση να αντιληφθούν ορισμένα δεδομένα με τη βοήθεια του χημικές αντιδράσειςκαι τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ώθηση, η οποία με τη σειρά της περνά μέσα από συνάψεις (συνδέσεις) στα απαραίτητα κύτταρα του σώματος.

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει τη μοναδικότητα των νευρικών κυττάρων, αλλά στην πραγματικότητα πλέον γνωρίζουν για τους νευρώνες μόνο το 20% αυτού που στην πραγματικότητα κρύβουν. Το δυναμικό των νευρώνων δεν έχει ακόμη αποκαλυφθεί, στον επιστημονικό κόσμο υπάρχει η άποψη ότι η αποκάλυψη ενός μυστικού της λειτουργίας των νευρικών κυττάρων γίνεται η αρχή ενός άλλου μυστικού. Και αυτή η διαδικασία φαίνεται να είναι ατελείωτη.

Πόσοι νευρώνες υπάρχουν στο σώμα;

Αυτές οι πληροφορίες δεν είναι γνωστές με βεβαιότητα, αλλά οι νευροφυσιολόγοι προτείνουν ότι υπάρχουν περισσότερα από εκατό δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα. Ταυτόχρονα, ένα κύτταρο έχει την ικανότητα να σχηματίζει έως και δέκα χιλιάδες συνάψεις, επιτρέποντάς σας να επικοινωνείτε γρήγορα και αποτελεσματικά με άλλα κύτταρα και νευρώνες.

Η δομή των νευρώνων

Κάθε νευρικό κύτταρο αποτελείται από τρία μέρη:

• σώμα νευρώνων (soma);
• δενδρίτες?
• άξονες.

Είναι ακόμα άγνωστο ποιες από τις διαδικασίες αναπτύσσονται πρώτη στο κυτταρικό σώμα, αλλά η κατανομή των ευθυνών μεταξύ τους είναι αρκετά εμφανής. Η διεργασία του νευρώνα του άξονα σχηματίζεται συνήθως σε ένα μόνο αντίγραφο, αλλά μπορεί να υπάρχουν πολλοί δενδρίτες. Ο αριθμός τους μερικές φορές φτάνει τις εκατοντάδες, όσο περισσότερους δενδρίτες έχει ένα νευρικό κύτταρο, τόσο περισσότερους μεγάλη ποσότητακελιά μπορεί να συνδεθεί. Επιπλέον, ένα εκτεταμένο δίκτυο καταστημάτων σας επιτρέπει να μεταφέρετε πολλές πληροφορίες στο συντομότερο δυνατό χρόνο.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι πριν από το σχηματισμό των διεργασιών, ο νευρώνας εγκαθίσταται σε όλο το σώμα και από τη στιγμή που εμφανίζονται, βρίσκεται ήδη σε ένα μέρος χωρίς αλλαγή.

Μετάδοση πληροφοριών από νευρικά κύτταρα

Για να κατανοήσουμε πόσο σημαντικοί είναι οι νευρώνες, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πώς εκτελούν τη λειτουργία τους στη μετάδοση πληροφοριών. Τα νευρωνικά ερεθίσματα μπορούν να κινούνται σε χημική και ηλεκτρική μορφή. Η διαδικασία του δενδρίτη του νευρώνα λαμβάνει πληροφορίες ως ερέθισμα και τις μεταδίδει στο σώμα του νευρώνα, ο άξονας τις μεταδίδει ως ηλεκτρονική ώθηση σε άλλα κύτταρα. Οι δενδρίτες ενός άλλου νευρώνα αντιλαμβάνονται την ηλεκτρονική ώθηση αμέσως ή με τη βοήθεια νευροδιαβιβαστών (χημικοί πομποί). Οι νευροδιαβιβαστές συλλαμβάνονται από τους νευρώνες και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται ως δικοί τους.

Τύποι νευρώνων με βάση τον αριθμό των διεργασιών

Οι επιστήμονες, παρατηρώντας το έργο των νευρικών κυττάρων, έχουν αναπτύξει διάφορους τύπους ταξινόμησης τους. Ένας από αυτούς διαιρεί τους νευρώνες ανάλογα με τον αριθμό των διεργασιών:

• μονοπολική?
• ψευδο-μονοπολικό?
• διπολικός;
• πολυπολική?
• χωρίς άξονα.

Ένας κλασικός νευρώνας θεωρείται πολυπολικός, έχει έναν βραχύ άξονα και ένα δίκτυο δενδριτών. Τα πιο κακώς μελετημένα είναι τα νευρικά κύτταρα που δεν είναι νευράξονες, οι επιστήμονες γνωρίζουν μόνο τη θέση τους - τον νωτιαίο μυελό.

Ανακλαστικό τόξο: ορισμός και σύντομη περιγραφή

Στη νευροφυσική υπάρχει ένας τέτοιος όρος ως "νευρώνες αντανακλαστικού τόξου". Χωρίς αυτό, είναι αρκετά δύσκολο να αποκτήσετε μια πλήρη εικόνα της εργασίας και της σημασίας των νευρικών κυττάρων. Ερεθιστικά που επηρεάζουν νευρικό σύστημαονομάζονται αντανακλαστικά. Αυτή είναι η κύρια δραστηριότητα του κεντρικού νευρικού μας συστήματος, πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός αντανακλαστικού τόξου. Μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα είδος δρόμου κατά μήκος του οποίου η ώθηση περνά από τον νευρώνα στην υλοποίηση της δράσης (αντανακλαστικό).

