Beyindeki sinirsel dürtüler. Nöronlar nelerdir? Motor nöronlar: tanımı, yapısı ve işlevleri

"bio/mol/text" yarışması için makale: Nöronlar arasında bilgi alışverişini sağlayan hücresel süreçler çok fazla enerji gerektirir. Yüksek enerji tüketimi, evrim sürecinde en çok kullanılanların seçimine katkıda bulunmuştur. etkili mekanizmalar Bilgilerin kodlanması ve iletilmesi. Bu makalede, beyin enerjisi çalışmasına teorik yaklaşım, patoloji araştırmalarındaki rolü, hangi nöronların daha gelişmiş olduğu, sinapsların neden “ateşlememesi” için bazen yararlı olduğu ve ayrıca nasıl seçildiklerini öğreneceksiniz. sadece bir nöronun ihtiyaç duyduğu bilgi.

Yarışmanın genel sponsoru şirkettir: biyolojik araştırma ve üretim için en büyük ekipman, reaktifler ve sarf malzemeleri tedarikçisi.

İzleyici Ödülü'nün sponsoru ve "Biomedicine Today and Tomorrow" adaylığının ortağı "Invitro" şirketiydi.

Yarışmanın "Kitap" sponsoru - "Alpina kurgu dışı"

yaklaşımın kökeni

20. yüzyılın ortalarından beri, beynin tüm organizmanın enerji kaynaklarının önemli bir bölümünü tükettiği bilinmektedir: daha yüksek bir primat durumunda tüm glikozun dörtte biri ve tüm oksijenin ⅕. Bu, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (ABD) William Levy ve Robert Baxter'a biyolojik sinir ağlarında bilgi kodlamasının enerji verimliliğinin teorik bir analizini yapma konusunda ilham verdi (Şekil 1). Çalışma aşağıdaki hipoteze dayanmaktadır. Beynin enerji tüketimi yüksek olduğu için, en verimli şekilde çalışan bu tür nöronlara sahip olmak faydalıdır - yalnızca yararlı bilgileri iletir ve en az miktarda enerji harcarlar.

Bu varsayımın doğru olduğu ortaya çıktı: basit bir sinir ağı modelinde, yazarlar bazı parametrelerin deneysel olarak ölçülen değerlerini yeniden üretti. Özellikle hesapladıkları optimal frekans darbe üretimi 6 ila 43 imp. / s arasında değişir - neredeyse hipokampus tabanının nöronlarında olduğu gibi. Darbe frekansına göre iki gruba ayrılabilirler: yavaş (~10 darbe/s) ve hızlı (~40 darbe/s). Aynı zamanda, ilk grup, ikinciden önemli ölçüde daha fazladır. Benzer bir tablo serebral kortekste de gözlenir: Hızlı inhibitör internöronlardan (>100 pals/sn) birkaç kat daha fazla yavaş piramidal nöron (~4-9 puls/s) vardır. Yani, görünüşe göre, beyin tüm kaynakları tüketmemek için daha az hızlı ve enerji tüketen nöronları kullanmayı “tercih ediyor”.

Şekil 1. İki nöron gösterilmiştir. onlardan birinde mor presinaptik protein sinaptofizin boyanır. Başka bir nöron tamamen renklidir. yeşil floresan proteini. Küçük ışık noktaları- nöronlar arasındaki sinaptik temaslar. Ekte, bir "leke" daha yakından sunulmaktadır.
Sinapslarla birbirine bağlanan nöron gruplarına denir. nöral ağlar, . Örneğin, serebral kortekste piramidal nöronlar ve internöronlar geniş ağlar oluşturur. Bu hücrelerin iyi koordine edilmiş "konser" çalışması, daha yüksek bilişsel ve diğer yeteneklerimizi belirler. Benzer ağlar, yalnızca diğer nöron türlerinden beyne dağılır, belirli bir şekilde birbirine bağlanır ve tüm organın çalışmasını düzenler.

internöronlar nelerdir?

Merkezi sinir sisteminin nöronları ikiye ayrılır. Etkinleştiriliyor (sinapsları aktive eder) ve engelleyici (inhibitör sinapslar oluşturur). İkincisi büyük ölçüde temsil edilir ara nöronlar veya ara nöronlar. Serebral korteks ve hipokampusta, diğer nöronların koordineli, senkronize çalışmasını sağlayan beyin gama ritimlerinin oluşumundan sorumludurlar. Bu, motor fonksiyonlar, duyusal bilgilerin algılanması, hafıza oluşumu için son derece önemlidir.

Optimum bulmak

Aslında, bir optimizasyon probleminden bahsediyoruz: bir fonksiyonun maksimumunu bulmak ve elde edildiği parametreleri belirlemek. Bizim durumumuzda fonksiyon, sayının oranıdır. kullanışlı bilgi enerji maliyetlerine. Yararlı bilgi miktarı, bilgi teorisinde yaygın olarak kullanılan Shannon formülü kullanılarak kabaca hesaplanabilir. Enerji maliyetlerini hesaplamak için iki yöntem vardır ve her ikisi de makul sonuçlar verir. Bunlardan biri - "iyon sayma yöntemi" - belirli bir sinyal olayı sırasında nöronun içine giren Na + iyonlarının sayısını saymaya dayanır (PD veya PSP, bkz. kenar çubuğu " aksiyon potansiyeli nedir”) ardından molekül sayısına dönüşüm adenozin trifosfat (ATP), hücrelerin ana enerji "para birimi". İkincisi, elektronik yasalarına göre zardan geçen iyon akımlarının tanımına dayanır ve nöronun eşdeğer elektrik devresinin gücünü hesaplamanıza izin verir, bu daha sonra ATP maliyetlerine dönüştürülür.

Bu "optimal" parametre değerlerinin daha sonra deneysel olarak ölçülen değerlerle karşılaştırılması ve ne kadar farklı olduklarının belirlenmesi gerekir. Farklılıkların genel resmi, dereceyi gösterecektir. optimizasyon belirli bir nöronun bir bütün olarak: ne kadar gerçek, deneysel olarak ölçülen, parametrelerin değerleri hesaplananlarla çakışıyor. Farklar ne kadar zayıfsa, nöron optimuma o kadar yakındır ve enerjik olarak daha verimli ve optimal çalışır. Öte yandan, belirli parametrelerin bir karşılaştırması, bu nöronun hangi spesifik kapasitede “ideal” e yakın olduğunu gösterecektir.

Ayrıca, nöronların enerji verimliliği bağlamında, beyindeki bilgilerin kodlanması ve iletilmesinin dayandığı iki süreç göz önünde bulundurulur. Bu, bilginin aktarılabileceği bir sinir impulsu veya aksiyon potansiyelidir. gönderilmiş"muhatap" belirli bir mesafede (mikrometreden bir buçuk metreye kadar) ve fiilin altında yatan sinaptik iletim bulaşma bir nörondan diğerine sinyal gönderir.

Aksiyon potansiyeli

Aksiyon potansiyeli (PD) nöronların birbirine gönderdiği bir sinyaldir. PD farklıdır: hızlı ve yavaş, küçük ve büyük. Genellikle uzun dizilerde (kelimelerdeki harfler gibi) veya kısa yüksek frekanslı "paketlerde" düzenlenirler (Şekil 2).

Şekil 2. Farklı nöron türleri farklı sinyaller üretir. Merkezinde- bir memelinin beyninin uzunlamasına bölümü. Ekler, elektrofizyoloji yöntemleriyle kaydedilen farklı sinyal türlerini gösterir. a - Kortikal ( Beyin zarı) piramidal nöronlar düşük frekanslı sinyaller olarak iletebilir ( Düzenli ateşleme) ve kısa patlama veya patlama sinyalleri ( patlama ateşi). b - Beyincik Purkinje hücreleri için ( Beyincik) sadece çok hızlı patlama aktivitesi ile karakterize edilir. yüksek frekans. içinde - Talamusun röle nöronları ( Talamus) iki aktivite modu vardır: patlama ve tonik ( tonik ateşleme). G - Tasmanın orta kısmının nöronları ( MHb, orta habenula) epithalamus, düşük frekanslı tonik sinyaller üretir.

Aksiyon potansiyeli nedir?

