Які процеси йдуть у мозку нейронні. Нейрони головного мозку – будова, класифікація та провідні шляхи. Нейронні ланцюжки формуються лише за рахунок активних нейронів

У цій статті ми поговоримо про нейрони мозку. Нейронами кори мозку є структурно-функціональна одиниця всієї загальної нервової системи.

Така клітина має дуже складну будову, високу спеціалізацію, а якщо говорити про її структуру, то складається клітина з ядра, тіла і відростків. В організмі людини в цілому існує приблизно 100 мільярдів таких клітин.

Функції

Будь-які клітини, які розташовані в людському організмі, обов'язково відповідають за ті чи інші його функції. Не винятком є ​​і нейрони.

Вони, як і інші клітини головного мозку, зобов'язані забезпечувати підтримку своєї власної структури та деяких функцій, а також пристосовуватися до можливих змін умов, а відповідно здійснювати регулюючі процеси на клітини, які знаходяться в безпосередній близькості.

Головною функцією нейронів вважається переробка важливої ​​інформації, саме її отримання, проведення, та був і передача іншим клітинам. Інформація надходить завдяки синапсам, які мають рецептори сенсорних органів або якимись іншими нейронами.

Також у деяких ситуаціях передача інформації може відбуватися і, безпосередньо, із зовнішнього середовища за допомогою так званих спеціалізованих дендритів. Проводиться інформація крізь аксони, та її передача здійснюється синапсами.

Будова

Тіло клітини. Ця частина нейрона вважається найголовнішою і складається з цитоплазми та ядра, які створюють протоплазму, зовні вона обмежується своєрідною мембраною, що складається з подвійного шару ліпідів.

У свою чергу, такий шар ліпідів, який ще прийнято називати біоліпідним шаром, складається з хвостів гідрофобної форми і таких же головок. Потрібно відзначити, що такі ліпіди знаходяться один до одного хвостами, і таким чином створюють своєрідний гідрофобний шар, який здатний пропускати через себе виключно речовини, що розчиняються в жирах.

На поверхні мембрани розташовані білки, що мають форму глобул. На таких мембранах розташовані нарости полісахаридів, за допомогою яких у клітини з'являється хороша можливість сприймати подразнення зовнішніх факторів. Також тут присутні і інтегральні білки, які фактично наскрізь пронизують всю поверхню мембрани, а в них, у свою чергу, розташовані іонні канали.

Нейронові клітини кори головного мозку складаються з тіл, діаметр коливається в межах від 5 до 100 мкм, які містять у собі ядро ​​(що має безліч ядерних пір), а також деякі органели, у тому числі і досить сильно ЕПР шорсткої форми, що володіє активними рибосомами .

Також до складу кожної окремої клітини нейрона входять відростки. Існує два основних типи відростків - аксон і дендрити. Особливістю нейрона є і те, що він має розвинений цитоскелет, який здатний проникати в його відростки.

Завдяки цитоскелету постійно підтримується необхідна та стандартна форма клітини, а його нитки виконують роль своєрідних «рейок», за допомогою яких транспортуються органели та речовини, які упаковані у бульбашки мембран.

Дендрити та аксон. Аксон має вигляд досить довгого відростка, який добре пристосований до процесів, спрямованих на збудження нейрона від людського тіла.

Дендрити виглядають зовсім по-іншому, вже хоча б тому, що їхня довжина набагато менша, а також у них спостерігаються надто розвинені відростки, які виконують роль головної ділянки, де починають з'являтися гальмівні синапси, здатні таким чином впливати на нейрон, що протягом короткого періоду часу нейрони людини збуджуються.

Як правило, нейрон складається з більшої кількості дендритів, в той час. Як є всього один аксон. Один нейрон має зв'язки з безліччю інших нейронів, іноді подібних зв'язків існує близько 20 000.

Діляться дендрити дихотомічним способом, своєю чергою аксони здатні давати колатералі. У вузлах розгалуження практично кожному нейроні перебувають кілька мітохондрій.

Варто відзначити також і той факт, що у дендритів немає жодної мієлінової оболонки в той час, як аксони можуть мати такий орган.