Αυτή η διαδρομή μπορεί να χωριστεί σε διάφορα στάδια:

• αντίληψη του ερεθισμού από τους δενδρίτες.
• μετάδοση ώθησης στο κυτταρικό σώμα.
• μετατροπή της πληροφορίας σε ηλεκτρική ώθηση.
• μετάδοση ώθησης στο σώμα.
• αλλαγή στη δραστηριότητα ενός οργάνου (σωματική αντίδραση σε ένα ερέθισμα).

Τα αντανακλαστικά τόξα μπορεί να είναι διαφορετικά και να αποτελούνται από πολλούς νευρώνες. Για παράδειγμα, ένα απλό αντανακλαστικό τόξο σχηματίζεται από δύο νευρικά κύτταρα. Ο ένας από αυτούς λαμβάνει πληροφορίες και ο άλλος αναγκάζει τα ανθρώπινα όργανα να εκτελούν ορισμένες ενέργειες. Συνήθως τέτοιες ενέργειες ονομάζονται αντανακλαστικό χωρίς όρους. Εμφανίζεται όταν ένα άτομο χτυπηθεί, για παράδειγμα, στην επιγονατίδα και σε περίπτωση που αγγίξει μια καυτή επιφάνεια.

Βασικά, ένα απλό αντανακλαστικό τόξο μεταφέρει παλμούς μέσω των διεργασιών του νωτιαίου μυελού, ένα σύνθετο αντανακλαστικό τόξο οδηγεί μια ώθηση απευθείας στον εγκέφαλο, ο οποίος, με τη σειρά του, τον επεξεργάζεται και μπορεί να τον αποθηκεύσει. Αργότερα, όταν λάβει μια παρόμοια ώθηση, ο εγκέφαλος στέλνει την απαραίτητη εντολή στα όργανα για να εκτελέσουν ένα συγκεκριμένο σύνολο ενεργειών.

Ταξινόμηση νευρώνων κατά λειτουργικότητα

Οι νευρώνες μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τον προορισμό τους, επειδή κάθε ομάδα νευρικών κυττάρων έχει σχεδιαστεί για ορισμένες ενέργειες. Οι τύποι νευρώνων παρουσιάζονται ως εξής:

1. ευαίσθητος

Αυτά τα νευρικά κύτταρα έχουν σχεδιαστεί για να αντιλαμβάνονται τον ερεθισμό και να τον μετατρέπουν σε μια ώθηση που ανακατευθύνεται στον εγκέφαλο.

Αντιλαμβάνονται πληροφορίες και μεταδίδουν μια ώθηση στους μύες που θέτουν σε κίνηση μέρη του σώματος και ανθρώπινα όργανα.

3. Εισαγωγή

Αυτοί οι νευρώνες εκτελούν πολύπλοκη εργασία, βρίσκονται στο κέντρο της αλυσίδας μεταξύ των αισθητηρίων και των κινητικών νευρικών κυττάρων. Τέτοιοι νευρώνες λαμβάνουν πληροφορίες, πραγματοποιούν προκαταρκτική επεξεργασία και μεταδίδουν μια εντολή ώθησης.

4. Εκκριτικό

Τα εκκριτικά νευρικά κύτταρα συνθέτουν νευροορμόνες και έχουν ειδική δομή με μεγάλο αριθμό μεμβρανικών σάκων.

Κινητικοί νευρώνες: χαρακτηριστικό

Οι απαγωγοί νευρώνες (κινητικοί) έχουν δομή πανομοιότυπη με άλλα νευρικά κύτταρα. Το δίκτυο των δενδριτών τους είναι το πιο διακλαδισμένο και οι άξονες εκτείνονται στις μυϊκές ίνες. Προκαλούν τη σύσπαση και την ανόρθωση του μυός. Το μακρύτερο στο ανθρώπινο σώμα είναι ακριβώς ο άξονας του κινητικού νευρώνα, που πηγαίνει προς αντίχειραςπόδια μακριά οσφυϊκή περιοχή. Κατά μέσο όρο, το μήκος του είναι περίπου ένα μέτρο.

Σχεδόν όλοι οι απαγωγοί νευρώνες βρίσκονται στο νωτιαίο μυελό, επειδή είναι υπεύθυνος για τις περισσότερες από τις ασυνείδητες κινήσεις μας. Αυτό ισχύει όχι μόνο για αντανακλαστικά χωρίς όρους (για παράδειγμα, αναβοσβήνει), αλλά και για οποιεσδήποτε ενέργειες δεν σκεφτόμαστε. Όταν κοιτάμε ένα αντικείμενο, ο εγκέφαλος στέλνει παρορμήσεις στο οπτικό νεύρο. Και εδώ είναι η κίνηση βολβός του ματιούαριστερά και δεξιά πραγματοποιείται μέσω εντολών του νωτιαίου μυελού, αυτές είναι ασυνείδητες κινήσεις. Έτσι, καθώς γερνάμε, καθώς η δεξαμενή των ασυνείδητων συνήθων ενεργειών αυξάνεται, η σημασία των κινητικών νευρώνων φαίνεται υπό νέο πρίσμα.

Τύποι κινητικών νευρώνων

Με τη σειρά τους, τα απαγωγικά κύτταρα έχουν μια συγκεκριμένη ταξινόμηση. Χωρίζονται στους εξής δύο τύπους:

• α-κινητικοί νευρώνες;
• y-κινητικοί νευρώνες.