1. membran ve iyonlar. Nöronun plazma zarı, hücre ve hücre dışı ortam arasında eşit olmayan bir madde dağılımı sağlar (Şekil 3). b) . Bu maddeler arasında, PD'yi tanımlamak için K+ ve Na+'nın önemli olduğu küçük iyonlar da vardır.
   Hücrenin içinde çok az Na + iyonu vardır, ancak dışarıda çok fazladır. Bu nedenle sürekli kafese girmeye çalışırlar. Aksine hücrenin içinde çok sayıda K+ iyonu bulunur ve hücre dışına çıkmak için çaba harcarlar. İyonlar bunu kendi başlarına yapamazlar çünkü zar onlar için geçirimsizdir. İyonların zardan geçişi için özel proteinlerin açılması gerekir - iyon kanalları membranlar.



Şekil 3. Nöron, iyon kanalları ve aksiyon potansiyeli. a - Sıçan serebral korteksindeki şamdan hücresinin yeniden yapılandırılması. mavi nöronun dendritler ve gövdesi boyanır (ortada mavi nokta), kırmızı- akson (birçok nöron türünde akson, dendritlerden çok daha dallıdır). Yeşillik ve kıpkırmızı oklar bilgi akışının yönünü gösterir: nöronun dendritler ve gövdesi onu alır, akson onu diğer nöronlara gönderir. b - Bir nöronun zarı, diğer hücreler gibi iyon kanalları içerir. Yeşil kupalar- Na + iyonları, mavi- K + iyonları. içinde - Purkinje nöronu tarafından bir aksiyon potansiyelinin (AP) üretilmesi sırasında membran potansiyelindeki değişiklikler. yeşil alan: Na kanalları açılır, Na+ iyonları nörona girer, depolarizasyon meydana gelir. Mavi alan: K kanalları açılır, K+ çıkar, repolarizasyon oluşur. Yeşil ve mavi bölgelerin örtüşmesi, Na +'nın girdiği ve K +'nın aynı anda çıktığı döneme karşılık gelir.

2. iyon kanalları. Kanal çeşitliliği çok fazla. Bazıları zar potansiyelindeki bir değişikliğe yanıt olarak açılır, diğerleri - bir ligand (örneğin bir sinapstaki bir nörotransmitter) bağlandığında, diğerleri - zardaki mekanik değişikliklerin bir sonucu olarak vb. Kanalın açılması, yapısının değişmesinden oluşur, bunun sonucunda iyonlar içinden geçebilir. Bazı kanallar sadece belirli bir iyon tipini geçirirken, diğerleri karışık iletkenlik ile karakterize edilir.
   Membran potansiyelini "hisseden" kanallar, AP üretiminde önemli bir rol oynar - potansiyel bağımlı iyon kanalları. Membran potansiyelindeki değişikliklere yanıt olarak açılırlar. Bunlar arasında, potansiyele bağımlı olanlarla ilgileniyoruz. sodyum kanalları(Na-kanalları), sadece Na + iyonlarını geçiren ve voltaja bağlı potasyum kanalları (K-kanalları), sadece K + iyonlarını geçiren.

PD, membran potansiyelindeki genlik sıçraması benzeri değişiklikte nispeten güçlüdür.

3. İyonik akım ve PD. PD'nin temeli iyon akımıdır - iyonların zarın iyon kanalları boyunca hareketi. İyonlar yüklü olduğundan, akımları nöronun içindeki ve dışındaki toplam yükte bir değişikliğe yol açar ve bu da hemen zar potansiyelinde bir değişikliğe neden olur.
   AP üretimi, kural olarak, aksonun ilk bölümünde meydana gelir - bunun nöron gövdesine bitişik olan kısmında, . Burada yoğunlaşan birçok Na-kanalı vardır. Açılırlarsa, güçlü bir Na + iyonu akımı aksona akar ve depolarizasyon membranlar - mutlak değerde membran potansiyelinde bir azalma (Şekil 3 içinde). Ardından, orijinal değerine geri dönmeniz gerekir - repolarizasyon. K+ iyonları bundan sorumludur. K kanalları açıldığında (AP maksimumdan kısa bir süre önce), K+ iyonları hücreyi terk etmeye ve zarı repolarize etmeye başlar.
   Depolarizasyon ve repolarizasyon, PD'nin iki ana aşamasıdır. Bunlara ek olarak, gereklilik olmadığı için burada dikkate alınmayan birkaç tane daha var. PD neslinin ayrıntılı bir açıklaması, içinde bulunabilir. Kısa Açıklama PD ayrıca "Biomolecule" ile ilgili makalelerde de yer almaktadır.
4. İlk akson segmenti ve AP başlatma. Aksonun ilk bölümünde Na kanallarının açılmasına ne yol açar? Yine, nöronun dendritleri boyunca "gelen" zar potansiyelindeki değişiklik (Şekil 3 a). BT - postsinaptik potansiyeller (PSP) sinaptik iletimden kaynaklanır. Bu süreç ana metinde daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
5. PD yürütmek. Yakındaki Na kanalları, aksonun ilk bölümünde AP'ye kayıtsız olmayacaktır. Onlar da AP'yi tetikleyecek olan membran potansiyelindeki bu değişikliğe yanıt olarak açılacaktır. İkincisi, aksonun bir sonraki bölümünde, nöron gövdesinden daha uzakta, vb. benzer bir "reaksiyona" neden olacaktır. Bu şekilde olur iletken akson boyunca PD, . Sonunda presinaptik sonlarına ulaşacaktır ( kıpkırmızı oklar incirde. 3 a) burada sinaptik iletimi tetikleyebilir.
6. AP üretimi için enerji tüketimi, sinapsların çalışmasından daha azdır. Ana enerji "para birimi" olan adenosin trifosfatın (ATP) kaç molekülü PD'nin maliyetidir? Bir tahmine göre, sıçan serebral korteksindeki piramidal nöronlar için saniyede 4 AP üretmek için enerji tüketimi, nöronun toplam enerji tüketiminin yaklaşık ⅕'sidir. Diğer sinyalleşme süreçlerini, özellikle sinaptik iletimi hesaba katarsak, oran ⅘ olacaktır. sorumlu olan serebellar korteks için motor fonksiyonlar, durum benzerdir: çıkış sinyalinin üretilmesi için enerji tüketimi toplamın %15'idir ve yaklaşık yarısı giriş bilgilerinin işlenmesi içindir. Dolayısıyla, PD en çok enerji tüketen süreç olmaktan uzaktır. faktörü daha fazla enerji sinaps çalışmasını gerektirir. Ancak bu, PD üretim sürecinin enerji verimliliği özellikleri göstermediği anlamına gelmez.

analiz farklı şekiller nöronlar (Şekil 4), omurgasız nöronların çok enerji verimli olmadığını ve bazı omurgalı nöronlarının neredeyse mükemmel olduğunu gösterdi. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, hafıza ve duyguların oluşumunda yer alan hipokampal internöronların yanı sıra talamustan serebral kortekse duyusal bilginin ana akışını taşıyan talamokortikal röle nöronlarının en fazla enerji olduğu ortaya çıktı. verimli.

Şekil 4. Farklı nöronlar farklı şekillerde verimlidir.Şekil, farklı nöron türlerinin enerji tüketiminin bir karşılaştırmasını göstermektedir. Modellerde enerji tüketimi, parametrelerin başlangıç ​​(gerçek) değerleriyle ( siyah sütunlar) ve bir yandan nöronun atanan işlevini yerine getirdiği, diğer yandan minimum enerji harcadığı optimal olanlarla ( gri çubuklar). Sunulanlardan en etkilisinin iki tür omurgalı nöron olduğu ortaya çıktı: hipokampal internöronlar ( sıçan hipokampal internöron, sağdan) ve talamokortikal nöronlar ( fare talamokortikal röle hücresi, MTCR), çünkü onlar için orijinal modeldeki enerji tüketimi, optimize edilmiş olanın enerji tüketimine en yakın olanıdır. Buna karşılık, omurgasız nöronlar daha az verimlidir. Efsane: SA (kalamar akson) - dev kalamar akson; CA (yengeç akson) - yengeç aksonu; MFS (fare hızlı başak kortikal interneuron) - hızlı kortikal fare internöronu; BK (bal arısı mantarı gövdesi Kenyon hücresi) arının mantar şeklindeki Kenyon hücresidir.