Синапсом називають місце, де здійснюється контакт між двома нейронами або між ефекторною клітиною, яка отримує сигнал і безпосередньо нейроном.

Головною функцією такого складового нейрона є передача нервових імпульсів між різними клітинами, причому частота сигналу може змінюватися в залежності від темпів і типів передачі даного сигналу.

Слід зазначити, деякі синапси здатні викликати деполяризацію нейрона, тоді як інші навпаки гиперполяризацию. Перший тип нейронів називають збуджуючими, а другий - гальмуючими.

Як правило, для того, щоб почався процес збудження нейрона, як подразники повинні виступити відразу кілька збуджуючих синапсів.

Класифікація

Згідно з кількістю та локалізації дендритів, а також місцезнаходженням аксона, нейрони головного мозку діляться на уніполярні, біполярні, безаксонні, мультиполярні та псевдоуніполярні нейрони. Тепер хотілося б розглянути кожен із таких нейронів більш детально.

Уніполярні нейронимають один невеликий відросток, і найчастіше знаходяться в сенсорному ядрі так званого трійчастого нерва, розташованого в середній частині мозку.

Безаксонні нейронимають маленькі розміри і локалізовані в безпосередній близькості від спинного мозку, а саме в міжхребцевих галіях і не мають ніяких поділів відростків на аксони та дендрити; всі відростки мають практично однаковий вигляд і якихось серйозних відмінностей між ними немає.

Біполярні нейронискладаються з одного дендриту, який знаходяться у спеціальних сенсорних органах, зокрема у сітці ока та цибулини, а також лише одного аксона;

Мультиполярні нейронимають у своїй структурі кілька дендритів і аксон, і у центральної нервової системі;

Псевдоуніполярні нейронивважаються своєрідними у своєму роді, тому що спочатку відходить від головного тіла лише один відросток, який постійно ділиться на кілька інших, а трапляються подібні відростки виключно в спинальних гангліях.

Існує також класифікація нейронів згідно з функціональним принципом. Так, за такими даними розрізняють еферентні нейрони, аферентні, рухові та інтернейрони.

Еферентні нейронимають у своєму складі неультиматні та ультиматні підвиди. Крім того, до них належать і первинні клітини чутливих органів людини.

Аферентні нейрони. До нейронів цієї категорії відносяться як первинні клітини чутливих людських органів, так і псевдоуніполярні клітини, які мають дендрити з вільними закінченнями.

Асоціативні нейрони. Головною функцією цієї групи нейронів є здійснення зв'язку між аферентними еферентними видами нейронів. Такі нейрони ділять на проекційні та комісуральні.

Розвиток та зростання

Нейрони починають розвиватися з невеликої клітини, яка вважається його попередницею і перестає ділитися ще доти, як утворюються перші власні відростки.

Слід зазначити, що у час учені ще остаточно вивчили питання, що стосується розвитку та зростання нейронів, але постійно працюють у цьому напрямі.

Найчастіше спочатку починають розвиватися аксони, та був дендрити. На самому кінці відростка, який починає впевнено розвиватися, утворюється потовщення специфічної і невластивої для такої клітини форми, і таким чином прокладається шлях крізь тканину, що оточує нейрони.

Таке потовщення прийнято називати конусом зростання нервових клітин. Цей конус складається з деякої сплощеної частини відростка нервової клітини, яка у свою чергу створена з великої кількості досить тонких шпильок.

Мікрошипики мають товщину від 0,1 до 0,2 мікромікрон, а в довжину можуть досягати позначки і 50 мкм. Якщо говорити безпосередньо про плоску і широку ділянку конуса, то треба зазначити, що їй властиво змінювати власні параметри.

Між мікрошипами конуса є деякі проміжки, які повністю покриті складчастою мембраною. Мікрошипики рухаються на постійній основі, завдяки чому, у разі ураження, нейрони відновлюються і набувають необхідної форми.

Хотілося б відзначити, що кожна окрема клітина рухається по-своєму, так якщо одна з них подовжуватиметься або розширюватиметься, то друга може відхилятися в різні боки або навіть прилипати до субстрату.

Конус росту повністю заповнений мембранними бульбашками, які характеризуються надто дрібними розмірами та неправильною формою, а також сполуками один з одним.

