Impulsuri neuronale în creier. Ce sunt neuronii? Neuronii motori: descriere, structură și funcții

Articol pentru concurs "bio/mol/text": Procesele celulare care asigură schimbul de informații între neuroni necesită multă energie. Consumul mare de energie a contribuit pe parcursul evoluției la alegerea celor mai multe mecanisme eficiente codificarea si transmiterea informatiilor. În acest articol, veți afla despre abordarea teoretică a studiului energiei creierului, despre rolul acesteia în cercetarea patologică, despre care neuroni sunt mai avansați, de ce este uneori benefic ca sinapsele să nu „declanșeze” și, de asemenea, cum selectează. doar informațiile de care are nevoie un neuron.

Sponsorul general al competiției este compania: cel mai mare furnizor de echipamente, reactivi și consumabile pentru cercetare și producție biologică.

Sponsorul Premiului Publicului și partenerul nominalizării „Biomedicine Today and Tomorrow” a fost compania „Invitro”.

Sponsor „Carte” al competiției - „Alpina non-ficțiune”

Originea abordării

De la mijlocul secolului al XX-lea, se știe că creierul consumă o parte semnificativă din resursele energetice ale întregului organism: un sfert din toată glucoza și ⅕ din tot oxigenul în cazul unei primate superioare. Acest lucru i-a inspirat pe William Levy și Robert Baxter de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (SUA) să efectueze o analiză teoretică a eficienței energetice a codificării informațiilor în rețelele neuronale biologice (Fig. 1) . Studiul se bazează pe următoarea ipoteză. Deoarece consumul de energie al creierului este mare, este benefic pentru acesta să aibă astfel de neuroni care funcționează cel mai eficient - transmit doar informații utile și cheltuiesc cea mai mică cantitate de energie.

Această ipoteză s-a dovedit a fi corectă: pe un model simplu de rețea neuronală, autorii au reprodus valorile măsurate experimental ale unor parametri. În special, au calculat frecventa optima generarea pulsului variază de la 6 la 43 imp./s - aproape la fel ca în neuronii bazei hipocampului. Ele pot fi împărțite în două grupe în funcție de frecvența pulsului: lent (~10 impulsuri/s) și rapid (~40 impulsuri/s). În același timp, primul grup îl depășește semnificativ pe al doilea. O imagine similară se observă în cortexul cerebral: există de câteva ori mai mulți neuroni piramidali lenți (~4-9 impulsuri/s) decât interneuronii inhibitori rapidi (>100 impulsuri/s), . Deci, aparent, creierul „preferă” să folosească mai puțini neuroni rapizi și consumatorii de energie, astfel încât să nu consume toate resursele.

Figura 1. Sunt prezentați doi neuroni.Într-una dintre ele Violet se colorează proteina presinaptică sinaptofizina. Un alt neuron este complet colorat proteină verde fluorescentă. Puncte mici de lumină- contacte sinaptice între neuroni. În inserție, un „pec” este prezentat mai aproape.
Se numesc grupuri de neuroni legați între ele prin sinapse rețele neuronale, . De exemplu, în cortexul cerebral, neuronii piramidali și interneuronii formează rețele extinse. Munca de „concert” bine coordonată a acestor celule determină abilitățile noastre cognitive superioare și alte abilități. Rețele similare, doar de la alte tipuri de neuroni, sunt distribuite în tot creierul, sunt interconectate într-un anumit fel și organizează munca întregului organ.

Ce sunt interneuronii?

Neuronii sistemului nervos central sunt împărțiți în activând (forma activatoare a sinapselor) și inhibitor (formează sinapse inhibitorii). Acestea din urmă sunt în mare măsură reprezentate interneuroni , sau neuroni intermediari. În cortexul cerebral și hipocamp, aceștia sunt responsabili pentru formarea ritmurilor gamma cerebrale, care asigură munca coordonată, sincronă, a altor neuroni. Acest lucru este extrem de important pentru funcțiile motorii, percepția informațiilor senzoriale, formarea memoriei,.

Găsirea optimului

De fapt, vorbim despre o problemă de optimizare: găsirea maximului unei funcții și determinarea parametrilor sub care se realizează aceasta. În cazul nostru, funcția este raportul dintre numărul Informatii utile la costurile energiei. Cantitatea de informații utile poate fi calculată aproximativ folosind formula lui Shannon, utilizată pe scară largă în teoria informației, . Există două metode de calculare a costurilor energetice și ambele dau rezultate plauzibile, . Una dintre ele - „metoda de numărare a ionilor” - se bazează pe numărarea numărului de ioni Na + care au intrat în neuron în timpul unui anumit eveniment semnal (PD sau PSP, vezi bara laterală " Ce este un potențial de acțiune”) urmată de conversie la numărul de molecule adenozin trifosfat (ATP), principala „monedă” energetică a celulelor. Al doilea se bazează pe descrierea curenților de ioni prin membrană în conformitate cu legile electronicii și vă permite să calculați puterea circuitului electric echivalent al neuronului, care este apoi convertit în costuri ATP.

Aceste valori „optimale” ale parametrilor trebuie apoi comparate cu cele măsurate experimental și să determine cât de mult diferă. Imaginea de ansamblu a diferențelor va indica gradul optimizare a unui neuron dat în ansamblu: cât de reale, măsurate experimental, coincid valorile parametrilor cu cele calculate. Cu cât diferențele sunt mai slabe, cu atât neuronul este mai aproape de optim și cu atât funcționează mai eficient și mai optim energetic. Pe de altă parte, o comparație a parametrilor specifici va arăta în ce capacitate specifică acest neuron este aproape de „ideal”.

În plus, în contextul eficienței energetice a neuronilor, sunt luate în considerare două procese pe care se bazează codificarea și transmiterea informațiilor în creier. Acesta este un impuls nervos, sau un potențial de acțiune, prin care poate fi informată trimis„destinatar” la o anumită distanță (de la micrometri la un metru și jumătate) și transmisia sinaptică care stă la baza realului transmisie semnal de la un neuron la altul.

potenţial de acţiune

potenţial de acţiune (PD) este un semnal pe care neuronii îl trimit unul altuia. PD sunt diferite: rapid și lent, mic și mare. Adesea ele sunt organizate în secvențe lungi (ca literele din cuvinte) sau în „pachete” scurte de înaltă frecvență (Fig. 2).

Figura 2. Diferite tipuri de neuroni generează semnale diferite. In centru- secțiunea longitudinală a creierului unui mamifer. Inseturile prezinta diferite tipuri de semnale inregistrate prin metode electrofiziologice , . dar - Cortical ( Cortex cerebral) neuronii piramidali pot transmite ca semnale de joasă frecvență ( Tragere regulată), și semnale scurte de explozie sau de explozie ( explozie de foc). b - Pentru celulele Purkinje ale cerebelului ( Cerebel) se caracterizează numai prin activitate de explozie la foarte frecventa inalta. în - neuronii releu ai talamusului ( talamus) au două moduri de activitate: burst și tonic ( tragere tonica). G - Neuronii din mijlocul lesei ( MHb, Habenula medială) epitalamusului generează semnale tonice de joasă frecvență.

Ce este un potențial de acțiune?

1. membrana si ionii. Membrana plasmatică a neuronului menține o distribuție neuniformă a substanțelor între celulă și mediul extracelular (Fig. 3). b). Printre aceste substanțe există și ioni mici, dintre care K + și Na + sunt importanți pentru descrierea PD.
   Există puțini ioni Na + în interiorul celulei, dar mulți în exterior. Din această cauză, ei se străduiesc constant să intre în cușcă. Dimpotrivă, în interiorul celulei sunt mulți ioni K + și se străduiesc să iasă din ea. Ionii nu pot face acest lucru singuri, deoarece membrana este impermeabilă pentru ei. Pentru trecerea ionilor prin membrană, este necesar să deschideți proteine ​​speciale - canale ionice membranelor.