Neden daha verimliler? Çünkü Na- ve K-akımlarının çok az örtüşmesi vardır. PD üretimi sırasında her zaman bu akımların aynı anda mevcut olduğu bir zaman periyodu vardır (Şekil 3 içinde). Bu durumda, pratikte yük transferi yoktur ve membran potansiyelindeki değişim minimumdur. Ancak her halükarda, bu dönemdeki “işe yaramazlıklarına” rağmen, bu akımların “ödemesi” gerekir. Bu nedenle süresi, ne kadar enerji kaynağının boşa harcandığını belirler. Ne kadar kısa olursa, enerji kullanımı o kadar verimli olur. Ne kadar uzun, o kadar az etkili. Sadece yukarıda bahsedilen iki nöron tipinde hızlı iyon kanalları sayesinde bu süre çok kısadır ve PD'ler en etkili olanıdır.

Bu arada, internöronlar beyindeki diğer nöronların çoğundan çok daha aktiftir. Aynı zamanda, küçük yerel ağlar oluşturdukları nöronların koordineli, senkronize çalışması için son derece önemlidir. Muhtemelen, internöronların AP'sinin yüksek enerji verimliliği, diğer nöronların çalışmalarını koordine etmedeki yüksek aktivitelerine ve rollerine bir tür adaptasyondur.

sinaps

Bir nörondan diğerine sinyal iletimi, nöronlar arasında özel bir temasta gerçekleşir. sinaps . sadece dikkate alacağız kimyasal sinapslar (biraz daha var mı elektriksel), sinir sisteminde çok yaygın oldukları ve hücresel metabolizmanın düzenlenmesi, besin dağıtımı için önemli oldukları için.

Aksonun presinaptik ucunda AP, bir nörotransmiterin hücre dışı ortama - alıcı nörona - salınmasına neden olur. İkincisi sadece bunu dört gözle bekliyor: dendritik zarda, reseptörler - belirli bir tipteki iyon kanalları - nörotransmitteri bağlar, açar ve çeşitli iyonların geçmesine izin verir. Bu, küçük bir neslin oluşmasına neden olur. postsinaptik potansiyel(PSP) dendrit zarı üzerinde. AP'ye benzer, ancak genliği çok daha küçüktür ve diğer kanalların açılması nedeniyle oluşur. Her biri kendi sinapslarından gelen bu küçük PSP'lerin çoğu, dendritik zar boyunca nöronun gövdesine "aşılır" ( yeşil oklar incirde. 3 a) ve Na-kanallarının açılmasına neden oldukları ve onu AP üretmeye "provokasyona soktukları" aksonun ilk bölümüne ulaşırlar.

Bu tür sinapslara denir heyecan verici : nöronun aktivasyonuna ve AP oluşumuna katkıda bulunurlar. Ayrıca orada engelleyici sinapslar. Aksine, inhibisyona katkıda bulunurlar ve AP oluşumunu engellerler. Genellikle aynı nöronda her iki sinaps da bulunur. İnhibisyon ve uyarma arasında belirli bir ilişki, aşağıdakiler için önemlidir: normal operasyon beyin, daha yüksek bilişsel işlevlere eşlik eden beyin ritimlerinin oluşumu.

İşin garibi, bir nörotransmitterin sinapsta salınması hiç gerçekleşmeyebilir - bu olasılıksal bir süreçtir. Nöronlar bu şekilde enerji tasarrufu sağlar: sinaptik iletim, nöronların tüm enerji tüketiminin yaklaşık yarısını zaten belirler. Sinapslar her zaman ateşlenirse, tüm enerji onları çalıştırmak için harcanır ve diğer süreçler için kaynak kalmaz. Ayrıca, sinapsların en yüksek enerji verimliliğine tekabül eden nörotransmitter salınımının düşük olasılığıdır (%20-40). Bu durumda faydalı bilgi miktarının harcanan enerjiye oranı maksimumdur, . Böylece, “başarısızlıkların” sinapsların ve buna bağlı olarak tüm beynin çalışmasında önemli bir rol oynadığı ortaya çıkıyor. Ve bazen "çalışmayan" sinapslarla sinyal iletimi konusunda endişelenmenize gerek yok, çünkü nöronlar arasında genellikle birçok sinaps bulunur ve bunlardan en az biri işe yarar.

Sinaptik iletimin bir başka özelliği de, gelen sinyalin modülasyon frekansına (kabaca söylemek gerekirse, gelen AP'lerin frekansına) göre genel bilgi akışının ayrı bileşenlere bölünmesidir. Bu, postsinaptik zar üzerindeki farklı reseptörlerin kombinasyonundan kaynaklanmaktadır. Bazı reseptörler çok hızlı etkinleştirilir: örneğin, AMPA reseptörleri (AMPA, α-'den gelir a mino-3-hidroksi-5- m etil-4-izoksazol p ropionik a cid). Postsinaptik nöronda sadece bu tür reseptörler varsa, yüksek frekanslı bir sinyali açıkça algılayabilir (örneğin, Şekil 2'deki gibi). içinde). En açık örnek, ses kaynağının yerini belirlemede ve konuşmada yaygın olarak temsil edilen tıklamalar gibi kısa sesleri doğru bir şekilde tanımada yer alan işitsel sistem nöronlarıdır. NMDA reseptörleri (NMDA - N -m etil- D -a spartat) daha yavaştır. Nöronların daha düşük frekanslı sinyalleri seçmesine izin verirler (Şekil 2 G), yüksek frekanslı AP serisini birleşik bir şey olarak algılamanın yanı sıra - sözde sinaptik sinyallerin entegrasyonu. Hatta daha yavaş metabotropik reseptörler vardır, bunlar bir nörotransmittere bağlanırken, hücre içi "ikincil haberciler" zincirine bir sinyal ileterek çeşitli hücresel süreçler. Örneğin, G-proteini ile ilişkili reseptörler yaygındır. Türüne bağlı olarak, örneğin membrandaki kanalların sayısını düzenlerler veya çalışmalarını doğrudan modüle ederler.

Hızlı AMPA-, daha yavaş NMDA- ve metabotropik reseptörlerin çeşitli kombinasyonları, nöronların, işlevleri için önemli olan kendileri için en yararlı bilgiyi seçmesine ve kullanmasına izin verir. Ve "işe yaramaz" bilgi elenir, nöron tarafından "algılanmaz". Bu durumda, gereksiz bilgileri işlemek için enerji harcamanız gerekmez. Bu, nöronlar arasındaki sinaptik iletimi optimize etmenin başka bir yönüdür.

Başka?

Beyin hücrelerinin enerji verimliliği de morfolojileriyle bağlantılı olarak incelenir. Araştırmalar, dendritik ve akson dallanmasının kaotik olmadığını ve ayrıca enerji tasarrufu sağladığını gösteriyor. Örneğin akson, AP'nin geçtiği yolun toplam uzunluğu en küçük olacak şekilde dallanır. Bu durumda, akson boyunca AP iletmek için enerji tüketimi minimumdur.

Bir nöronun enerji tüketiminde bir azalma, belirli bir inhibitör ve uyarıcı sinaps oranıyla da elde edilir. Bu doğrudan ilişkilidir, örneğin, iskemi(damarlardaki bozulmuş kan akışının neden olduğu patolojik bir durum). Bu patolojide, büyük olasılıkla, metabolik olarak en aktif nöronlar ilk başarısız olanlardır. Kortekste, diğer birçok piramidal nöron üzerinde inhibitör sinapslar oluşturan inhibitör internöronlar tarafından temsil edilirler. Ara nöronların ölümü sonucunda piramidal inhibisyon azalır. Sonuç olarak artış var genel seviye ikincisinin aktivitesi (sinapsları aktive etmek daha sık çalışır, AP'ler daha sık üretilir). Bunu hemen, iskemi koşulları altında nöronların ölümüne yol açabilecek enerji tüketimlerinde bir artış izler.

Patolojileri incelerken, en çok enerji tüketen süreç olarak sinaptik iletime de dikkat edilir. Örneğin Parkinson, Huntington, Alzheimer hastalıklarında ATP sentezinde büyük rol oynayan mitokondrilerin sinapslarında bir arıza veya taşınma söz konusudur. Parkinson hastalığı durumunda, bu, motor fonksiyonların ve kas tonusunun düzenlenmesi için önemli olan substantia nigra'nın yüksek düzeyde enerji tüketen nöronlarının bozulması ve ölümüne bağlı olabilir. Huntington hastalığında, mutant avcı proteini, yeni mitokondrilerin sinapslara teslim mekanizmalarını bozar, bu da ikincisinin "enerji açlığına", nöronların artan hassasiyetine ve aşırı aktivasyona yol açar. Bütün bunlar, nöronların çalışmasının daha da bozulmasına, ardından striatum ve serebral korteksin atrofisine neden olabilir. Alzheimer hastalığında, amiloid plaklarının birikmesi nedeniyle mitokondrinin bozulması (sinaps sayısındaki azalmaya paralel olarak) meydana gelir. İkincisinin mitokondri üzerindeki etkisi, oksidatif stresin yanı sıra apoptoz - nöronların hücre ölümüne yol açar.