Ο πρώτος τύπος νευρώνων έχει πυκνότερη δομή ινών και προσκολλάται σε διάφορες μυϊκές ίνες. Ένας τέτοιος νευρώνας μπορεί να χρησιμοποιήσει διαφορετικό αριθμό μυών.

Οι κινητικοί νευρώνες Υ είναι ελαφρώς πιο αδύναμοι από τα «αδέρφια» τους, δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλές μυϊκές ίνες ταυτόχρονα και ευθύνονται για την ένταση των μυών. Μπορούμε να πούμε ότι και οι δύο τύποι νευρώνων είναι το όργανο ελέγχου της κινητικής δραστηριότητας.

Ποιοι μύες συνδέονται με τους κινητικούς νευρώνες;

Οι άξονες των νευρώνων συνδέονται με διάφορους τύπους μυών (είναι εργάτες), οι οποίοι ταξινομούνται ως:

• ζώο;
• βλαστικός.

Η πρώτη ομάδα μυών αντιπροσωπεύεται από σκελετικούς μύες και η δεύτερη ανήκει στην κατηγορία των λείων μυών. Οι μέθοδοι προσκόλλησης στη μυϊκή ίνα είναι επίσης διαφορετικές. Οι σκελετικοί μύες στο σημείο επαφής με τους νευρώνες σχηματίζουν ένα είδος πλακών. Οι αυτόνομοι νευρώνες επικοινωνούν με τους λείους μυς μέσω μικρών οιδημάτων ή κυστιδίων.

συμπέρασμα

Είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς πώς θα λειτουργούσε το σώμα μας απουσία νευρικών κυττάρων. Κάθε δευτερόλεπτο εκτελούν απίστευτα πολύπλοκες εργασίες, όντας υπεύθυνοι για τη συναισθηματική μας κατάσταση, τις γευστικές προτιμήσεις και τη σωματική μας δραστηριότητα. Οι νευρώνες δεν έχουν αποκαλύψει ακόμη πολλά από τα μυστικά τους. Άλλωστε, ακόμη και η πιο απλή θεωρία για τη μη ανάκτηση νευρώνων προκαλεί πολλές διαμάχες και ερωτηματικά μεταξύ ορισμένων επιστημόνων. Είναι έτοιμοι να αποδείξουν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, τα νευρικά κύτταρα είναι σε θέση όχι μόνο να δημιουργήσουν νέες συνδέσεις, αλλά και να αναπαραχθούν. Φυσικά, αυτή είναι απλώς μια θεωρία προς το παρόν, αλλά μπορεί κάλλιστα να αποδειχθεί βιώσιμη.

Η εργασία για τη μελέτη της λειτουργίας του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι εξαιρετικά σημαντική. Πράγματι, χάρη στις ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα, οι φαρμακοποιοί θα μπορούν να αναπτύξουν νέα φάρμακα για την ενεργοποίηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας και οι ψυχίατροι θα κατανοήσουν καλύτερα τη φύση πολλών ασθενειών που τώρα φαίνονται ανίατες.

Βουνά λογοτεχνίας έχουν γραφτεί για τις ανεξάντλητες δυνατότητες μας. Είναι σε θέση να επεξεργαστεί έναν τεράστιο όγκο πληροφοριών που ακόμη και οι σύγχρονοι υπολογιστές δεν μπορούν να κάνουν. Επιπλέον, ο εγκέφαλος υπό κανονικές συνθήκες λειτουργεί χωρίς διακοπή για 70-80 χρόνια ή περισσότερο. Και κάθε χρόνο η διάρκεια της ζωής του, και επομένως η ζωή ενός ατόμου, αυξάνεται.

Η αποτελεσματική λειτουργία αυτού του πιο σημαντικού και από πολλές απόψεις μυστηριώδους οργάνου διασφαλίζεται κυρίως από δύο τύπους κυττάρων: τους νευρώνες και τα νευρογλοιακά κύτταρα. Είναι οι νευρώνες που είναι υπεύθυνοι για τη λήψη και την επεξεργασία πληροφοριών, και.

Μπορείτε συχνά να ακούσετε ότι ένα διανοητικό άτομο εγγυάται την παρουσία της φαιάς ουσίας. Τι είναι αυτή η ουσία και γιατί είναι γκρι; Αυτό το χρώμα έχει τον εγκεφαλικό φλοιό, που αποτελείται από μικροσκοπικά κύτταρα. Αυτοί είναι νευρώνες ή νευρικά κύτταρα που παρέχουν το έργο του εγκεφάλου μας και ελέγχουν ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα.

Πώς είναι ένα νευρικό κύτταρο

Ένας νευρώνας, όπως κάθε ζωντανό κύτταρο, αποτελείται από έναν πυρήνα και ένα κυτταρικό σώμα, το οποίο ονομάζεται σώμα. Το μέγεθος του ίδιου του κυττάρου είναι μικροσκοπικό - από 3 έως 100 μικρά. Ωστόσο, αυτό δεν εμποδίζει τον νευρώνα να είναι μια πραγματική αποθήκη διαφόρων πληροφοριών. Κάθε νευρικό κύτταρο περιέχει ένα πλήρες σύνολο γονιδίων – οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών. Μερικές από τις πρωτεΐνες εμπλέκονται στη μετάδοση πληροφοριών, άλλες δημιουργούν ένα προστατευτικό κέλυφος γύρω από το ίδιο το κύτταρο, άλλες εμπλέκονται σε διαδικασίες μνήμης, άλλες παρέχουν αλλαγές στη διάθεση κ.λπ.