Крім того, у конусі росту знаходяться нейрофіламенти, мітохондрії, а також мікротрубочки. Такі елементи мають здатність рухатися із величезною швидкістю.

Якщо порівнювати швидкості пересування елементів конуса і безпосередньо самого конуса, необхідно підкреслити, що вони приблизно однакові, тому можна дійти невтішного висновку, що у період зростання немає ні збирання, ні якихось порушень микротрубочек.

Напевно, новий мембранний матеріал починає додаватися вже наприкінці процесу. Конус зростання – це ділянка досить швидкого ендоцитозу та екзоцитозу, що підтверджують велику кількість бульбашок, які тут розташовані.

Як правило, зростанню дендритів і аксонів передує момент міграції нейронних клітин, тобто тоді, коли незрілі нейрони фактично розселяються і починають існувати на тому самому постійному місці.

Гормони впливають на механізми утворення емоцій та дію різних нейрохімічних речовин, і, як наслідок, беруть участь у формуванні стійких навичок. Автор книги «Гормони щастя» заслужений професор Каліфорнійського університету Лоретта Граціано Бройнінг пропонує переглянути шаблони нашої поведінки та навчитися запускати дію серотоніну, дофаміну, ендорфіну та окситоцину. T&P публікують розділ з книги про те, як самоналаштовується наш мозок, реагуючи на досвід та формуючи відповідні нейронні зв'язки.

Лоретта Граціано Бройнінг

засновник Inner Mammal Institute, заслужений професор Каліфорнійського університету, автор кількох книг, веде блог Your Neurochemical Self на сайті PsychologyToday.com

Перекладаючи нейронні шляхи

Кожна людина народжується з безліччю нейронів, але дуже мало зв'язків між ними. Ці зв'язки будуються в міру взаємодії з навколишнім світом і в кінцевому рахунку і створюють нас такими, якими ми є. Але іноді у вас виникає бажання дещо модифікувати ці зв'язки, що сформувалися. Здавалося б, це має бути легко, бо вони склалися у нас без особливих зусиль з нашого боку ще замолоду. Однак формування нових нейронних шляхів у дорослому віці виявляється несподівано складною справою. Старі зв'язки настільки ефективні, що відмова від них створює у вас відчуття, що виникає загроза виживанню. Будь-які нові нервові ланцюжки є дуже крихкими в порівнянні зі старими. Коли ви зможете зрозуміти, як важко створюються в мозку людини нові нейронні шляхи, ви радітимете своїй наполегливості в цьому напрямку більше, ніж лаяти себе за повільний прогрес у їх формуванні.

П'ять способів, за допомогою яких самоналаштовується ваш мозок

Ми, ссавці, здатні протягом життя створювати нейронні зв'язки, на відміну від видів із стійкими зв'язками. Ці зв'язки створюються в міру того, як навколишній світ впливає на наші органи почуттів, які посилають відповідні електричні імпульси в мозок. Ці імпульси прокладають нейронні шляхи, якими у майбутньому швидше і легше побіжать інші імпульси. Мозок кожної окремої людини налаштований на індивідуальний досвід. Нижче наведено п'ять способів, за допомогою яких досвід фізично змінює ваш мозок.

Життєвий досвід ізолює молоді нейрони

Постійно працюючий нейрон з часом покривається оболонкою з особливої ​​речовини, яка називається мієлін. Ця речовина значно підвищує ефективність нейрона як провідника електричних імпульсів. Це можна порівняти з тим, що ізольовані дроти можуть витримувати значно більше навантаження, ніж оголені. Покриті мієлінової оболонкою нейрони працюють без витрати зайвих зусиль, що властиво повільним, «відкритим» нейронам. Нейрони з мієлінової оболонкою виглядають швидше білими, ніж сірими, тому ми поділяємо нашу мозкову речовину на «білу» та «сіру».

В основному покриття нейронів мієлін завершується у дитини до віку двох років, у міру того як його тіло навчається рухатися, бачити і чути. Коли народжується ссавець, у його мозку має сформуватися ментальна модель навколишнього світу, що надасть йому можливості для виживання. Тому вироблення мієліну у дитини максимальне при народженні, а до семи років вона дещо знижується. До цього часу вам уже не треба вчити істини, що вогонь обпалює, а земне тяжіння може змусити вас впасти.