Her şey hakkında bir kez daha

20. yüzyılın sonunda, iki önemli özelliğin aynı anda dikkate alındığı beyin çalışmasına bir yaklaşım doğdu: bir nöronun (veya sinir ağının veya sinaps) ne kadar yararlı bilgiyi kodladığı ve ilettiği ve ne kadar enerji aktardığı. harcar,. Oranları, nöronların, sinir ağlarının ve sinapsların enerji verimliliği için bir tür kriterdir.

Bu kriterin hesaplamalı sinirbilimde kullanılması, belirli fenomenlerin, süreçlerin rolüne ilişkin bilgide önemli bir artış sağlamıştır. Özellikle, sinapsta nörotransmiter salınımı olasılığının düşük olması, nöron inhibisyonu ve uyarma arasında belirli bir denge, belirli bir alıcı kombinasyonu nedeniyle yalnızca belirli bir tür gelen bilginin salınması - tüm bunlar değerli enerji kaynaklarının korunmasına katkıda bulunur.

Ayrıca, sinyal süreçlerinin (örneğin, AP'nin üretimi, iletimi, sinaptik iletim) enerji tüketiminin yalnızca belirlenmesi, besin dağıtımının patolojik bir ihlali durumunda öncelikle hangisinin zarar göreceğini bulmayı mümkün kılar. Sinapslar çalışmak için en fazla enerjiyi gerektirdiğinden, iskemi, Alzheimer ve Huntington hastalıkları gibi patolojilerde ilk başarısız olanlardır. Benzer şekilde, farklı tipteki nöronların enerji tüketimini belirlemek, bir patoloji durumunda hangisinin diğerlerinden daha erken öleceğini bulmaya yardımcı olur. Örneğin, aynı iskemi ile, korteksin internöronları her şeyden önce başarısız olacaktır. Aynı nöronlar, yoğun metabolizma nedeniyle yaşlanma, Alzheimer hastalığı ve şizofreni sırasında en savunmasız hücrelerdir.

teşekkürler

Ebeveynlerim Olga Natalevich ve Alexander Zhukov'a, kız kardeşler Lyuba ve Alena'ya, süpervizörüm Alexei Brazhe'ye ve laboratuvardaki harika arkadaşlarım Evelina Nickelsparg ve Olga Slatinskaya'ya destekleri ve ilhamları, makaleyi okurken yapılan değerli yorumları için içtenlikle minnettarım. Ayrıca makalenin editörü Anna Petrenko'ya ve Biomolecule'ün genel yayın yönetmeni Anton Chugunov'a notlar, öneriler ve yorumlar için çok minnettarım.

Edebiyat

1. Obur beyin;
2. SEYMOUR S. KETY. (1957). BEYNİN VIVO GENEL METABOLİZMASI. Sinir Sistemi Metabolizması. 221-237;
3. L. Sokoloff, M. Reivich, C. Kennedy, M.H. Des Rosiers, C.S. Patlak, et. diğerleri (1977). YEREL SEREBRAL GLİKOZ KULLANIMININ ÖLÇÜMÜ İÇİN DEOKSİGLUKOZ YÖNTEMİ: BİLİNÇLİ VE ANESTEZİ EDİLMİŞ ALBİNO Sıçanlarda TEORİ, PROSEDÜR VE NORMAL DEĞERLER . J Nörokimya. 28 , 897-916;
4. Magistretti P.J. (2008). Beyin enerji metabolizması. Temel sinirbilimde // Ed. 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). Beyin Enerjisi Metabolizması ve Fonksiyonel Görüntüleme Üzerine Hücresel Bir Bakış. Nöron. 86 , 883-901;
6. William B Levy, Robert A. Baxter. (1996). Enerji Verimli Sinir Kodları. Sinirsel Hesaplama. 8 , 531-543;
7. Keskin P.E. ve Green C. (1994). Serbestçe hareket eden sıçanın alt kısmındaki tek hücrelerin ateşleme modellerinin mekansal bağıntıları. J. Neurosci. 14 , 2339–2356;
8. H. Hu, J. Gan, P. Jonas. (2014). Hızlı yükselen, parvalbumin+ GABAerjik internöronlar: Hücresel tasarımdan mikro devre işlevine. Bilim. 345 , 1255263-1255263;
9. Oliver Kann, Ismini E Papageorgiou, Andreas Draguhn. (2014). Yüksek Enerjili İnhibitör Aranöronlar, Kortikal Ağlarda Bilgi İşleme için Merkezi Bir Unsurdur. J-Cereb Kan Akışı Metabı. 34 , 1270-1282;
10. David Attwell, Simon B. Laughlin. (2001). Beynin Gri Maddesinde Sinyal Vermek İçin Bir Enerji Bütçesi. J-Cereb Kan Akışı Metabı. 21 , 1133-1145;
11. Henry Markram, Maria Toledo-Rodriguez, Yun Wang, Anirudh Gupta, Gilad Silberberg, Caizhi Wu. (2004).

İnsan vücudu, birçok bireysel bloğun ve bileşenin yer aldığı karmaşık bir sistemdir. Dışarıdan, vücudun yapısı temel ve hatta ilkel olarak görülür. Ancak, daha derine iner ve farklı organlar arasındaki etkileşimin gerçekleştiği şemaları belirlemeye çalışırsanız, sinir sistemi ön plana çıkacaktır. Esas olan nöron fonksiyonel birim bu yapı, kimyasal ve elektriksel uyarıların bir vericisi olarak işlev görür. Diğer hücrelere dışa benzerliğe rağmen, desteği bir kişinin psikofiziksel aktivitesi için önemli olan daha karmaşık ve sorumlu görevleri yerine getirir. Bu alıcının özelliklerini anlamak için cihazını, çalışma prensiplerini ve görevlerini anlamaya değer.

Nöronlar nelerdir?

Bir nöron, sinir sisteminin diğer yapısal ve fonksiyonel birimleriyle etkileşim sürecinde bilgi alabilen ve işleyebilen özel bir hücredir. Bu reseptörlerin beyindeki sayısı 10 11'dir (yüz milyar). Aynı zamanda, bir nöron, aracılığıyla meydana geldikleri 10 binden fazla sinaps - hassas son içerebilir.Bu öğelerin bilgi depolayabilen bloklar olarak kabul edilebileceği göz önüne alındığında, büyük miktarlarda içerdikleri sonucuna varılabilir. bilginin. Bir nöron, duyu organlarının işleyişini sağlayan sinir sisteminin yapısal birimi olarak da adlandırılır. Yani bu hücre, çeşitli sorunları çözmek için tasarlanmış çok işlevli bir eleman olarak düşünülmelidir.

Bir nöron hücresinin özellikleri

nöron türleri

Ana sınıflandırma, nöronların yapısal olarak bölünmesini içerir. Bilim adamları özellikle aksonsuz, yalancı tek kutuplu, tek kutuplu, çok kutuplu ve bipolar nöronları ayırt eder. Bu türlerin bazılarının hala çok az çalışıldığı söylenmelidir. Bu, alanlarda gruplandırılmış aksonsuz hücreler için geçerlidir. omurilik. Tek kutuplu nöronlarla ilgili tartışmalar da var. Bu tür hücrelerin insan vücudunda hiç bulunmadığına dair görüşler vardır. Yüksek varlıkların vücudunda hangi nöronların baskın olduğundan bahsedersek, o zaman çok kutuplu reseptörler ön plana çıkacaktır. Bunlar bir dendrit ağı ve bir akson içeren hücrelerdir. Bunun sinir sisteminde en yaygın olan klasik bir nöron olduğunu söyleyebiliriz.

Çözüm

Nöronal hücreler ayrılmaz bir parçadır insan vücudu. Bu reseptörler sayesinde insan vücudundaki yüzlerce ve binlerce kimyasal aktarıcının günlük işleyişi sağlanmaktadır. Üzerinde şimdiki aşama Bilimin gelişimi, nöronların ne olduğu sorusuna bir cevap sağlarken aynı zamanda gelecekteki keşiflere de yer bırakıyor. Örneğin, bugün bu tip hücrelerin çalışmasının bazı nüansları, büyümesi ve gelişmesi hakkında farklı görüşler var. Ancak her durumda, nöronların incelenmesi, nörofizyolojinin en önemli görevlerinden biridir. Bu alandaki yeni keşiflerin daha fazla konuya ışık tutabildiğini söylemek yeterli. etkili yollar birçok zihinsel hastalık. Ek olarak, nöronların nasıl çalıştığının derinlemesine anlaşılması, yeni nesilde zihinsel aktiviteyi teşvik eden ve hafızayı geliştiren araçların geliştirilmesine olanak sağlayacaktır.