Figura 3. Neuron, canale ionice și potențial de acțiune. dar - Reconstituirea celulei candelabrului din cortexul cerebral de șobolan. albastru dendritele și corpul neuronului sunt colorate (pată albastră în centru), roșu- axon (în multe tipuri de neuroni, axonul este mult mai ramificat decât dendritele,). VerdeaţăȘi săgeți purpurie indicați direcția fluxului de informații: dendritele și corpul neuronului îl primesc, axonul îl trimite altor neuroni. b - Membrana unui neuron, ca orice altă celulă, conține canale ionice. Căni verzi- ioni de Na +, albastru- Ioni K +. în - Modificări ale potențialului de membrană în timpul generării unui potențial de acțiune (AP) de către neuronul Purkinje. zonă verde: Canalele de Na sunt deschise, ionii Na + intră în neuron, are loc depolarizarea. Zona albastra: Canalele K sunt deschise, K + iese, are loc repolarizarea. Suprapunerea regiunilor verde și albastru corespunde perioadei în care Na + intră și K + iese simultan.

2. canale ionice. Varietatea canalelor este imensă. Unele dintre ele se deschid ca răspuns la o modificare a potențialului membranei, altele - atunci când un ligand (un neurotransmițător într-o sinapsă, de exemplu) se leagă, altele - ca urmare a modificărilor mecanice ale membranei etc. Deschiderea canalului constă în schimbarea structurii acestuia, în urma căreia ionii pot trece prin el. Unele canale trec doar un anumit tip de ion, în timp ce altele sunt caracterizate prin conductivitate mixtă.
   Canalele care „simt” potențialul membranei joacă un rol cheie în generarea AP - potenţial dependent canale ionice. Ele se deschid ca răspuns la modificările potențialului membranei. Printre acestea, ne interesează potenţial-dependenţi canale de sodiu(canale Na), care trec numai ioni Na + și canale de potasiu dependente de tensiune (canale K), care trec numai ioni K +.

PD este o modificare relativ puternică în amplitudine, asemănătoare unui salt, a potențialului membranei.

3. Curentul ionic și PD. Baza PD este curentul ionic - mișcarea ionilor prin canalele ionice ale membranei. Deoarece ionii sunt încărcați, curentul lor duce la o modificare a sarcinii totale în interiorul și în afara neuronului, ceea ce implică imediat o modificare a potențialului membranei.
   Generarea AP, de regulă, are loc în segmentul inițial al axonului - în acea parte a acestuia care este adiacentă corpului neuronului, . Există multe canale Na concentrate aici. Dacă se deschid, un curent puternic de ioni Na + se va repezi în axon și a depolarizare membrane - o scădere a potențialului membranei în valoare absolută (Fig. 3 în). Apoi, trebuie să reveniți la valoarea inițială - repolarizare. Ionii K + sunt responsabili pentru aceasta. Când canalele K se deschid (cu puțin înainte de maximul AP), ionii K+ vor începe să părăsească celula și să repolarizeze membrana.
   Depolarizarea și repolarizarea sunt cele două faze principale ale PD. Pe lângă acestea, se mai disting mai multe, care, din lipsă de necesitate, nu sunt luate în considerare aici. O descriere detaliată a generației PD poate fi găsită în,. Scurta descriere PD este, de asemenea, în articole despre „Biomolecule”.
4. Segmentul axon inițial și inițierea AP. Ce duce la deschiderea canalelor Na în segmentul inițial al axonului? Din nou, modificarea potențialului de membrană, „vinând” de-a lungul dendritelor neuronului (Fig. 3). dar). Acest - potenţiale postsinaptice (PSP) care rezultă din transmiterea sinaptică. Acest proces este explicat mai detaliat în textul principal.
5. Efectuarea PD. Canalele Na din apropiere nu vor fi indiferente față de AP în segmentul inițial al axonului. Și ei se vor deschide ca răspuns la această modificare a potențialului membranei, care va declanșa și AP. Acesta din urmă, la rândul său, va provoca o „reacție” similară în următorul segment al axonului, mai departe de corpul neuronului și așa mai departe. Așa se întâmplă dirijarea PD de-a lungul axonului, . În cele din urmă își va ajunge la terminațiile presinaptice ( săgeți purpurieîn fig. 3 dar) unde poate declanșa transmiterea sinaptică.
6. Consumul de energie pentru generarea AP este mai mic decât pentru activitatea sinapselor. Câte molecule de adenozin trifosfat (ATP), principala „monedă” energetică costă PD? Potrivit unei estimări, pentru neuronii piramidali din cortexul cerebral de șobolan, consumul de energie pentru generarea a 4 AP pe secundă este de aproximativ ⅕ din consumul total de energie al neuronului. Dacă luăm în considerare alte procese de semnalizare, în special transmisia sinaptică, proporția va fi ⅘. Pentru cortexul cerebelos, care este responsabil pentru funcțiile motorii, situația este similară: consumul de energie pentru generarea semnalului de ieșire este de 15% din total, iar aproximativ jumătate este pentru procesarea informațiilor de intrare. Deci, PD este departe de a fi cel mai consumator de energie. Factorul de mai multă energie necesită munca sinapsei,. Totuși, acest lucru nu înseamnă că procesul de generare a PD nu prezintă caracteristici de eficiență energetică.

Analiză tipuri diferite neuronii (Fig. 4) au arătat că neuronii nevertebratei nu sunt foarte eficienți energetic, iar unii neuroni de vertebrate sunt aproape perfecți. Conform rezultatelor acestui studiu, interneuronii hipocampici implicați în formarea memoriei și a emoțiilor, precum și neuronii releu talamocortical, care transportă principalul flux de informații senzoriale de la talamus la cortexul cerebral, s-au dovedit a fi cei mai energici. eficient.

Figura 4. Diferiți neuroni sunt eficienți în moduri diferite. Figura prezintă o comparație a consumului de energie al diferitelor tipuri de neuroni. Consumul de energie este calculat în modele ca și cu valorile inițiale (reale) ale parametrilor ( coloane negre), și cu cele optime, în care, pe de o parte, neuronul își îndeplinește funcția atribuită, pe de altă parte, cheltuiește un minim de energie ( coloane gri). Două tipuri de neuroni vertebrați s-au dovedit a fi cei mai eficienți dintre cei prezentați: interneuronii hipocampali ( interneuron hipocampal de șobolan, RHI) și neuronii talamocorticali ( celula releu talamocorticală de șoarece, MTCR), deoarece pentru ei consumul de energie din modelul original este cel mai apropiat de consumul de energie al celui optimizat. În schimb, neuronii nevertebratelor sunt mai puțin eficienți. Legendă: SA (axon de calmar) - axon de calmar gigant; CA (axon de crab) - axon de crab; MFS (mouse-ul rapid spike interneuron cortical) - interneuron cortical rapid de șoarece; BK (corp de ciupercă de albine celulă Kenyon) este celula Kenyon în formă de ciupercă a albinei.