Ακόμη και μια μικρή αποτυχία σε ένα από τα προγράμματα για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές συνέπειες, ασθένεια, ψυχική διαταραχή, άνοια κ.λπ.

Κάθε νευρώνας περιβάλλεται από ένα προστατευτικό περίβλημα νευρογλοιακών κυττάρων· αυτά κυριολεκτικά γεμίζουν ολόκληρο τον μεσοκυττάριο χώρο και αποτελούν το 40% της ουσίας του εγκεφάλου. Η γλοία ή μια συλλογή νευρογλοιακών κυττάρων εκτελεί πολύ σημαντικές λειτουργίες: προστατεύει τους νευρώνες από δυσμενείς εξωτερικές επιδράσεις, τροφοδοτεί τα νευρικά κύτταρα με ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςκαι απομακρύνει τα απόβλητά τους.

Τα νευρογλοιακά κύτταρα προστατεύουν την υγεία και την ακεραιότητα των νευρώνων, επομένως δεν επιτρέπουν σε πολλούς ξένους να εισέλθουν στα νευρικά κύτταρα. ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ. Συμπεριλαμβανομένου φάρμακα. Επομένως, η αποτελεσματικότητα των διαφόρων φαρμάκων που έχουν σχεδιαστεί για την ενίσχυση της εγκεφαλικής δραστηριότητας είναι εντελώς απρόβλεπτη και δρουν διαφορετικά για κάθε άτομο.

Δενδρίτες και άξονες

Παρά την πολυπλοκότητα της δομής του νευρώνα, από μόνος του δεν παίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του εγκεφάλου. Η νευρική μας δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένης της νοητικής δραστηριότητας, είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης πολλών νευρώνων που ανταλλάσσουν σήματα. Η λήψη και η μετάδοση αυτών των σημάτων, πιο συγκεκριμένα, των αδύναμων ηλεκτρικών παλμών, γίνεται με τη βοήθεια νευρικών ινών.

Ο νευρώνας έχει αρκετές κοντές (περίπου 1 mm) διακλαδισμένες νευρικές ίνες - δενδρίτες, που ονομάζονται έτσι λόγω της ομοιότητάς τους με ένα δέντρο. Οι δενδρίτες είναι υπεύθυνοι για τη λήψη σημάτων από άλλα νευρικά κύτταρα. Και ο άξονας λειτουργεί ως πομπός σήματος. Αυτή η ίνα σε έναν νευρώνα είναι μόνο μία, αλλά μπορεί να φτάσει σε μήκος έως και 1,5 μέτρο. Συνδέοντας με τη βοήθεια αξόνων και δενδριτών, τα νευρικά κύτταρα σχηματίζονται ολόκληρα νευρωνικά δίκτυα. Και όσο πιο περίπλοκο είναι το σύστημα των διασυνδέσεων, τόσο πιο πολύπλοκη είναι η νοητική μας δραστηριότητα.

Το έργο ενός νευρώνα

Στο επίκεντρο της πιο περίπλοκης δραστηριότητας του νευρικού μας συστήματος βρίσκεται η ανταλλαγή αδύναμων ηλεκτρικών ερεθισμάτων μεταξύ των νευρώνων. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι αρχικά ο άξονας του ενός νευρικού κυττάρου και οι δενδρίτες του άλλου δεν συνδέονται, μεταξύ τους υπάρχει ένας χώρος γεμάτος με μεσοκυττάρια ουσία. Αυτή είναι η λεγόμενη συναπτική σχισμή και το σήμα δεν μπορεί να την ξεπεράσει. Φανταστείτε ότι δύο άνθρωποι απλώνουν το χέρι ο ένας στον άλλο με τα χέρια τους και μόλις απλώνουν το χέρι τους.

Αυτό το πρόβλημα λύνεται από έναν νευρώνα απλά. Υπό την επίδραση ενός ασθενούς ηλεκτρικού ρεύματος, συμβαίνει μια ηλεκτροχημική αντίδραση και σχηματίζεται ένα μόριο πρωτεΐνης, ένας νευροδιαβιβαστής. Αυτό το μόριο μπλοκάρει τη συναπτική σχισμή, αποτελώντας ένα είδος γέφυρας για τη διέλευση του σήματος. Οι νευροδιαβιβαστές εκτελούν επίσης μια άλλη λειτουργία - συνδέουν νευρώνες και όσο πιο συχνά το σήμα περνά από αυτό το νευρικό κύκλωμα, τόσο ισχυρότερη είναι αυτή η σύνδεση. Φανταστείτε να διασχίζετε ένα ποτάμι. Περνώντας κατά μήκος του, ένα άτομο ρίχνει μια πέτρα στο νερό και στη συνέχεια κάθε επόμενος ταξιδιώτης κάνει το ίδιο. Το αποτέλεσμα είναι μια ισχυρή, αξιόπιστη μετάβαση.