İnsan vücudu, açık kurallara göre işleyen oldukça karmaşık ve dengeli bir sistemdir. Dahası, dışarıdan her şey oldukça basit gibi görünüyor, ama aslında vücudumuz her hücre ve organın inanılmaz bir etkileşimi. Tüm bu "orkestrası" yürütmek, nöronlardan oluşan sinir sistemidir. Bugün size nöronların ne olduğunu ve insan vücudunda ne kadar önemli olduklarını anlatacağız. Sonuçta, zihinsel ve fiziksel sağlığımızdan sorumludurlar.

Her öğrenci beynimizin ve sinir sistemimizin bizi yönettiğini bilir. Vücudumuzun bu iki bloğu, her biri olarak adlandırılan hücrelerle temsil edilir. sinir nöronu. Bu hücreler, nörondan nörona ve insan organlarının diğer hücrelerine impulsları almaktan ve iletmekten sorumludur.

Nöronların ne olduğunu daha iyi anlamak için, sadece iletken bir rol değil, aynı zamanda işlevsel bir rol oynayan sinir sisteminin en önemli unsuru olarak temsil edilebilirler. Şaşırtıcı bir şekilde, nörofizyologlar şimdiye kadar nöronları ve onların bilgi iletme çalışmalarını incelemeye devam ediyor. Elbette bilimsel araştırmalarında büyük başarılar elde ettiler ve vücudumuzun birçok sırrını ortaya çıkarmayı başardılar, ancak yine de nöronların ne olduğu sorusuna kesin olarak cevap veremiyorlar.

Sinir hücreleri: özellikler

Nöronlar hücrelerdir ve birçok yönden vücudumuzu oluşturan diğer "kardeşlerine" benzerler. Ama onların bir takım özellikleri var. İnsan vücudundaki bu tür hücreler yapıları gereği birleştiklerinde bir sinir merkezi oluştururlar.

Nöronun bir çekirdeği vardır ve koruyucu bir kılıfla çevrilidir. Bu, onu diğer tüm hücrelerle ilişkilendirir, ancak benzerlik burada biter. Diğer özellikler sinir hücresi onu gerçekten benzersiz yap:

• Nöronlar bölünmez

Beynin nöronları (beyin ve omurilik) bölünmez. Bu şaşırtıcıdır, ancak ortaya çıktıktan hemen sonra gelişmeyi bırakırlar. Bilim adamları, belirli bir öncü hücrenin, nöronun tam gelişimi öncesinde bile bölünmeyi tamamladığına inanıyor. Gelecekte, vücuttaki miktarını değil, yalnızca bağlantıları artırır. Beynin ve merkezi sinir sisteminin birçok hastalığı bu gerçekle ilişkilidir. Yaşla birlikte, nöronların bir kısmı ölür ve kişinin kendisinin düşük aktivitesi nedeniyle kalan hücreler bağlantı kuramaz ve "kardeşlerini" değiştiremez. Bütün bunlar vücutta bir dengesizliğe ve bazı durumlarda ölüme yol açar.

• Sinir hücreleri bilgi iletir

Nöronlar, süreçlerin - dendritler ve aksonlar - yardımıyla bilgi iletebilir ve alabilir. yardımıyla belirli verileri algılayabilirler. kimyasal reaksiyonlar ve onu, vücudun gerekli hücrelerine sinapslardan (bağlantılardan) geçen elektriksel bir darbeye dönüştürün.

Bilim adamları sinir hücrelerinin benzersizliğini kanıtladılar, ancak aslında artık nöronlar hakkında gerçekte sakladıklarının sadece %20'sini biliyorlar. Nöronların potansiyeli henüz ortaya çıkmamıştır, bilim dünyasında sinir hücrelerinin işleyişinin bir sırrının ifşa edilmesinin başka bir sırrın başlangıcı haline geldiğine dair bir görüş vardır. Ve bu süreç sonsuz gibi görünüyor.

Vücutta kaç nöron var?

Bu bilgi kesin olarak bilinmemekle birlikte nörofizyologlar insan vücudunda yüz milyardan fazla sinir hücresi olduğunu öne sürüyorlar. Aynı zamanda, bir hücre, diğer hücreler ve nöronlarla hızlı ve verimli bir şekilde iletişim kurmanıza olanak tanıyan on bine kadar sinaps oluşturma yeteneğine sahiptir.

nöronların yapısı

Her sinir hücresinin üç bölümü vardır:

• nöron gövdesi (soma);
• dendritler;
• aksonlar.

Hücre gövdesinde hangi süreçlerin daha önce geliştiği hala bilinmemektedir, ancak bunlar arasındaki sorumluluk dağılımı oldukça açıktır. Akson nöron süreci genellikle tek bir kopya halinde oluşturulur, ancak çok sayıda dendrit olabilir. Sayıları bazen birkaç yüze ulaşırsa, bir sinir hücresinde ne kadar çok dendrit bulunursa, o kadar fazla dendrit bulunur. büyük miktar hücrelere bağlanabilir. Ayrıca geniş bir şube ağı, çok sayıda bilgiyi mümkün olan en kısa sürede aktarmanıza olanak tanır.

Bilim adamları, süreçlerin oluşumundan önce, nöronun vücuda yerleştiğine ve ortaya çıktıkları andan itibaren, değişmeden tek bir yerde olduğuna inanıyorlar.

Sinir hücreleri tarafından bilgi iletimi

Nöronların ne kadar önemli olduğunu anlamak için, bilgi iletme işlevlerini nasıl gerçekleştirdiklerini anlamak gerekir. Nöronal impulslar kimyasal ve elektriksel biçimde hareket edebilir. Nöron dendritinin süreci, bir uyarıcı olarak bilgi alır ve onu nöronun gövdesine iletir, akson bunu elektronik bir dürtü olarak diğer hücrelere iletir. Başka bir nöronun dendritleri, elektronik uyarıyı hemen veya nörotransmiterler (kimyasal vericiler) yardımıyla algılar. Nörotransmitterler nöronlar tarafından yakalanır ve daha sonra kendileri gibi kullanılır.

İşlem sayısına göre nöron türleri

Sinir hücrelerinin çalışmalarını gözlemleyen bilim adamları, sınıflandırmalarının çeşitli türlerini geliştirdiler. Bunlardan biri nöronları işlem sayısına göre böler:

• tek kutuplu;
• sözde tek kutuplu;
• iki kutuplu;
• çok kutuplu;
• aksonsuz.

Klasik bir nöronun çok kutuplu olduğu düşünülür, bir kısa aksona ve bir dendrit ağına sahiptir. En zayıf çalışılan akson olmayan sinir hücreleridir, bilim adamları sadece yerlerini bilir - omurilik.

Refleks yayı: tanım ve kısa açıklama

Nörofizikte "refleks ark nöronları" diye bir terim vardır. Onsuz, sinir hücrelerinin çalışmasının ve öneminin tam bir resmini elde etmek oldukça zordur. etkileyen tahriş edici maddeler gergin sistem refleksler denir. Bu, merkezi sinir sistemimizin ana faaliyetidir, bir refleks yayı yardımıyla gerçekleştirilir. İmpulsun nörondan eylemin uygulanmasına (refleks) geçtiği bir tür yol olarak temsil edilebilir.

Bu yol birkaç aşamaya ayrılabilir:

• dendritler tarafından tahriş algısı;
• hücre gövdesine impuls iletimi;
• bilginin elektriksel bir dürtüye dönüştürülmesi;
• dürtünün vücuda iletilmesi;
• bir organın aktivitesinde değişiklik (bir uyarana fiziksel reaksiyon).

Refleks yayları farklı olabilir ve birkaç nörondan oluşabilir. Örneğin, iki sinir hücresinden basit bir refleks yayı oluşur. Biri bilgi alır, diğeri insan organlarının belirli eylemleri gerçekleştirmesini sağlar. Genellikle bu tür eylemlere koşulsuz refleks denir. Bir kişiye örneğin diz kapağına vurulduğunda ve sıcak bir yüzeye dokunulduğunda ortaya çıkar.