De ce sunt mai eficiente? Deoarece au o suprapunere mică a curenților de Na și K. În timpul generării PD, există întotdeauna o perioadă de timp în care acești curenți sunt prezenți simultan (Fig. 3 în). În acest caz, practic nu există transfer de sarcină, iar modificarea potențialului membranei este minimă. Dar, în orice caz, trebuie să „plătiți” acești curenti, în ciuda „inutilității” lor în această perioadă. Prin urmare, durata acestuia determină cât de multă resurse energetice sunt risipite. Cu cât este mai scurtă, cu atât este mai eficientă utilizarea energiei. Cu cât este mai lung, cu atât mai puțin eficient. Doar în cele două tipuri de neuroni menționate mai sus, datorită canalelor ionice rapide, această perioadă este foarte scurtă, iar PD sunt cele mai eficiente.

Apropo, interneuronii sunt mult mai activi decât majoritatea altor neuroni din creier. În același timp, sunt extrem de importante pentru activitatea coordonată, sincronă a neuronilor, cu care formează mici rețele locale. Probabil, eficiența energetică ridicată a AP interneuronilor este un fel de adaptare la activitatea și rolul lor ridicat în coordonarea activității altor neuroni.

Sinapsa

Transmiterea semnalului de la un neuron la altul are loc într-un contact special între neuroni, în sinapsa . Vom lua în considerare doar sinapsele chimice (mai sunt ceva electric), deoarece sunt foarte frecvente în sistemul nervos și sunt importante pentru reglarea metabolismului celular, livrarea de nutrienți.

La capătul presinaptic al axonului, AP provoacă eliberarea unui neurotransmițător în mediul extracelular - către neuronul receptor. Acesta din urmă așteaptă cu nerăbdare acest lucru: în membrana dendritică, receptorii - canale ionice de un anumit tip - leagă neurotransmițătorul, se deschid și permit diverșilor ioni să treacă. Acest lucru are ca rezultat generarea unui mic potenţial postsinaptic(PSP) pe membrana dendrite. Seamănă cu AP, dar este mult mai mică ca amplitudine și apare datorită deschiderii altor canale. Multe dintre aceste PSP mici, fiecare din propria sa sinapsă, „coboară” de-a lungul membranei dendritice până în corpul neuronului ( săgeți verziîn fig. 3 dar) și ajung la segmentul inițial al axonului, unde provoacă deschiderea canalelor Na și îl „provocă” să genereze AP.

Astfel de sinapse sunt numite captivant : contribuie la activarea neuronului și la generarea AP. Există, de asemenea inhibitor sinapsele. Dimpotrivă, ele contribuie la inhibare și previne generarea AP. Adesea există ambele sinapse pe același neuron. O anumită relație între inhibiție și excitare este importantă pentru operatie normala creier, formarea ritmurilor creierului care însoțesc funcțiile cognitive superioare.

Destul de ciudat, este posibil ca eliberarea unui neurotransmițător în sinapsă să nu aibă loc deloc - acesta este un proces probabilist. Neuronii economisesc energie astfel: transmisia sinaptică determină deja aproximativ jumătate din consumul total de energie al neuronilor. Dacă sinapsele s-ar declanșa întotdeauna, toată energia ar merge pentru a le face să funcționeze și nu ar mai fi resurse pentru alte procese. Mai mult decât atât, probabilitatea scăzută (20-40%) de eliberare a neurotransmițătorilor corespunde cu cea mai mare eficiență energetică a sinapselor. Raportul dintre cantitatea de informații utile și energia cheltuită în acest caz este maxim, . Deci, se dovedește că „eșecurile” joacă un rol important în activitatea sinapselor și, în consecință, a întregului creier. Și nu trebuie să vă faceți griji cu privire la transmiterea semnalului cu sinapse uneori „nefuncționale”, deoarece există de obicei multe sinapse între neuroni și cel puțin una dintre ele va funcționa.

O altă caracteristică a transmisiei sinaptice este împărțirea fluxului de informații generale în componente separate în funcție de frecvența de modulație a semnalului de intrare (în general, frecvența AP-urilor de intrare). Acest lucru se datorează combinației diferiților receptori de pe membrana postsinaptică. Unii receptori sunt activați foarte repede: de exemplu, Receptorii AMPA (AMPA provine din α- A mino-3-hidroxi-5- m etil-4-izoxazol p ropionic A cid). Dacă doar astfel de receptori sunt prezenți pe neuronul postsinaptic, acesta poate percepe clar un semnal de înaltă frecvență (cum ar fi, de exemplu, în Fig. 2 în). Cel mai clar exemplu îl reprezintă neuronii sistemului auditiv implicați în determinarea locației sursei de sunet și recunoașterea cu acuratețe a sunetelor scurte, cum ar fi clicurile, care sunt reprezentate pe scară largă în vorbire. Receptorii NMDA (NMDA - din N -m etil- D -A spartate) sunt mai lente. Acestea permit neuronilor să selecteze semnale de frecvență mai joasă (Fig. 2 G), precum și pentru a percepe seria de înaltă frecvență a AP ca ceva unificat - așa-numita integrare a semnalelor sinaptice. Există receptori metabotropi și mai lenți, care, atunci când leagă un neurotransmițător, transmit un semnal unui lanț de „mesageri secundari” intracelulari pentru a ajusta o varietate de procesele celulare. De exemplu, receptorii asociați proteinei G sunt răspândiți. În funcție de tip, acestea, de exemplu, reglează numărul de canale din membrană sau le modulează direct funcționarea.

Diverse combinații de receptori AMPA rapidi, NMDA mai lenți și receptori metabotropi permit neuronilor să selecteze și să utilizeze cele mai utile informații pentru ei, ceea ce este important pentru funcționarea lor. Și informația „inutilă” este eliminată, nu este „percepută” de neuron. În acest caz, nu trebuie să cheltuiți energie pentru procesarea informațiilor inutile. Acesta este un alt aspect al optimizării transmisiei sinaptice între neuroni.

Ce altceva?

Eficiența energetică a celulelor creierului este studiată și în raport cu morfologia lor. Cercetările arată că ramificarea dendritică și axonală nu este haotică și, de asemenea, economisește energie. De exemplu, axonul se ramifică în așa fel încât lungimea totală a căii prin care trece AP este cea mai mică. În acest caz, consumul de energie pentru conducerea AP de-a lungul axonului este minim.

O scădere a consumului de energie al unui neuron este, de asemenea, realizată cu un anumit raport de sinapse inhibitorii și excitatorii. Acest lucru este direct legat, de exemplu, de ischemie(o afecțiune patologică cauzată de afectarea fluxului sanguin în vase) a creierului. În această patologie, cel mai probabil, cei mai activi neuroni metabolic sunt primii care eșuează. În cortex, ei sunt reprezentați de interneuroni inhibitori care formează sinapse inhibitorii pe mulți alți neuroni piramidali. Ca urmare a morții interneuronilor, inhibiția piramidală scade. Ca urmare, are loc o creștere nivel general activitatea acestuia din urmă (activarea sinapselor funcționează mai des, AP-urile sunt generate mai des). Aceasta este urmată imediat de o creștere a consumului lor de energie, care în condiții de ischemie poate duce la moartea neuronilor.

Atunci când se studiază patologiile, se acordă atenție și transmisiei sinaptice, ca proces cel mai consumator de energie. De exemplu, în bolile Parkinson, Huntington, Alzheimer, există o defecțiune sau transport la sinapsele mitocondriilor, care joacă un rol major în sinteza ATP. În cazul bolii Parkinson, acest lucru se poate datora perturbării și morții neuronilor substanței negre foarte consumatoare de energie, ceea ce este important pentru reglarea funcțiilor motorii și a tonusului muscular. În boala Huntington, proteina mutantă huntingtin perturbă mecanismele de livrare a noilor mitocondrii către sinapse, ceea ce duce la „fometarea energetică” a acestora din urmă, creșterea vulnerabilității neuronilor și activarea excesivă. Toate acestea pot cauza perturbarea în continuare a activității neuronilor, urmată de atrofia striatului și a cortexului cerebral. În boala Alzheimer, perturbarea mitocondriilor (în paralel cu scăderea numărului de sinapse) are loc din cauza depunerii plăcilor de amiloid. Acțiunea acestora din urmă asupra mitocondriilor duce la stres oxidativ, precum și la apoptoză - moartea celulară a neuronilor.