Αυτή η σύνδεση μεταξύ των νευρώνων ονομάζεται σύναψη και παίζει σημαντικό ρόλο στην εγκεφαλική δραστηριότητα. Πιστεύεται ότι ακόμη και η μνήμη μας είναι αποτέλεσμα δουλειάς. Αυτές οι συνδέσεις παρέχουν υψηλή ταχύτητα διέλευσης των νευρικών ερεθισμάτων - το σήμα κατά μήκος της αλυσίδας των νευρώνων κινείται με ταχύτητα 360 km / h ή 100 m / s. Μπορείτε να υπολογίσετε πόσο χρόνο χρειάζεται για να εισέλθει στον εγκέφαλο ένα σήμα από ένα δάχτυλο που τρυπήσατε κατά λάθος με μια βελόνα. Υπάρχει ένας παλιός γρίφος: «Ποιο είναι το πιο γρήγορο πράγμα στον κόσμο;». Απάντηση: Σκέψη. Και παρατηρήθηκε με μεγάλη ακρίβεια.

Τύποι νευρώνων

Οι νευρώνες δεν βρίσκονται μόνο στον εγκέφαλο, όπου αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν το κεντρικό νευρικό σύστημα. Οι νευρώνες βρίσκονται σε όλα τα όργανα του σώματός μας, στους μύες και στους συνδέσμους στην επιφάνεια του δέρματος. Ειδικά πολλά από αυτά στους υποδοχείς, δηλαδή στα αισθητήρια όργανα. Ένα εκτεταμένο δίκτυο νευρικών κυττάρων που διαπερνά ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα είναι το περιφερικό νευρικό σύστημα, το οποίο εκτελεί όχι λιγότερο σημαντικές λειτουργίες από το κεντρικό. Όλη η ποικιλία των νευρώνων χωρίζεται σε τρεις κύριες ομάδες:

• Οι νευρώνες που επηρεάζουν λαμβάνουν πληροφορίες από τα αισθητήρια όργανα και με τη μορφή παρορμήσεων κατά μήκος νευρικές ίνεςπαραδώστε το στον εγκέφαλο. Αυτά τα νευρικά κύτταρα έχουν τους μεγαλύτερους άξονες, αφού το σώμα τους βρίσκεται στο αντίστοιχο τμήμα του εγκεφάλου. Υπάρχει αυστηρή εξειδίκευση και τα ηχητικά σήματα έρχονται αποκλειστικά στο ακουστικό μέρος του εγκεφάλου, οι μυρωδιές - στο οσφρητικό, το φως - στο οπτικό κ.λπ.
• Οι ενδιάμεσοι ή ενδιάμεσοι νευρώνες ασχολούνται με την επεξεργασία των πληροφοριών που λαμβάνονται από τους επηρεαστές. Αφού αξιολογηθούν οι πληροφορίες, οι ενδιάμεσοι νευρώνες δίνουν εντολή στα αισθητήρια όργανα και τους μυς που βρίσκονται στην περιφέρεια του σώματός μας.
• Οι απαγωγοί ή τελεστικοί νευρώνες μεταδίδουν αυτή την εντολή από τους ενδιάμεσους με τη μορφή νευρικής ώθησης σε όργανα, μύες κ.λπ.

Το πιο περίπλοκο και λιγότερο κατανοητό είναι το έργο των ενδιάμεσων νευρώνων. Είναι υπεύθυνοι για κάτι περισσότερο από αντανακλαστικές αντιδράσεις, όπως το να τραβάτε το χέρι σας μακριά από ένα ζεστό τηγάνι ή να αναβοσβήνει με μια λάμψη φωτός. Αυτά τα νευρικά κύτταρα παρέχουν τέτοιες πολύπλοκες νοητικές διεργασίες όπως η σκέψη, η φαντασία, η δημιουργικότητα. Και πώς η στιγμιαία ανταλλαγή των νευρικών ερεθισμάτων μεταξύ των νευρώνων μετατρέπεται σε ζωντανές εικόνες, φανταστικές ιστορίες, λαμπρές ανακαλύψεις και απλώς σκέψεις για μια δύσκολη Δευτέρα; το βασικό μυστικόεγκεφάλου, τον οποίο οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη πλησιάσει να αποκαλύψουν.

Το μόνο που έχει διαπιστωθεί είναι ότι ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙΗ νοητική δραστηριότητα συνδέεται με τη δραστηριότητα διαφορετικών ομάδων νευρώνων. Όνειρα του μέλλοντος, απομνημόνευση ποιήματος, αντίληψη αγαπημένος, σκεφτόμαστε αγορές - όλα αυτά αντικατοπτρίζονται στον εγκέφαλό μας ως εκρήξεις δραστηριότητας νευρικών κυττάρων σε διάφορα σημεία του εγκεφαλικού φλοιού.

Λειτουργίες νευρώνων

Δεδομένου ότι οι νευρώνες διασφαλίζουν τη λειτουργία όλων των συστημάτων του σώματος, οι λειτουργίες των νευρικών κυττάρων θα πρέπει να είναι πολύ διαφορετικές. Επιπλέον, όλα αυτά δεν έχουν ακόμη αποσαφηνιστεί πλήρως. Ανάμεσα στις πολλές διαφορετικές ταξινομήσεις αυτών των λειτουργιών, θα επιλέξουμε μία που είναι η πιο κατανοητή και πιο κοντά στα προβλήματα της ψυχολογικής επιστήμης.