Temel olarak, basit bir refleks yayı, omurilik süreçleri boyunca impulsları iletir, karmaşık bir refleks yayı, doğrudan beyne bir impuls iletir, bu da sırayla onu işler ve depolayabilir. Daha sonra, benzer bir uyarıyı alan beyin, belirli bir dizi eylemi gerçekleştirmesi için organlara gerekli komutu gönderir.

İşlevselliğe göre nöronların sınıflandırılması

Nöronlar, amaçlarına göre sınıflandırılabilir, çünkü her bir sinir hücresi grubu belirli eylemler için tasarlanmıştır. Nöron tipleri aşağıdaki gibi sunulmaktadır:

1. duyarlı

Bu sinir hücreleri, tahrişi algılamak ve onu beyne yönlendirilen bir dürtüye dönüştürmek için tasarlanmıştır.

Bilgiyi algılarlar ve vücudun ve insan organlarının hareket eden kısımlarını harekete geçiren kaslara bir dürtü iletirler.

3. Ekleme

Bu nöronlar karmaşık işler yaparlar, duyusal ve motor sinir hücreleri arasındaki zincirin merkezinde bulunurlar. Bu tür nöronlar bilgi alır, ön işlemeyi gerçekleştirir ve bir dürtü komutu iletir.

4. Sekretarya

Salgı sinir hücreleri, nörohormonları sentezler ve çok sayıda zar kesesi içeren özel bir yapıya sahiptir.

Motor nöronlar: karakteristik

Efferent nöronlar (motor) diğer sinir hücreleriyle aynı yapıya sahiptir. Dendrit ağları en dallıdır ve aksonlar kas liflerine kadar uzanır. Kasın kasılmasına ve düzleşmesine neden olurlar. İnsan vücudundaki en uzun, motor nöronun aksonudur. baş parmak ayak kapalı bel. Ortalama olarak, uzunluğu yaklaşık bir metredir.

Neredeyse tüm efferent nöronlar omurilikte bulunur, çünkü bilinçsiz hareketlerimizin çoğundan sorumludur. Bu, yalnızca koşulsuz refleksler (örneğin, göz kırpma) için değil, aynı zamanda düşünmediğimiz tüm eylemler için de geçerlidir. Bir nesneye baktığımızda, beyin optik sinire uyarılar gönderir. Ve işte hareket göz küresi sol ve sağ omuriliğin komutlarıyla gerçekleştirilir, bunlar bilinçsiz hareketlerdir. Yaşlandıkça, bilinçsiz alışılmış eylemler havuzu arttıkça, motor nöronların önemi yeni bir ışık altında görülür.

Motor nöron türleri

Buna karşılık, efferent hücrelerin belirli bir sınıflandırması vardır. Aşağıdaki iki türe ayrılırlar:

• a-motonöronlar;
• y-motor nöronları.

Birinci tip nöron daha yoğun bir lif yapısına sahiptir ve çeşitli kas liflerine bağlanır. Böyle bir nöron farklı sayıda kas kullanabilir.

Y-motonöronlar "kardeşlerinden" biraz daha zayıftırlar, aynı anda birkaç kas lifini kullanamazlar ve kas gerginliğinden sorumludurlar. Her iki nöron tipinin de motor aktiviteyi kontrol eden organ olduğunu söyleyebiliriz.

Motor nöronlara hangi kaslar bağlıdır?

Nöronların aksonları, aşağıdaki gibi sınıflandırılan çeşitli kas türleri (işçilerdir) ile ilişkilidir:

• hayvan;
• bitkisel.

İlk kas grubu iskelet kasları ile temsil edilir ve ikincisi düz kas kategorisine aittir. Kas lifine bağlanma yöntemleri de farklıdır. Nöronlarla temas noktasındaki iskelet kasları bir tür plak oluşturur. Otonom nöronlar, küçük şişlikler veya veziküller yoluyla düz kas ile iletişim kurar.

Çözüm

Sinir hücrelerinin yokluğunda vücudumuzun nasıl çalışacağını hayal etmek imkansızdır. Her saniye, duygusal durumumuzdan, tat tercihlerimizden ve fiziksel aktivitemizden sorumlu olarak inanılmaz derecede karmaşık işler yapıyorlar. Nöronlar henüz sırlarının çoğunu açıklamadı. Sonuçta, nöronların iyileşmemesiyle ilgili en basit teori bile bazı bilim adamları arasında birçok tartışmaya ve soruya neden oluyor. Bazı durumlarda sinir hücrelerinin sadece yeni bağlantılar kurabildiklerini değil, aynı zamanda kendilerini yeniden üretebildiklerini kanıtlamaya hazırlar. Tabii ki, bu şimdilik sadece bir teori, ancak uygulanabilir olduğu ortaya çıkabilir.

Merkezi sinir sisteminin işleyişinin incelenmesi üzerinde çalışmak son derece önemlidir. Gerçekten de bu alandaki keşifler sayesinde eczacılar beyin aktivitesini harekete geçirecek yeni ilaçlar geliştirebilecekler ve psikiyatristler artık tedavisi mümkün olmayan birçok hastalığın doğasını daha iyi anlayacaklar.

Bitmek bilmeyen imkânlarımız hakkında dağlarca edebiyat yazıldı. Modern bilgisayarların bile yapamadığı büyük miktarda bilgiyi işleyebilir. Ayrıca beyin normal şartlarda 70-80 yıl ve daha fazla kesintisiz çalışır. Ve her yıl hayatının süresi ve dolayısıyla bir insanın hayatı artıyor.

Bu en önemli ve birçok yönden gizemli organın etkin çalışması esas olarak iki tip hücre tarafından sağlanır: nöronlar ve glial hücreler. Bilgiyi almaktan ve işlemekten sorumlu olan nöronlardır ve.

Zihinsel bir kişinin gri maddenin varlığını garanti ettiğini sık sık duyabilirsiniz. Bu madde nedir ve neden gridir? Bu renk, mikroskobik hücrelerden oluşan serebral kortekse sahiptir. Bunlar beynimizin çalışmasını sağlayan ve tüm insan vücudunu kontrol eden nöronlar veya sinir hücreleridir.

sinir hücresi nasıldır

Bir nöron, herhangi bir canlı hücre gibi, bir çekirdek ve soma adı verilen bir hücre gövdesinden oluşur. Hücrenin boyutu mikroskobiktir - 3 ila 100 mikron. Ancak bu, nöronun çeşitli bilgilerin gerçek bir deposu olmasını engellemez. Her sinir hücresi eksiksiz bir gen seti içerir - protein üretimi için talimatlar. Proteinlerin bazıları bilgi aktarımında yer alır, diğerleri hücrenin etrafında koruyucu bir kabuk oluşturur, diğerleri hafıza süreçlerinde yer alır, diğerleri ruh hali değişiklikleri sağlar, vb.

Belirli bir proteinin üretimi için programlardan birinde küçük bir başarısızlık bile, ciddi sonuçlar, hastalık, zihinsel bozukluk, bunama vb.

Her nöron koruyucu bir glial hücre kılıfı ile çevrilidir; kelimenin tam anlamıyla tüm hücreler arası boşluğu doldururlar ve beynin maddesinin% 40'ını oluştururlar. Glia veya bir glial hücre topluluğu çok önemli işlevleri yerine getirir: nöronları olumsuz dış etkilerden korur, sinir hücrelerine enerji sağlar. besinler ve atık ürünlerini ortadan kaldırır.

Gliyal hücreler, nöronların sağlığını ve bütünlüğünü korur, bu nedenle sinir hücrelerine pek çok yabancının girmesine izin vermezler. kimyasal maddeler. İçermek ilaçlar. Bu nedenle, beyin aktivitesini artırmak için tasarlanmış çeşitli ilaçların etkinliği tamamen tahmin edilemez ve her kişi için farklı davranırlar.

Dendritler ve aksonlar

Nöronun yapısının karmaşıklığına rağmen, kendi başına beynin işleyişinde önemli bir rol oynamaz. Zihinsel aktivite de dahil olmak üzere sinirsel aktivitemiz, sinyal alışverişinde bulunan birçok nöronun etkileşiminin sonucudur. Bu sinyallerin alınması ve iletilmesi, daha doğrusu zayıf elektriksel darbeler, sinir liflerinin yardımıyla gerçekleşir.