Încă o dată despre tot

La sfârșitul secolului al XX-lea a luat naștere o abordare a studiului creierului, în care sunt luate în considerare simultan două caracteristici importante: cât de mult codifică și transmite un neuron (sau rețea neuronală, sau sinapsă) informații utile și câtă energie are. cheltuiește, . Raportul lor este un fel de criteriu pentru eficiența energetică a neuronilor, rețelelor neuronale și sinapselor.

Utilizarea acestui criteriu în neuroștiința computațională a dat o creștere semnificativă a cunoștințelor cu privire la rolul anumitor fenomene, procese, . În special, probabilitatea scăzută de eliberare a neurotransmițătorilor în sinapsă, un anumit echilibru între inhibarea neuronilor și excitație, eliberarea doar a unui anumit tip de informații primite datorită unei anumite combinații de receptori - toate acestea contribuie la economisirea resurselor energetice valoroase.

Mai mult decât atât, simpla determinare a consumului de energie al proceselor de semnalizare (de exemplu, generarea, conducerea AP, transmiterea sinaptică) face posibil să se afle care dintre ele va suferi în primul rând în cazul unei încălcări patologice a livrării de nutrienți, . Deoarece sinapsele necesită cea mai mare energie pentru a funcționa, ele sunt primele care eșuează în patologii precum ischemia, boala Alzheimer și boala Huntington. În mod similar, determinarea consumului de energie al diferitelor tipuri de neuroni ajută la a afla care dintre ei va muri mai devreme decât alții în cazul unei patologii. De exemplu, cu aceeași ischemie, interneuronii cortexului vor eșua în primul rând,. Acești neuroni, datorită metabolismului intensiv, sunt celulele cele mai vulnerabile în timpul îmbătrânirii, bolii Alzheimer și schizofreniei.

Mulțumiri

Sunt sincer recunoscător părinților mei Olga Natalevich și Alexander Jukov, surorilor Lyuba și Alena, supervizorului meu Alexei Brazhe și prietenilor minunați din laborator Evelina Nickelsparg și Olga Slatinskaya pentru sprijinul și inspirația lor, comentariile valoroase făcute în timpul citirii articolului. De asemenea, îi sunt foarte recunoscător Anna Petrenko, redactorul articolului, și lui Anton Chugunov, redactor-șef al Biomolecule, pentru note, sugestii și comentarii.

Literatură

1. Creier lacom;
2. SEYMOUR S. KETY. (1957). METABOLISMUL GENERAL AL ​​CREIERULUI IN VIVO. Metabolismul sistemului nervos. 221-237;
3. L. Sokoloff, M. Reivich, C. Kennedy, M. H. Des Rosiers, C. S. Patlak, et. al. (1977). METODA DEOXIGLUCOZEI PENTRU MĂSURAREA UTILIZĂRII LOCALE A GLUCOZEI CEREBRALE: TEORIE, PROCEDURĂ ŞI VALORI NORMALE LA ŞObolaNUL ALBINO CONŞTIENT ŞI ANESTEZIZAT . J Neurochem. 28 , 897-916;
4. Magistretti P.J. (2008). Metabolismul energetic al creierului. În neuroștiința fundamentală // Ed de. 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). O perspectivă celulară asupra metabolismului energetic al creierului și imagistică funcțională. Neuron. 86 , 883-901;
6. William B Levy, Robert A. Baxter. (1996). Coduri neuronale eficiente energetic. Calcul neuronal. 8 , 531-543;
7. Sharp P.E. şi Green C. (1994). Corelații spațiale ale modelelor de ardere ale celulelor individuale din subiculul șobolanului care se mișcă liber. J. Neurosci. 14 , 2339–2356;
8. H. Hu, J. Gan, P. Jonas. (2014). Interneuroni GABAergici cu parvalbumină cu intensificare rapidă: de la designul celular la funcția de microcircuit. Ştiinţă. 345 , 1255263-1255263;
9. Oliver Kann, Ismini E Papageorgiou, Andreas Draguhn. (2014). Interneuronii inhibitori puternic energizați sunt un element central pentru procesarea informațiilor în rețelele corticale. J-Cereb Blood Flow Metab. 34 , 1270-1282;
10. David Attwell, Simon B. Laughlin. (2001). Un buget energetic pentru semnalizarea în materia cenușie a creierului. J-Cereb Blood Flow Metab. 21 , 1133-1145;
11. Henry Markram, Maria Toledo-Rodriguez, Yun Wang, Anirudh Gupta, Gilad Silberberg, Caizhi Wu. (2004).

Corpul uman este un sistem complex la care iau parte multe blocuri și componente individuale. În exterior, structura corpului este văzută ca elementară și chiar primitivă. Cu toate acestea, dacă te uiți mai profund și încerci să identifici schemele conform cărora are loc interacțiunea dintre diferite organe, atunci sistemul nervos va trece în prim-plan. Neuron, care este principalul unitate funcțională această structură, acționează ca un transmițător de impulsuri chimice și electrice. În ciuda asemănării exterioare cu alte celule, îndeplinește sarcini mai complexe și mai responsabile, al căror sprijin este important pentru activitatea psihofizică a unei persoane. Pentru a înțelege caracteristicile acestui receptor, merită să înțelegeți dispozitivul, principiile de funcționare și sarcinile acestuia.

Ce sunt neuronii?

Un neuron este o celulă specializată care este capabilă să primească și să proceseze informații în procesul de interacțiune cu alte unități structurale și funcționale ale sistemului nervos. Numărul acestor receptori din creier este de 10 11 (o sută de miliarde). Totodata, un neuron poate contine mai mult de 10 mii de sinapse - terminatii sensibile, prin care apar. Tinand cont de faptul ca aceste elemente pot fi considerate blocuri capabile sa stocheze informatii, se poate concluziona ca contin cantitati uriase. De informații. Un neuron mai este numit și o unitate structurală a sistemului nervos, care asigură funcționarea organelor de simț. Adică, această celulă ar trebui considerată ca un element multifuncțional conceput pentru a rezolva diverse probleme.

Caracteristicile unei celule neuronale

Tipuri de neuroni

Clasificarea principală implică divizarea neuronilor pe o bază structurală. În special, oamenii de știință disting neuronii fără axoni, pseudo-unipolari, unipolari, multipolari și bipolari. Trebuie spus că unele dintre aceste specii sunt încă puțin studiate. Acest lucru se aplică celulelor fără axon care sunt grupate în zone măduva spinării. Există, de asemenea, controverse cu privire la neuronii unipolari. Există păreri că astfel de celule nu sunt prezente deloc în corpul uman. Dacă vorbim despre ce neuroni predomină în corpul ființelor superioare, atunci receptorii multipolari vor trece în prim-plan. Acestea sunt celule cu o rețea de dendrite și un axon. Putem spune că acesta este un neuron clasic, cel mai frecvent în sistemul nervos.