Λειτουργία μεταφοράς πληροφοριών

Αυτή είναι η κύρια λειτουργία των νευρώνων, με την οποία συνδέονται άλλοι, αν και όχι λιγότερο σημαντικοί. Αυτή η συνάρτηση είναι επίσης η πιο μελετημένη. Όλα τα εξωτερικά σήματα που λαμβάνονται από τα όργανα εισέρχονται στον εγκέφαλο, όπου και επεξεργάζονται. Και στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα της ανατροφοδότησης με τη μορφή παρορμήσεων-εντολών, μεταφέρονται κατά μήκος των απαγωγών νευρικών ινών πίσω στα αισθητήρια όργανα, στους μύες κ.λπ.

Μια τέτοια σταθερή κυκλοφορία πληροφοριών συμβαίνει όχι μόνο στο επίπεδο του περιφερικού νευρικού συστήματος, αλλά και στον εγκέφαλο. Οι συνδέσεις μεταξύ νευρώνων που ανταλλάσσουν πληροφορίες σχηματίζουν εξαιρετικά πολύπλοκα νευρωνικά δίκτυα. Απλά φανταστείτε: υπάρχουν τουλάχιστον 30 δισεκατομμύρια νευρώνες στον εγκέφαλο και ο καθένας από αυτούς μπορεί να έχει έως και 10 χιλιάδες συνδέσεις. Στα μέσα του 20ου αιώνα, η κυβερνητική προσπάθησε να δημιουργήσει έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή που να λειτουργεί με βάση την αρχή του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αλλά δεν πέτυχαν - οι διεργασίες που συμβαίνουν στο κεντρικό νευρικό σύστημα αποδείχθηκαν πολύ περίπλοκες.

Απολαύστε τη λειτουργία αποθήκευσης

Οι νευρώνες είναι υπεύθυνοι για αυτό που ονομάζουμε μνήμη. Πιο συγκεκριμένα, όπως ανακάλυψαν οι νευροφυσιολόγοι, η διατήρηση των ιχνών σημάτων που διέρχονται από τα νευρικά κυκλώματα είναι ένα είδος παρενέργειαεγκεφαλική δραστηριότητα. Η βάση της μνήμης είναι εκείνα τα ίδια τα πρωτεϊνικά μόρια - νευροδιαβιβαστές που εμφανίζονται ως συνδετικές γέφυρες μεταξύ των νευρικών κυττάρων. Επομένως, δεν υπάρχει ειδικό μέρος του εγκεφάλου που να είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση πληροφοριών. Και αν, λόγω τραυματισμού ή ασθένειας, συμβεί η καταστροφή των νευρικών συνδέσεων, τότε ένα άτομο μπορεί να χάσει εν μέρει τη μνήμη του.

Ενσωματωτική λειτουργία

Αυτή είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικά τμήματαεγκέφαλος. Στιγμιαίες "αναλαμπές" μεταδιδόμενων και λαμβανόμενων σημάτων, εστίες αυξημένης διέγερσης στον εγκεφαλικό φλοιό - αυτή είναι η γέννηση εικόνων και σκέψεων. Σύνθετες νευρικές συνδέσεις που ενώνουν διάφορα μέρη του εγκεφαλικού φλοιού και διεισδύουν μέσα υποφλοιώδης ζώνη, είναι προϊόν της νοητικής μας δραστηριότητας. Και όσο περισσότερες τέτοιες συνδέσεις προκύπτουν, τόσο καλύτερη είναι η μνήμη και τόσο πιο παραγωγική σκέψη. Δηλαδή, στην πραγματικότητα, όσο περισσότερο σκεφτόμαστε, τόσο πιο έξυπνοι γινόμαστε.

Λειτουργία παραγωγής πρωτεΐνης

Η δραστηριότητα των νευρικών κυττάρων δεν περιορίζεται στις διαδικασίες πληροφόρησης. Οι νευρώνες είναι πραγματικά εργοστάσια πρωτεϊνών. Πρόκειται για τους ίδιους νευροδιαβιβαστές που όχι μόνο χρησιμεύουν ως «γέφυρα» μεταξύ των νευρώνων, αλλά παίζουν επίσης τεράστιο ρόλο στη ρύθμιση του έργου του σώματός μας συνολικά. Επί του παρόντος, υπάρχουν περίπου 80 τύποι αυτών των πρωτεϊνικών ενώσεων που εκτελούν μια ποικιλία λειτουργιών:

• Νορεπινεφρίνη, που μερικές φορές ονομάζεται ορμόνη της οργής ή. Τονώνει το σώμα, αυξάνει την αποτελεσματικότητα, κάνει την καρδιά να χτυπά πιο γρήγορα και προετοιμάζει το σώμα για άμεση δράση για την απώθηση του κινδύνου.
• Η ντοπαμίνη είναι το κύριο τονωτικό του σώματός μας. Συμμετέχει στην ενεργοποίηση όλων των συστημάτων, συμπεριλαμβανομένης της αφύπνισης, κατά τη διάρκεια σωματική δραστηριότητακαι δημιουργεί θετική συναισθηματική διάθεση μέχρι ευφορίας.
• Η σεροτονίνη είναι επίσης μια ουσία Να έχετε καλή διάθεση”, αν και δεν επηρεάζει τη σωματική δραστηριότητα.
• Το γλουταμινικό είναι ένας πομπός απαραίτητος για τη λειτουργία της μνήμης· η μακροχρόνια αποθήκευση πληροφοριών είναι αδύνατη χωρίς αυτό.
• Η ακετυλοχολίνη ελέγχει τις διαδικασίες ύπνου και αφύπνισης και είναι επίσης απαραίτητη για την ενίσχυση της προσοχής.