Nöronun birkaç kısa (yaklaşık 1 mm) dallı sinir lifi vardır - bir ağaca benzerliklerinden dolayı bu şekilde adlandırılan dendritler. Dendritler, diğer sinir hücrelerinden sinyal almaktan sorumludur. Ve akson bir sinyal vericisi görevi görür. Bir nörondaki bu lif sadece bir tanedir ancak 1,5 metre uzunluğa kadar ulaşabilir. Akson ve dendritlerin yardımıyla birbirine bağlanan sinir hücreleri bütünü oluşturur. nöral ağlar. Ve karşılıklı bağlantılar sistemi ne kadar karmaşıksa, zihinsel faaliyetimiz de o kadar karmaşıktır.

Bir nöronun çalışması

Sinir sistemimizin en karmaşık faaliyetinin merkezinde, nöronlar arasındaki zayıf elektriksel uyarıların değişimi yer alır. Ancak sorun şu ki, başlangıçta bir sinir hücresinin aksonu ve diğerinin dendritleri birbirine bağlı değil, aralarında hücreler arası madde ile dolu bir boşluk var. Bu sözde sinaptik yarıktır ve sinyal bunun üstesinden gelemez. İki kişinin elleriyle birbirine uzandığını ve zar zor uzandığını hayal edin.

Bu problem basitçe bir nöron tarafından çözülür. Zayıf bir elektrik akımının etkisi altında bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir ve bir nörotransmitter olan bir protein molekülü oluşur. Bu molekül sinaptik yarığı bloke ederek sinyalin geçişi için bir tür köprü haline gelir. Nörotransmiterler ayrıca başka bir işlevi yerine getirir - nöronları bağlarlar ve sinyal bu sinir devresinden ne kadar sık ​​geçerse, bu bağlantı o kadar güçlü olur. Bir nehri geçtiğinizi hayal edin. Yanından geçen bir kişi suya bir taş atar ve ardından sonraki her yolcu aynı şeyi yapar. Sonuç, güçlü ve güvenilir bir geçiştir.

Nöronlar arasındaki bu bağlantıya sinaps denir ve beyin aktivitesinde önemli bir rol oynar. Hafızamızın bile çalışmanın sonucu olduğuna inanılıyor. Bu bağlantılar, sinir uyarılarının yüksek hızda geçişini sağlar - nöronlar zinciri boyunca sinyal, 360 km / s veya 100 m / s hızında hareket eder. Yanlışlıkla iğne batırdığınız bir parmaktan gelen sinyalin beyne ne kadar sürede girdiğini hesaplayabilirsiniz. Eski bir bilmece vardır: "Dünyadaki en hızlı şey nedir?". Cevap: Düşünce. Ve çok doğru bir şekilde fark edildi.

nöron türleri

Nöronlar sadece merkezi sinir sistemini oluşturmak için etkileşime girdikleri beyinde değildir. Nöronlar vücudumuzun tüm organlarında, deri yüzeyindeki kaslarda ve bağlarda bulunur. Özellikle birçoğu reseptörlerde, yani duyu organlarında. Tüm insan vücuduna nüfuz eden geniş bir sinir hücresi ağı, merkezi olandan daha az önemli işlevleri yerine getiren periferik sinir sistemidir. Tüm nöron çeşitleri üç ana gruba ayrılır:

• Etkileyici nöronlar, duyu organlarından bilgi alırlar ve bunlar boyunca impulslar şeklinde bilgi alırlar. sinir lifleri beyne ulaştır. Bu sinir hücreleri, vücutları beynin ilgili bölümünde yer aldığı için en uzun aksonlara sahiptir. Kesin bir uzmanlık vardır ve ses sinyalleri yalnızca beynin işitsel kısmına gelir, kokular - koku alma, ışık - görsel vb.
• Ara veya interkalar nöronlar, etkileyicilerden alınan bilgilerin işlenmesiyle ilgilenir. Bilgiler değerlendirildikten sonra ara nöronlar vücudumuzun çevresinde bulunan duyu organlarına ve kaslara bir komut verir.
• Efferent veya efektör nöronlar bu komutu ara olanlardan sinir impulsu şeklinde organlara, kaslara vb. iletir.

En karmaşık ve en az anlaşılan, ara nöronların çalışmasıdır. Elinizi sıcak bir tavadan çekmek veya bir ışık flaşında göz kırpmak gibi refleks tepkilerinden daha fazlasından sorumludurlar. Bu sinir hücreleri, düşünme, hayal gücü, yaratıcılık gibi karmaşık zihinsel süreçleri sağlar. Ve nöronlar arasındaki sinir uyarılarının anlık değişimi nasıl canlı görüntülere, fantastik hikayelere, parlak keşiflere ve zorlu bir Pazartesi gününe dair düşüncelere dönüşüyor? BT ana sır bilim adamlarının henüz çözmeye yaklaşmadıkları beyin.

Keşfedilen tek şey, farklı şekiller zihinsel aktivite, farklı nöron gruplarının aktivitesi ile ilişkilidir. Geleceğin hayalleri, bir şiiri ezberlemek, algı Sevilmiş biri, satın alma hakkında düşünmek - tüm bunlar beynimize serebral korteksin çeşitli noktalarındaki sinir hücrelerinin aktivite patlamaları olarak yansır.

nöronların işlevleri

Nöronların tüm vücut sistemlerinin çalışmasını sağladığı göz önüne alındığında, sinir hücrelerinin işlevleri çok çeşitli olmalıdır. Ayrıca, hepsi henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu işlevlerin birçok farklı sınıflandırması arasından en anlaşılır ve psikoloji biliminin sorunlarına en yakın olanı seçeceğiz.

Bilgi aktarım işlevi

Bu, daha az önemli olmasa da, diğerlerinin ilişkili olduğu nöronların ana işlevidir. Bu fonksiyon aynı zamanda en çok çalışılandır. Organlar tarafından alınan tüm dış sinyaller, işlendiği beyne girer. Ve daha sonra, dürtü-komut biçimindeki geri bildirimin bir sonucu olarak, efferent sinir lifleri boyunca duyu organlarına, kaslara vb. geri aktarılırlar.

Böyle sürekli bir bilgi dolaşımı, yalnızca periferik sinir sistemi düzeyinde değil, aynı zamanda beyinde de gerçekleşir. Bilgi alışverişinde bulunan nöronlar arasındaki bağlantılar, olağanüstü karmaşık sinir ağları oluşturur. Sadece hayal edin: beyinde en az 30 milyar nöron var ve her birinin 10 bine kadar bağlantısı olabilir. 20. yüzyılın ortalarında sibernetik, insan beyni prensibiyle çalışan elektronik bir bilgisayar yaratmaya çalıştı. Ancak başarılı olmadılar - merkezi sinir sisteminde meydana gelen süreçlerin çok karmaşık olduğu ortaya çıktı.

Kaydet işlevini deneyimleyin

Nöronlar, hafıza dediğimiz şeyden sorumludur. Daha doğrusu, nörofizyologların keşfettiği gibi, sinir devrelerinden geçen sinyallerin izlerinin korunması bir tür yan etki beyin aktivitesi. Belleğin temeli, bu protein molekülleridir - sinir hücreleri arasında bağlantı köprüleri gibi görünen nörotransmiterler. Bu nedenle, beynin bilgi depolamaktan sorumlu özel bir bölümü yoktur. Ve yaralanma veya hastalık nedeniyle sinir bağlantılarının tahribatı meydana gelirse, kişi hafızasını kısmen kaybedebilir.

bütünleştirici işlev

Bu, aralarındaki etkileşim farklı bölümler beyin. İletilen ve alınan sinyallerin anında "yanıp sönmesi", serebral kortekste artan uyarılma odakları - bu, görüntülerin ve düşüncelerin doğuşudur. Serebral korteksin çeşitli kısımlarını birleştiren ve içine nüfuz eden karmaşık sinir bağlantıları. subkortikal bölge, zihinsel faaliyetimizin ürünüdür. Ve bu tür bağlantılar ne kadar çok ortaya çıkarsa, hafıza o kadar iyi ve daha üretken düşünme. Yani aslında ne kadar çok düşünürsek o kadar akıllı oluruz.