Concluzie

Celulele neuronale sunt o parte integrantă corpul uman. Datorită acestor receptori este asigurată funcționarea zilnică a sute și mii de transmițători chimici din corpul uman. Pe stadiul prezent Dezvoltarea științei oferă un răspuns la întrebarea ce sunt neuronii, dar în același timp lasă loc pentru descoperiri viitoare. De exemplu, astăzi există opinii diferite cu privire la unele dintre nuanțele muncii, creșterii și dezvoltării celulelor de acest tip. Dar, în orice caz, studiul neuronilor este una dintre cele mai importante sarcini ale neurofiziologiei. Este suficient să spunem că noile descoperiri în acest domeniu sunt capabile să facă lumină mai mult moduri eficiente mulți boală mintală. În plus, o înțelegere profundă a modului în care funcționează neuronii va permite dezvoltarea unor instrumente care stimulează activitatea mentală și îmbunătățesc memoria în noua generație.

Corpul uman este un sistem destul de complex și echilibrat care funcționează în conformitate cu reguli clare. Mai mult, în exterior se pare că totul este destul de simplu, dar de fapt corpul nostru este o interacțiune uimitoare a fiecărei celule și organe. Dirijarea tuturor acestei „orchestre” este sistemul nervos, format din neuroni. Astăzi vă vom spune ce sunt neuronii și cât de importanți sunt aceștia în corpul uman. La urma urmei, ei sunt responsabili pentru sănătatea noastră mentală și fizică.

Fiecare elev știe că creierul și sistemul nervos ne guvernează. Aceste două blocuri ale corpului nostru sunt reprezentate de celule, fiecare fiind numită neuron nervos. Aceste celule sunt responsabile pentru primirea și transmiterea impulsurilor de la neuron la neuron și alte celule ale organelor umane.

Pentru a înțelege mai bine ce sunt neuronii, aceștia pot fi reprezentați ca cel mai important element al sistemului nervos, care îndeplinește nu doar un rol conducător, ci și unul funcțional. În mod surprinzător, până acum, neurofiziologii continuă să studieze neuronii și munca lor în transmiterea informațiilor. Desigur, au obținut un mare succes în cercetările lor științifice și au reușit să descopere multe secrete ale corpului nostru, dar încă nu pot răspunde o dată pentru totdeauna la întrebarea ce sunt neuronii.

Celulele nervoase: caracteristici

Neuronii sunt celule și sunt în multe privințe similare cu ceilalți „frați” ai lor care alcătuiesc corpul nostru. Dar au o serie de caracteristici. Datorită structurii lor, astfel de celule din corpul uman, atunci când sunt combinate, creează un centru nervos.

Neuronul are un nucleu și este înconjurat de o teacă protectoare. Acest lucru îl face să fie legat de toate celelalte celule, dar asemănarea se termină aici. Alte caracteristici celula nervoasa fă-l cu adevărat unic:

• Neuronii nu se divid

Neuronii creierului (creierul și măduva spinării) nu se divid. Acest lucru este surprinzător, dar ei încetează să se dezvolte aproape imediat după apariție. Oamenii de știință cred că o anumită celulă precursoare completează diviziunea chiar înainte de dezvoltarea completă a neuronului. În viitor, crește doar conexiunile, dar nu și cantitatea sa în organism. Multe boli ale creierului și ale sistemului nervos central sunt asociate cu acest fapt. Odată cu vârsta, o parte din neuroni moare, iar celulele rămase, din cauza activității scăzute a persoanei în sine, nu pot construi conexiuni și nu-și pot înlocui „frații”. Toate acestea duc la un dezechilibru în organism și, în unele cazuri, la moarte.

• Celulele nervoase transmit informații

Neuronii pot transmite și primi informații cu ajutorul unor procese - dendrite și axoni. Ei sunt capabili să perceapă anumite date cu ajutorul reacții chimiceși îl transformă într-un impuls electric, care, la rândul său, trece prin sinapse (conexiuni) către celulele necesare ale corpului.

Oamenii de știință au dovedit unicitatea celulelor nervoase, dar, de fapt, acum știu despre neuroni doar 20% din ceea ce ascund de fapt. Potențialul neuronilor nu a fost încă dezvăluit, în lumea științifică există o părere că dezvăluirea unui secret al funcționării celulelor nervoase devine începutul unui alt secret. Și acest proces pare să fie nesfârșit.

Câți neuroni sunt în organism?

Aceste informații nu sunt cunoscute cu certitudine, dar neurofiziologii sugerează că în corpul uman există peste o sută de miliarde de celule nervoase. În același timp, o celulă are capacitatea de a forma până la zece mii de sinapse, permițându-vă să comunicați rapid și eficient cu alte celule și neuroni.

Structura neuronilor

Fiecare celulă nervoasă are trei părți:

• corp neuronal (soma);
• dendrite;
• axonii.

Încă nu se știe care dintre procese se dezvoltă mai întâi în corpul celular, dar distribuția responsabilităților între ele este destul de evidentă. Procesul neuronului axon este de obicei format într-o singură copie, dar pot exista o mulțime de dendrite. Numărul lor ajunge uneori la câteva sute, cu cât o celulă nervoasă are mai multe dendrite, cu atât mai multe o cantitate mare celule poate fi conectat. În plus, o rețea extinsă de sucursale vă permite să transferați o mulțime de informații în cel mai scurt timp posibil.

Oamenii de știință cred că, înainte de formarea proceselor, neuronul se instalează în întregul corp și, din momentul în care apar, este deja într-un singur loc fără schimbare.

Transmiterea informațiilor de către celulele nervoase

Pentru a înțelege cât de importanți sunt neuronii, este necesar să înțelegem cum își îndeplinesc funcția de transmitere a informațiilor. Impulsurile neuronale sunt capabile să se miște sub formă chimică și electrică. Procesul dendritei neuronului primește informația ca stimul și o transmite corpului neuronului, axonul o transmite ca un impuls electronic altor celule. Dendritele altui neuron percep impulsul electronic imediat sau cu ajutorul neurotransmitatorilor (transmitatori chimici). Neurotransmițătorii sunt capturați de neuroni și apoi utilizați ca proprii.

Tipuri de neuroni după numărul de procese

Oamenii de știință, observând activitatea celulelor nervoase, au dezvoltat mai multe tipuri de clasificare a acestora. Unul dintre ei împarte neuronii în funcție de numărul de procese:

• unipolar;
• pseudo-unipolar;
• bipolar;
• multipolar;
• fără axoni.

Un neuron clasic este considerat a fi multipolar, are un axon scurt și o rețea de dendrite. Cele mai slab studiate sunt celulele nervoase non-axonale, oamenii de știință cunosc doar locația lor - măduva spinării.

Arc reflex: definiție și scurtă descriere

În neurofizică există un astfel de termen ca „neuroni cu arc reflex”. Fără el, este destul de dificil să obțineți o imagine completă a activității și a semnificației celulelor nervoase. Iritanti care afecteaza sistem nervos se numesc reflexe. Aceasta este activitatea principală a sistemului nostru nervos central, se desfășoară cu ajutorul unui arc reflex. Poate fi reprezentat ca un fel de drum de-a lungul căruia impulsul trece de la neuron la implementarea acțiunii (reflex).

Această cale poate fi împărțită în mai multe etape:

• percepția iritației de către dendrite;
• transmiterea impulsurilor către corpul celular;
• transformarea informatiei intr-un impuls electric;
• transmiterea impulsului către organism;
• modificarea activității unui organ (reacție fizică la un stimul).

Arcurile reflexe pot fi diferite și constau din mai mulți neuroni. De exemplu, un arc reflex simplu este format din două celule nervoase. Unul dintre ei primește informații, iar celălalt face organele umane să efectueze anumite acțiuni. De obicei, astfel de acțiuni sunt numite reflex necondiționat. Apare atunci când o persoană este lovită, de exemplu, de rotula și în cazul atingerii unei suprafețe fierbinți.