Οι νευροδιαβιβαστές, ή μάλλον η ποσότητα τους, επηρεάζουν την υγεία του οργανισμού. Και αν υπάρχουν προβλήματα με την παραγωγή αυτών των πρωτεϊνικών μορίων, τότε σοβαρή ασθένεια. Για παράδειγμα, η έλλειψη ντοπαμίνης είναι μία από τις αιτίες της νόσου του Πάρκινσον και εάν παράγεται υπερβολική ποσότητα αυτής της ουσίας, τότε μπορεί να αναπτυχθεί σχιζοφρένεια. Εάν η ακετυλοχολίνη δεν παράγεται αρκετά, τότε μπορεί να εμφανιστεί μια πολύ δυσάρεστη νόσος Αλτσχάιμερ, η οποία συνοδεύεται από άνοια.

Ο σχηματισμός των νευρώνων του εγκεφάλου αρχίζει ακόμη και πριν από τη γέννηση ενός ατόμου και καθ 'όλη τη διάρκεια της ενηλικίωσης, υπάρχει ενεργός σχηματισμός και επιπλοκή των νευρικών συνδέσεων. Για πολύ καιρό πίστευαν ότι νέα νευρικά κύτταρα δεν μπορούν να εμφανιστούν σε έναν ενήλικα, αλλά η διαδικασία του θανάτου τους είναι αναπόφευκτη. Επομένως, το νοητικό είναι δυνατό μόνο λόγω της επιπλοκής των νευρικών συνδέσεων. Και ακόμη και τότε, όλοι είναι καταδικασμένοι σε μείωση των νοητικών ικανοτήτων.

Όμως πρόσφατη έρευνα διέψευσε αυτή την απαισιόδοξη πρόβλεψη. Ελβετοί επιστήμονες απέδειξαν ότι υπάρχει ένα μέρος του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για τη γέννηση νέων νευρώνων. Αυτός είναι ο ιππόκαμπος, παράγει έως και 1400 νέα νευρικά κύτταρα καθημερινά. Και πρέπει μόνο να τα συμπεριλάβουμε ενεργά στο έργο του εγκεφάλου, να λάβουμε και να κατανοήσουμε νέες πληροφορίες, δημιουργώντας έτσι νέες νευρωνικές συνδέσεις και περιπλέκοντας το νευρωνικό δίκτυο.

Το νευρικό σύστημα είναι το πιο περίπλοκο και ελάχιστα μελετημένο μέρος του σώματός μας. Αποτελείται από 100 δισεκατομμύρια κύτταρα - νευρώνες, και νευρογλοιακά κύτταρα, τα οποία είναι περίπου 30 φορές περισσότερα. Μέχρι την εποχή μας, οι επιστήμονες έχουν καταφέρει να μελετήσουν μόνο το 5% των νευρικών κυττάρων. Όλα τα υπόλοιπα είναι ακόμα ένα μυστήριο που οι γιατροί προσπαθούν να λύσουν με κάθε μέσο.

Νευρώνας: δομή και λειτουργίες

Ο νευρώνας είναι το κύριο δομικό στοιχείο του νευρικού συστήματος, το οποίο εξελίχθηκε από νευροανακλαστικά κύτταρα. Η λειτουργία των νευρικών κυττάρων είναι να ανταποκρίνονται στα ερεθίσματα με συστολή. Πρόκειται για κύτταρα που είναι σε θέση να μεταδώσουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ώθηση, χημικά και μηχανικά μέσα.

Για την εκτέλεση λειτουργιών, οι νευρώνες είναι κινητικοί, αισθητικοί και ενδιάμεσοι. Τα αισθητήρια νευρικά κύτταρα μεταδίδουν πληροφορίες από τους υποδοχείς στον εγκέφαλο, τα κινητικά κύτταρα - στους μυϊκούς ιστούς. Οι ενδιάμεσοι νευρώνες είναι ικανοί να εκτελούν και τις δύο λειτουργίες.

Ανατομικά, οι νευρώνες αποτελούνται από ένα σώμα και δύο τύπους διεργασιών - άξονες και δενδρίτες. Υπάρχουν συχνά αρκετοί δενδρίτες, η λειτουργία τους είναι να λαμβάνουν το σήμα από άλλους νευρώνες και να δημιουργούν συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων. Οι άξονες έχουν σχεδιαστεί για να μεταδίδουν το ίδιο σήμα σε άλλα νευρικά κύτταρα. Εξωτερικά, οι νευρώνες καλύπτονται με μια ειδική μεμβράνη, κατασκευασμένη από μια ειδική πρωτεΐνη - τη μυελίνη. Είναι επιρρεπής σε αυτοανανέωση σε όλη τη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής.

Πως μοιάζει μετάδοση της ίδιας νευρικής ώθησης? Ας φανταστούμε ότι βάζετε το χέρι σας στο ζεστό χερούλι του τηγανιού. Εκείνη τη στιγμή αντιδρούν οι υποδοχείς που βρίσκονται στον μυϊκό ιστό των δακτύλων. Με τη βοήθεια παρορμήσεων, στέλνουν πληροφορίες σε κύριος εγκέφαλος. Εκεί «χωνεύεται» η πληροφορία και σχηματίζεται μια απόκριση, η οποία αποστέλλεται πίσω στους μύες, που υποκειμενικά εκδηλώνεται με αίσθημα καύσου.