Protein üretiminin işlevi

Sinir hücrelerinin aktivitesi bilgi süreçleri ile sınırlı değildir. Nöronlar gerçek protein fabrikalarıdır. Bunlar sadece nöronlar arasında bir "köprü" olarak hizmet etmeyen aynı nörotransmitterlerdir, aynı zamanda bir bütün olarak vücudumuzun çalışmasını düzenlemede büyük bir rol oynarlar. Şu anda, çeşitli işlevleri yerine getiren bu protein bileşiklerinin yaklaşık 80 türü vardır:

• Norepinefrin, bazen öfke hormonu olarak da adlandırılır. Vücudu güçlendirir, verimliliği arttırır, kalbin daha hızlı atmasını sağlar ve vücudu tehlikeyi savuşturmak için ani harekete hazırlar.
• Dopamin vücudumuzun ana toniğidir. Uyanış sırasında da dahil olmak üzere tüm sistemlerin aktivasyonunda yer alır. fiziksel aktivite ve öforiye kadar olumlu bir duygusal ruh hali yaratır.
• Serotonin de bir maddedir iyi bir ruh hali var”, fiziksel aktiviteyi etkilemese de.
• Glutamat, belleğin işleyişi için gerekli bir aktarıcıdır; onsuz bilginin uzun süreli depolanması imkansızdır.
• Asetilkolin, uyku ve uyanma süreçlerini kontrol eder ve ayrıca dikkati arttırmak için gereklidir.

Nörotransmitterler veya daha doğrusu miktarları vücudun sağlığını etkiler. Ve bu protein moleküllerinin üretiminde herhangi bir sorun varsa, o zaman ciddi hastalık. Örneğin dopamin eksikliği Parkinson hastalığının nedenlerinden biridir ve bu madde çok fazla üretilirse şizofreni gelişebilir. Asetilkolin yeterince üretilmezse, bunamanın eşlik ettiği çok hoş olmayan bir Alzheimer hastalığı ortaya çıkabilir.

Beyin nöronlarının oluşumu, bir kişinin doğumundan önce bile başlar ve tüm büyüme dönemi boyunca, sinirsel bağlantıların aktif bir oluşumu ve komplikasyonu vardır. Uzun zamandır bir yetişkinde yeni sinir hücrelerinin ortaya çıkamayacağına inanılıyordu, ancak ölüm süreci kaçınılmazdı. Bu nedenle, zihinsel yalnızca sinirsel bağlantıların karmaşıklığı nedeniyle mümkündür. Ve o zaman bile, herkes zihinsel yeteneklerde bir azalmaya mahkumdur.

Ancak son araştırmalar bu karamsar tahmini yalanladı. İsviçreli bilim adamları, beynin yeni nöronların doğumundan sorumlu bir parçası olduğunu kanıtladılar. Burası hipokampus, günde 1400'e kadar yeni sinir hücresi üretiyor. Ve onları sadece beynin çalışmasına aktif olarak dahil etmemiz, yeni bilgileri alıp anlamamız, böylece yeni sinirsel bağlantılar yaratmamız ve sinir ağını karmaşıklaştırmamız gerekiyor.

Sinir sistemi vücudumuzun en karmaşık ve az çalışılmış kısmıdır. 100 milyar hücreden oluşur - nöronlar ve yaklaşık 30 kat daha fazla olan glial hücreler. Günümüze kadar bilim adamları sinir hücrelerinin sadece %5'ini incelemeyi başardılar. Geri kalan her şey, doktorların herhangi bir şekilde çözmeye çalıştıkları bir gizemdir.

Nöron: yapısı ve işlevleri

Nöron, nörorefektör hücrelerden evrimleşen sinir sisteminin ana yapısal elemanıdır. Sinir hücrelerinin işlevi, uyaranlara kasılma yoluyla yanıt vermektir. Bunlar, elektriksel bir dürtü, kimyasal ve mekanik araçlar kullanarak bilgi iletebilen hücrelerdir.

İşlevleri yerine getirmek için nöronlar motor, duyusal ve orta düzeydedir. Duyusal sinir hücreleri, alıcılardan beyne, motor hücrelere - kas dokularına bilgi iletir. Ara nöronlar her iki işlevi de yerine getirme yeteneğine sahiptir.

Anatomik olarak, nöronlar bir gövdeden ve iki tür süreçten oluşur - aksonlar ve dendritler. Genellikle birkaç dendrit vardır, işlevleri diğer nöronlardan gelen sinyali almak ve nöronlar arasında bağlantılar oluşturmaktır. Aksonlar aynı sinyali diğer sinir hücrelerine iletmek üzere tasarlanmıştır. Dışarıda, nöronlar özel bir protein - miyelinden yapılmış özel bir zarla kaplıdır. İnsan yaşamı boyunca kendini yenilemeye eğilimlidir.

Nasıl görünüyor aynı sinir impulsunun iletimi? Elinizi tavanızın sıcak sapına koyduğunuzu düşünelim. O anda parmakların kas dokusunda bulunan reseptörler tepki verir. Dürtülerin yardımıyla bilgi gönderirler. ana beyin. Orada, bilgi "sindirilir" ve kaslara geri gönderilen, öznel olarak yanma hissi ile kendini gösteren bir yanıt oluşur.

Nöronlar, iyileşiyorlar mı?

Annem bize çocuklukta bile dedi ki: Sinir sistemine iyi bak, hücreler iyileşmez. Sonra böyle bir ifade bir şekilde korkutucu geldi. Hücreler geri yüklenmezse ne yapmalı? Kendinizi onların ölümünden nasıl korursunuz? Bu tür sorulara cevap verilmeli modern bilim. Genel olarak, her şey o kadar kötü ve korkutucu değil. Tüm vücudun büyük bir iyileşme yeteneği var, sinir hücreleri neden yapamıyor. Nitekim travmatik beyin yaralanmaları, felçler sonrasında, beyin dokusunda önemli bir hasar olduğunda, bir şekilde kaybettiği fonksiyonlarını geri kazanır. Buna göre sinir hücrelerinde bir şey olur.

Gebelikte bile sinir hücrelerinin ölümü vücutta “programlanır”. Bazı araştırmalar ölümden bahsediyor Yılda nöronların %1'i. Bu durumda, 20 yıl içinde, bir insanın en basit şeyleri yapması imkansız olana kadar beyin yıpranacaktır. Ancak bu olmaz ve beyin yaşlılıkta tam olarak işlev görebilir.

İlk olarak, bilim adamları hayvanlarda sinir hücrelerinin restorasyonu üzerine bir çalışma yaptılar. Memelilerde beyne verilen hasardan sonra, mevcut sinir hücrelerinin yarıya bölündüğü ve iki tam teşekküllü nöron oluştuğu ortaya çıktı, bunun sonucunda beyin fonksiyonları geri yüklendi. Doğru, bu tür yetenekler sadece genç hayvanlarda bulundu. Yaşlı memelilerde hücre büyümesi gerçekleşmedi. Fareler üzerinde daha ileri deneyler yapıldı, bunlar Büyük şehir, böylece bir çıkış yolu aramaya zorlar. Ve ilginç bir şey fark ettiler, normal koşullarda yaşayanların aksine deney farelerinde sinir hücrelerinin sayısı arttı.

tüm vücut dokularında, onarım, var olan hücrelerin bölünmesiyle gerçekleşir.. Nöron üzerinde araştırma yaptıktan sonra doktorlar kesin olarak belirttiler: sinir hücresi bölünmez. Ancak bu bir şey ifade etmez. Doğum öncesi dönemde başlayan ve yaşam boyu devam eden nörogenez ile yeni hücreler oluşturulabilir. Nörogenez, öncüllerden yeni sinir hücrelerinin sentezidir - daha sonra göç eden, farklılaşan ve olgun nöronlara dönüşen kök hücreler. Sinir hücrelerinin böyle bir restorasyonunun ilk raporu 1962'de ortaya çıktı. Ama hiçbir şey tarafından desteklenmedi, bu yüzden önemli değildi.

Yaklaşık yirmi yıl önce, yeni araştırmalar gösterdi ki beyinde nörogenez var. İlkbaharda çok ötmeye başlayan kuşlarda sinir hücrelerinin sayısı ikiye katlandı. Şarkı söyleme süresinin bitiminden sonra, nöron sayısı tekrar azaldı. Daha sonra nörojenezin sadece beynin bazı bölümlerinde meydana gelebileceği kanıtlandı. Bunlardan biri ventriküllerin etrafındaki alandır. İkincisi, beynin lateral ventrikülünün yakınında bulunan ve hafıza, düşünce ve duygulardan sorumlu olan hipokampustur. Bu nedenle, hatırlama ve yansıtma yeteneği, çeşitli faktörlerin etkisiyle yaşam boyunca değişir.

Yukarıdakilerden de anlaşılacağı gibi, beyin henüz %95'i incelenmemiş olsa da, sinir hücrelerinin restore edildiğini doğrulayan yeterli gerçek var.