Practic, un arc reflex simplu conduce impulsurile prin procesele măduvei spinării, un arc reflex complex conduce un impuls direct către creier, care, la rândul său, îl prelucrează și îl poate stoca. Mai târziu, la primirea unui impuls similar, creierul trimite organelor comanda necesară pentru a efectua un anumit set de acțiuni.

Clasificarea neuronilor după funcționalitate

Neuronii pot fi clasificați în funcție de scopul lor, deoarece fiecare grup de celule nervoase este proiectat pentru anumite acțiuni. Tipurile de neuroni sunt prezentate după cum urmează:

1. sensibil

Aceste celule nervoase sunt concepute pentru a percepe iritația și a o transforma într-un impuls care este redirecționat către creier.

Ei percep informații și transmit un impuls mușchilor care pun în mișcare părți ale corpului și organele umane.

3. Inserare

Acești neuroni desfășoară activități complexe, se află în centrul lanțului dintre celulele nervoase senzoriale și motorii. Astfel de neuroni primesc informații, efectuează procesări preliminare și transmit un impuls-comandă.

4. Secretorie

Celulele nervoase secretoare sintetizează neurohormoni și au o structură specială cu un număr mare de saci membranari.

Neuroni motori: caracteristici

Neuronii eferenți (motorii) au o structură identică cu celelalte celule nervoase. Rețeaua lor de dendrite este cea mai ramificată, iar axonii se extind până la fibrele musculare. Ele fac mușchiul să se contracte și să se îndrepte. Cel mai lung din corpul uman este doar axonul neuronului motor, care merge la deget mare picioarele departe lombar. În medie, lungimea sa este de aproximativ un metru.

Aproape toți neuronii eferenți sunt localizați în măduva spinării, deoarece aceasta este responsabilă pentru majoritatea mișcărilor noastre inconștiente. Acest lucru se aplică nu numai reflexelor necondiționate (de exemplu, clipirea), ci și oricăror acțiuni la care nu ne gândim. Când privim un obiect, creierul trimite impulsuri către nervul optic. Și iată mișcarea globul ocular stânga și dreapta se efectuează prin comenzi ale măduvei spinării, acestea sunt mișcări inconștiente. Deci, pe măsură ce îmbătrânim, pe măsură ce fondul de obiceiuri inconștiente crește, importanța neuronilor motori este văzută într-o nouă lumină.

Tipuri de neuroni motori

La rândul lor, celulele eferente au o anumită clasificare. Ele sunt împărțite în următoarele două tipuri:

• a-motoneuroni;
• neuronii motori y.

Primul tip de neuron are o structură de fibre mai densă și se atașează la diferite fibre musculare. Un astfel de neuron poate folosi un număr diferit de mușchi.

Motoneuronii Y sunt puțin mai slabi decât „frații” lor, nu pot folosi mai multe fibre musculare în același timp și sunt responsabili de tensiunea musculară. Putem spune că ambele tipuri de neuroni sunt organul de control al activității motorii.

Ce mușchi sunt atașați neuronilor motori?

Axonii neuronilor sunt asociați cu mai multe tipuri de mușchi (sunt lucrători), care sunt clasificați ca:

• animal;
• vegetativ.

Prima grupă de mușchi este reprezentată de mușchii scheletici, iar a doua aparține categoriei de mușchi netezi. Metodele de atașare la fibra musculară sunt și ele diferite. Mușchii scheletici din punctul de contact cu neuronii formează un fel de plăci. Neuronii autonomi comunică cu mușchiul neted prin mici umflături sau vezicule.

Concluzie

Este imposibil să ne imaginăm cum ar funcționa corpul nostru în absența celulelor nervoase. În fiecare secundă efectuează o muncă incredibil de complexă, fiind responsabili pentru starea noastră emoțională, preferințele gustative și activitatea fizică. Neuronii nu au dezvăluit încă multe dintre secretele lor. La urma urmei, chiar și cea mai simplă teorie despre nerecuperarea neuronilor provoacă multe controverse și întrebări în rândul unor oameni de știință. Ei sunt gata să demonstreze că, în unele cazuri, celulele nervoase sunt capabile nu numai să formeze noi conexiuni, ci și să se reproducă. Desigur, aceasta este doar o teorie pentru moment, dar se poate dovedi a fi viabilă.

Lucrările privind studiul funcționării sistemului nervos central sunt extrem de importante. Într-adevăr, datorită descoperirilor din acest domeniu, farmaciștii vor putea dezvolta noi medicamente care să activeze activitatea creierului, iar psihiatrii vor înțelege mai bine natura multor boli care acum par incurabile.

Despre posibilitățile inepuizabile ale noastre s-au scris munți de literatură. El este capabil să proceseze o cantitate imensă de informații pe care nici computerele moderne nu le pot face. În plus, creierul în condiții normale funcționează fără întrerupere timp de 70-80 de ani sau mai mult. Și în fiecare an, durata vieții sale și, prin urmare, viața unei persoane, crește.

Funcționarea eficientă a acestui organ cel mai important și în multe privințe misterios este asigurată în principal de două tipuri de celule: neuroni și celule gliale. Neuronii sunt responsabili pentru primirea și procesarea informațiilor și.

Puteți auzi adesea că o persoană mentală garantează prezența materiei cenușii. Ce este această substanță și de ce este gri? Această culoare are cortexul cerebral, format din celule microscopice. Aceștia sunt neuroni sau celule nervoase care asigură activitatea creierului nostru și controlează întregul corp uman.

Cum este o celulă nervoasă

Un neuron, ca orice celulă vie, este format dintr-un nucleu și un corp celular, care se numește soma. Dimensiunea celulei în sine este microscopică - de la 3 la 100 de microni. Cu toate acestea, acest lucru nu împiedică neuronul să fie un adevărat depozit al diverselor informații. Fiecare celulă nervoasă conține un set complet de gene - instrucțiuni pentru producerea de proteine. Unele dintre proteine ​​sunt implicate în transmiterea informațiilor, altele creează un înveliș protector în jurul celulei în sine, altele sunt implicate în procesele de memorie, altele oferă schimbări de dispoziție etc.

Chiar și un mic eșec într-unul dintre programele pentru producerea unei anumite proteine ​​poate duce la consecințe grave, boala, tulburarea psihica, dementa etc.

Fiecare neuron este înconjurat de o teacă protectoare de celule gliale; ele umplu literalmente întregul spațiu intercelular și reprezintă 40% din substanța creierului. Glia sau o colecție de celule gliale îndeplinește funcții foarte importante: protejează neuronii de influențele externe nefavorabile, furnizează celulelor nervoase cu nutriențiși le elimină deșeurile.

Celulele gliale păzesc sănătatea și integritatea neuronilor, prin urmare nu permit multor persoane din afară să pătrundă în celulele nervoase. substanțe chimice. Inclusiv medicamente. Prin urmare, eficacitatea diferitelor medicamente concepute pentru a îmbunătăți activitatea creierului este complet imprevizibilă și acționează diferit pentru fiecare persoană.

Dendritele și axonii

În ciuda complexității structurii neuronului, în sine nu joacă un rol semnificativ în funcționarea creierului. Activitatea noastră nervoasă, inclusiv activitatea mentală, este rezultatul interacțiunii multor neuroni care fac schimb de semnale. Recepția și transmiterea acestor semnale, mai precis, impulsuri electrice slabe, are loc cu ajutorul fibrelor nervoase.