Νευρώνες, αναρρώνουν;

Ακόμη και στην παιδική ηλικία, η μητέρα μου μας είπε: φροντίστε το νευρικό σύστημα, τα κύτταρα δεν ανακάμπτουν. Τότε μια τέτοια φράση ακούστηκε κάπως τρομακτική. Εάν τα κύτταρα δεν αποκατασταθούν, τι να κάνετε; Πώς να προστατευτείτε από το θάνατό τους; Τέτοια ερωτήματα πρέπει να απαντηθούν σύγχρονη επιστήμη. Γενικά, δεν είναι όλα τόσο άσχημα και τρομακτικά. Όλο το σώμα έχει μεγάλη ικανότητα να αποκαθιστά, γιατί δεν μπορούν τα νευρικά κύτταρα. Άλλωστε, μετά από τραυματικές βλάβες στον εγκέφαλο, εγκεφαλικά επεισόδια, όταν υπάρχει σημαντική βλάβη στον εγκεφαλικό ιστό, με κάποιο τρόπο ανακτά τις χαμένες λειτουργίες του. Αντίστοιχα, κάτι συμβαίνει στα νευρικά κύτταρα.

Ακόμη και κατά τη σύλληψη, ο θάνατος των νευρικών κυττάρων «προγραμματίζεται» στο σώμα. Κάποιες μελέτες κάνουν λόγο για θάνατο 1% των νευρώνων ετησίως. Σε αυτή την περίπτωση, σε 20 χρόνια, ο εγκέφαλος θα φθαρεί μέχρι να είναι αδύνατο για έναν άνθρωπο να κάνει τα πιο απλά πράγματα. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει, και ο εγκέφαλος είναι σε θέση να λειτουργήσει πλήρως σε μεγάλη ηλικία.

Πρώτον, οι επιστήμονες διεξήγαγαν μια μελέτη για την αποκατάσταση των νευρικών κυττάρων στα ζώα. Μετά από βλάβη στον εγκέφαλο στα θηλαστικά, αποδείχθηκε ότι τα υπάρχοντα νευρικά κύτταρα χωρίστηκαν στο μισό και σχηματίστηκαν δύο πλήρεις νευρώνες, ως αποτέλεσμα, οι λειτουργίες του εγκεφάλου αποκαταστάθηκαν. Είναι αλήθεια ότι τέτοιες ικανότητες βρέθηκαν μόνο σε νεαρά ζώα. Η κυτταρική ανάπτυξη δεν εμφανίστηκε σε ηλικιωμένα θηλαστικά. Περαιτέρω πειράματα διεξήχθησαν σε ποντίκια, τα οποία έτρεξαν Μεγάλη πόλη, αναγκάζοντας έτσι να αναζητήσουμε διέξοδο. Και παρατήρησαν ένα ενδιαφέρον πράγμα, ότι ο αριθμός των νευρικών κυττάρων στα πειραματικά ποντίκια αυξήθηκε, σε αντίθεση με αυτά που ζούσαν υπό κανονικές συνθήκες.

σε όλους τους ιστούς του σώματος, Η επιδιόρθωση γίνεται με διαίρεση των υπαρχόντων κυττάρων. Μετά τη διεξαγωγή έρευνας για τον νευρώνα, οι γιατροί δήλωσαν σταθερά: το νευρικό κύτταρο δεν διαιρείται. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει τίποτα. Νέα κύτταρα μπορούν να σχηματιστούν με νευρογένεση, η οποία ξεκινά από την προγεννητική περίοδο και συνεχίζεται σε όλη τη ζωή. Η νευρογένεση είναι η σύνθεση νέων νευρικών κυττάρων από πρόδρομες ουσίες - βλαστοκύτταρα, τα οποία στη συνέχεια μεταναστεύουν, διαφοροποιούνται και μετατρέπονται σε ώριμους νευρώνες. Η πρώτη αναφορά μιας τέτοιας αποκατάστασης των νευρικών κυττάρων εμφανίστηκε το 1962. Αλλά δεν υποστηρίχθηκε από τίποτα, οπότε δεν είχε σημασία.

Πριν από περίπου είκοσι χρόνια, νέα έρευνα το έδειξε αυτό η νευρογένεση υπάρχει στον εγκέφαλο. Στα πουλιά που άρχισαν να τραγουδούν πολύ την άνοιξη, ο αριθμός των νευρικών κυττάρων διπλασιάστηκε. Μετά το τέλος της περιόδου τραγουδιού, ο αριθμός των νευρώνων μειώθηκε ξανά. Αργότερα αποδείχθηκε ότι η νευρογένεση μπορεί να συμβεί μόνο σε ορισμένα μέρη του εγκεφάλου. Ένα από αυτά είναι η περιοχή γύρω από τις κοιλίες. Ο δεύτερος είναι ο ιππόκαμπος, που βρίσκεται κοντά στην πλάγια κοιλία του εγκεφάλου, και είναι υπεύθυνος για τη μνήμη, τη σκέψη και τα συναισθήματα. Ως εκ τούτου, η ικανότητα να θυμόμαστε και να αναστοχαζόμαστε, αλλάζει σε όλη τη διάρκεια της ζωής, λόγω της επίδρασης διαφόρων παραγόντων.

Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, αν και ο εγκέφαλος δεν έχει μελετηθεί ακόμη κατά 95%, υπάρχουν αρκετά στοιχεία που επιβεβαιώνουν ότι τα νευρικά κύτταρα έχουν αποκατασταθεί.