Neuronul are mai multe fibre nervoase ramificate scurte (aproximativ 1 mm) - dendrite, numite astfel datorită asemănării lor cu un copac. Dendritele sunt responsabile pentru primirea semnalelor de la alte celule nervoase. Și axonul acționează ca un transmițător de semnal. Această fibră dintr-un neuron este doar una, dar poate ajunge la o lungime de până la 1,5 metri. Conectându-se cu ajutorul axonilor și al dendritelor, celulele nervoase formează întregi rețele neuronale. Și cu cât sistemul de interconexiuni este mai complex, cu atât activitatea noastră mentală este mai complexă.

Munca unui neuron

În centrul celei mai complexe activități a sistemului nostru nervos se află schimbul de impulsuri electrice slabe între neuroni. Dar problema este că inițial axonul unei celule nervoase și dendritele celeilalte nu sunt conectate, între ele există un spațiu umplut cu substanță intercelulară. Aceasta este așa-numita despicatură sinaptică, iar semnalul nu o poate depăși. Imaginați-vă că doi oameni se întind unul spre celălalt cu mâinile și abia se întind.

Această problemă este rezolvată de un neuron simplu. Sub influența unui curent electric slab, are loc o reacție electrochimică și se formează o moleculă de proteină, un neurotransmițător. Această moleculă blochează fanta sinaptică, devenind un fel de punte pentru trecerea semnalului. Neurotransmițătorii îndeplinesc și o altă funcție - conectează neuronii și, cu cât semnalul trece mai des prin acest circuit neuronal, cu atât este mai puternică această conexiune. Imaginează-ți că treci cu vade peste un râu. Trecând de-a lungul ei, o persoană aruncă o piatră în apă și apoi fiecare călător ulterior face același lucru. Rezultatul este o tranziție puternică, de încredere.

Această conexiune între neuroni se numește sinapsă și joacă un rol important în activitatea creierului. Se crede că până și memoria noastră este rezultatul muncii. Aceste conexiuni asigură o viteză mare de trecere a impulsurilor nervoase - semnalul de-a lungul lanțului de neuroni se mișcă cu o viteză de 360 ​​km/h sau 100 m/s. Puteți calcula cât durează pentru ca un semnal de la un deget pe care l-ați înțepat accidental cu un ac să intre în creier. Există o veche ghicitoare: „Care este cel mai rapid lucru din lume?”. Răspuns: Gând. Și a fost observat foarte precis.

Tipuri de neuroni

Neuronii nu se află doar în creier, unde interacționează pentru a forma sistemul nervos central. Neuronii sunt localizați în toate organele corpului nostru, în mușchii și ligamentele de pe suprafața pielii. Mai ales multe dintre ele în receptori, adică organele de simț. O rețea extinsă de celule nervoase care pătrunde în întregul organism uman este sistemul nervos periferic, care îndeplinește funcții nu mai puțin importante decât cel central. Toată varietatea de neuroni este împărțită în trei grupuri principale:

• Neuronii afectori primesc informații de la organele de simț și sub formă de impulsuri fibrele nervoase transmite-l creierului. Aceste celule nervoase au cei mai lungi axoni, deoarece corpul lor este situat în partea corespunzătoare a creierului. Există o specializare strictă, iar semnalele sonore vin exclusiv în partea auditivă a creierului, mirosurile - la olfactiv, lumina - la vizual etc.
• Neuronii intermediari sau intercalari sunt angajați în procesarea informațiilor primite de la afectatori. După ce informația este evaluată, neuronii intermediari emit o comandă către organele senzoriale și mușchii aflați la periferia corpului nostru.
• Neuronii eferenti sau efectori transmit aceasta comanda de la cei intermediari sub forma unui impuls nervos catre organe, muschi etc.

Cea mai complexă și mai puțin înțeleasă este munca neuronilor intermediari. Ei sunt responsabili pentru mai mult decât doar răspunsuri reflexe, cum ar fi tragerea mâinii departe de o tigaie fierbinte sau clipirea la un fulger de lumină. Aceste celule nervoase asigură procese mentale atât de complexe precum gândirea, imaginația, creativitatea. Și cum se transformă schimbul instantaneu de impulsuri nervoase între neuroni în imagini vii, povești fantastice, descoperiri strălucitoare și doar gânduri despre o zi de luni dificilă? Acest secretul principal creier, pe care oamenii de știință nu au ajuns încă să-l dezlege.

Singurul lucru care s-a aflat este că tipuri diferite activitatea mentală sunt asociate cu activitatea diferitelor grupuri de neuroni. Vise de viitor, memorarea unei poezii, percepție persoana iubita, gândindu-ne la achiziții - toate acestea se reflectă în creierul nostru ca explozii de activitate a celulelor nervoase în diferite puncte ale cortexului cerebral.

Funcțiile neuronilor

Având în vedere că neuronii asigură funcționarea tuturor sistemelor corpului, funcțiile celulelor nervoase ar trebui să fie foarte diverse. În plus, toate nu au fost încă pe deplin elucidate. Dintre numeroasele clasificări diferite ale acestor funcții, vom alege una care este cea mai de înțeles și mai apropiată de problemele științei psihologice.

Funcția de transfer de informații

Aceasta este funcția principală a neuronilor, cu care alții sunt asociați, deși nu mai puțin semnificativi. Această funcție este și cea mai studiată. Toate semnalele externe primite de organe intră în creier, unde sunt procesate. Și apoi, ca urmare a feedback-ului sub formă de impulsuri-comenzi, acestea sunt transferate de-a lungul fibrelor nervoase eferente înapoi la organele de simț, mușchii etc.

O astfel de circulație constantă a informațiilor are loc nu numai la nivelul sistemului nervos periferic, ci și la nivelul creierului. Conexiunile dintre neuronii care fac schimb de informații formează rețele neuronale extraordinar de complexe. Imaginați-vă: există cel puțin 30 de miliarde de neuroni în creier și fiecare dintre ei poate avea până la 10 mii de conexiuni. La mijlocul secolului al XX-lea, cibernetica a încercat să creeze un computer electronic care funcționează pe principiul creierului uman. Dar nu au reușit - procesele care au loc în sistemul nervos central s-au dovedit a fi prea complexe.

Funcția de salvare a experienței

Neuronii sunt responsabili pentru ceea ce numim memorie. Mai precis, după cum au descoperit neurofiziologii, păstrarea urmelor de semnale care trec prin circuitele neuronale este un fel de efect secundar activitatea creierului. Baza memoriei sunt acele molecule de proteine ​​– neurotransmițători care apar ca punți de legătură între celulele nervoase. Prin urmare, nu există o parte specială a creierului responsabilă cu stocarea informațiilor. Și dacă, din cauza unei răni sau boli, are loc distrugerea conexiunilor nervoase, atunci o persoană își poate pierde parțial memoria.

Funcția integrativă

Aceasta este interacțiunea dintre diferite departamente creier. „Blițuri” instantanee ale semnalelor transmise și primite, focare de excitație crescută în cortexul cerebral - aceasta este nașterea imaginilor și a gândurilor. Conexiuni nervoase complexe care unesc diferite părți ale cortexului cerebral și pătrund în zona subcorticala, sunt produsul activității noastre mentale. Și cu cât apar astfel de conexiuni, cu atât memoria este mai bună și gândirea mai productivă. Adică, de fapt, cu cât gândim mai mult, cu atât devenim mai deștepți.

Funcția de producere a proteinelor

Activitatea celulelor nervoase nu se limitează la procesele informaționale. Neuronii sunt adevărate fabrici de proteine. Aceștia sunt aceiași neurotransmițători care nu numai că servesc drept „punte” între neuroni, dar joacă și un rol uriaș în reglarea activității corpului nostru în ansamblu. În prezent, există aproximativ 80 de tipuri de acești compuși proteici care îndeplinesc o varietate de funcții:

• Noradrenalina, numită uneori hormonul furiei sau. Tonifică corpul, crește eficiența, face inima să bată mai repede și pregătește corpul pentru acțiune imediată pentru a respinge pericolul.
• Dopamina este principalul tonic al corpului nostru. Este implicat în activarea tuturor sistemelor, inclusiv în timpul trezirii, în timpul activitate fizicași creează o dispoziție emoțională pozitivă până la euforie.
• Serotonina este, de asemenea, o substanță Să ai o dispoziție bună”, deși nu afectează activitatea fizică.
• Glutamatul este un transmițător necesar pentru funcționarea memoriei; stocarea pe termen lung a informațiilor este imposibilă fără el.
• Acetilcolina controlează procesele de somn și de trezire și este, de asemenea, necesară pentru sporirea atenției.

Neurotransmițătorii, sau mai degrabă cantitatea lor, afectează sănătatea organismului. Și dacă există probleme cu producerea acestor molecule de proteine, atunci boala grava. De exemplu, lipsa de dopamină este una dintre cauzele bolii Parkinson, iar dacă se produce prea mult din această substanță, atunci se poate dezvolta schizofrenia. Dacă acetilcolina nu este produsă suficient, atunci poate apărea o boală Alzheimer foarte neplăcută, care este însoțită de demență.

Formarea neuronilor creierului începe chiar înainte de nașterea unei persoane, iar pe toată perioada de creștere are loc o formare activă și o complicare a conexiunilor neuronale. Multă vreme s-a crezut că celulele nervoase noi nu pot apărea la un adult, dar procesul morții lor este inevitabil. Prin urmare, mentalul este posibil doar datorită complicației conexiunilor neuronale. Și chiar și atunci, toată lumea este condamnată la o scădere a abilităților mentale.

Dar cercetările recente au respins această prognoză pesimistă. Oamenii de știință elvețieni au demonstrat că există o parte a creierului care este responsabilă pentru nașterea de noi neuroni. Acesta este hipocampul, produce până la 1400 de celule nervoase noi zilnic. Și trebuie doar să le includem activ în activitatea creierului, să primim și să înțelegem noi informații, creând astfel noi conexiuni neuronale și complicând rețeaua neuronală.

Sistemul nervos este cea mai complexă și puțin studiată parte a corpului nostru. Este format din 100 de miliarde de celule - neuroni și celule gliale, care sunt de aproximativ 30 de ori mai multe. Până în zilele noastre, oamenii de știință au reușit să studieze doar 5% din celulele nervoase. Toate celelalte sunt încă un mister pe care medicii încearcă să-l rezolve prin orice mijloace.

Neuron: structură și funcții

Neuronul este principalul element structural al sistemului nervos, care a evoluat din celulele neurorefectoare. Funcția celulelor nervoase este de a răspunde la stimuli prin contracție. Acestea sunt celule care sunt capabile să transmită informații folosind un impuls electric, mijloace chimice și mecanice.

Pentru îndeplinirea funcțiilor, neuronii sunt motorii, senzoriali și intermediari. Celulele nervoase senzoriale transmit informații de la receptori către creier, celulele motorii - către țesuturile musculare. Neuronii intermediari sunt capabili să îndeplinească ambele funcții.

Din punct de vedere anatomic, neuronii constau dintr-un corp și două tipuri de procese - axoni și dendrite. Există adesea mai multe dendrite, funcția lor este de a prelua semnalul de la alți neuroni și de a crea conexiuni între neuroni. Axonii sunt proiectați să transmită același semnal către alte celule nervoase. În exterior, neuronii sunt acoperiți cu o membrană specială, formată dintr-o proteină specială - mielina. Este predispus la auto-reînnoire pe tot parcursul vieții umane.

Cu ce ​​seamănă transmiterea aceluiaşi impuls nervos? Să ne imaginăm că pui mâna pe mânerul fierbinte al tigaii. In acel moment, receptorii situati in tesutul muscular al degetelor reactioneaza. Cu ajutorul impulsurilor, ei trimit informații către creierul principal. Acolo, informația este „digerată” și se formează un răspuns, care este trimis înapoi la mușchi, manifestat subiectiv printr-o senzație de arsură.

Neuronii, se recuperează?

Chiar și în copilărie, mama ne-a spus: aveți grijă de sistemul nervos, celulele nu se refac. Atunci o astfel de frază a sunat cumva înfricoșător. Dacă celulele nu sunt restaurate, ce să faci? Cum să te protejezi de moartea lor? La astfel de întrebări ar trebui să se răspundă stiinta moderna. În general, nu totul este atât de rău și înfricoșător. Întregul organism are o mare capacitate de a reface, de ce nu poate celulele nervoase. La urma urmei, după leziuni traumatice ale creierului, accidente vasculare cerebrale, atunci când există leziuni semnificative ale țesutului cerebral, acesta își recapătă cumva funcțiile pierdute. În consecință, ceva se întâmplă în celulele nervoase.

Chiar și la concepție, moartea celulelor nervoase este „programată” în organism. Unele studii vorbesc despre moarte 1% din neuroni pe an. În acest caz, în 20 de ani, creierul s-ar uza până când este imposibil ca o persoană să facă cele mai simple lucruri. Dar acest lucru nu se întâmplă, iar creierul este capabil să funcționeze pe deplin la bătrânețe.

În primul rând, oamenii de știință au efectuat un studiu privind restaurarea celulelor nervoase la animale. După deteriorarea creierului la mamifere, s-a dovedit că celulele nervoase existente au fost împărțite în jumătate și s-au format doi neuroni cu drepturi depline, ca urmare, funcțiile creierului au fost restabilite. Adevărat, astfel de abilități au fost găsite numai la animalele tinere. Creșterea celulară nu a avut loc la mamiferele bătrâne. Au fost efectuate experimente suplimentare pe șoareci, au fost executați Oraș mare, forțând astfel să caute o ieșire. Și au observat un lucru interesant, numărul de celule nervoase la șoarecii experimentali a crescut, spre deosebire de cele care trăiau în condiții normale.

în toate țesuturile corpului, repararea are loc prin divizarea celulelor existente. După ce au efectuat cercetări asupra neuronului, medicii au afirmat ferm: celula nervoasă nu se împarte. Totuși, asta nu înseamnă nimic. Prin neurogeneză se pot forma celule noi, care începe în perioada prenatală și continuă pe tot parcursul vieții. Neurogeneza este sinteza de noi celule nervoase din precursori - celule stem, care ulterior migrează, se diferențiază și se transformă în neuroni maturi. Primul raport al unei astfel de restaurări a celulelor nervoase a apărut în 1962. Dar nu a fost susținut de nimic, așa că nu a contat.

În urmă cu aproximativ douăzeci de ani, noi cercetări au arătat asta neurogeneza există în creier. La păsările care au început să cânte mult primăvara, numărul celulelor nervoase s-a dublat. După încheierea perioadei de cânt, numărul de neuroni a scăzut din nou. Ulterior s-a dovedit că neurogeneza poate apărea doar în unele părți ale creierului. Una dintre ele este zona din jurul ventriculilor. Al doilea este hipocampul, situat în apropierea ventriculului lateral al creierului și este responsabil pentru memorie, gândire și emoții. Prin urmare, capacitatea de a-și aminti și de a reflecta se schimbă de-a lungul vieții, datorită influenței diverșilor factori.

După cum se poate observa din cele de mai sus, deși creierul nu este încă studiat în proporție de 95%, există suficiente fapte care confirmă că celulele nervoase sunt restaurate.