Якщо ви думаєте, що мієлін «даремно витрачається» на посилення нейронних зв'язків саме у молодих, слід розуміти, що природа влаштувала саме так з обґрунтованих еволюційних причин. Протягом більшої частини історії людства люди заводили дітей відразу після досягнення статевої зрілості. Нашим предкам треба було встигнути вирішити першочергові нагальні завдання, які забезпечували виживання їхнього потомства. У дорослому стані вони більше використовували нові нейронні зв'язки, ніж переналаштовували старі.

З досягненням періоду статевого дозрівання людини формування мієліну у його організмі знову активізується. Це відбувається через те, що ссавцю доведеться здійснити нове налаштування свого мозку на пошук найкращого шлюбного партнера. Часто під час парування тварини мігрують у нові групи. Тому їм доводиться звикати до нових місць у пошуках їжі, а також до нових одноплемінників. У пошуках шлюбної пари люди також нерідко змушені переміщатися до нових племен чи кланів і осягати нові звичаї та культуру. Зростання вироблення мієліну в період статевого дозрівання якраз усьому цьому сприяє. Природний відбір влаштував мозок таким, що у цей період він змінює ментальну модель навколишнього світу.

Все, що ви цілеспрямовано і постійно робите у роки свого «мієлінового розквіту», створює потужні та розгалужені нейронні шляхи у вашому мозку. Саме тому так часто геніальність людини проявляється саме у дитинстві. Саме тому маленькі гірськолижники так хвацько пролітають повз вас на гірських спусках, які ви не можете освоїти, скільки не намагаєтеся. Саме тому таким важким стає вивчення іноземних мов із закінченням юнацького віку. Будучи вже дорослими, ви можете запам'ятовувати іноземні слова, але найчастіше ви можете швидко підбирати їх висловлювання своїх думок. Це тому, що вербальна пам'ять концентрується у вас у тонких, не покритих мієліном нейронах. Потужні мієлінізовані нейронні зв'язки зайняті у вас високою розумовою діяльністю, тому нові електричні імпульси знаходять вільні нейрони. […]

Коливання активності організму в мієлінізації нейронів можуть допомогти вам зрозуміти, чому люди виникають ті чи інші проблеми у різні періоди життя. […] Пам'ятайте, що людський мозок не досягає своєї зрілості автоматично. Тому часто кажуть, що мозок у підлітків ще не сформувався. Мозок «мієлінує» весь наш життєвий досвід. Тож якщо у житті підлітка матимуть місце епізоди, коли він отримує незаслужену винагороду, то він міцно запам'ятовує, що нагороду можна отримати і без зусиль. Деякі батьки прощають підліткам погану поведінку, кажучи, що «їх мозок ще повністю оформився». Саме тому дуже важливо цілеспрямовано контролювати той життєвий досвід, що вони вбирають. Якщо дозволити підлітку уникати відповідальності за свої дії, то можна сформувати у нього розум, який чекатиме на можливість ухилення від такої відповідальності і надалі. […]

Життєвий досвід підвищує ефективність роботи синапсу

Синапс – це місце контакту (невеликий проміжок) між двома нейронами. Електричний імпульс у нашому мозку може пересуватися тільки за умови, що він досягає кінця нейрона з достатньою силою, щоб «перестрибнути» через цей проміжок до наступного нейрона. Ці бар'єри допомагають нам фільтрувати насправді важливу інформацію, що входить від не має значення так званого «шуму». Проходження електричного імпульсу через синаптичні проміжки – це дуже складний природний механізм. Його можна уявити так, що у кінчику одного нейрона скупчується ціла флотилія човнів, яка транспортує нейронну «іскру» у спеціальні приймальні доки, наявні біля розташованого нейрона. Щоразу човни краще справляються з транспортуванням. Ось чому досвід, який ми отримуємо, збільшує шанси передачі електричних сигналів між нейронами. У мозку людини є понад сто трильйонів синаптичних зв'язків. І наш життєвий досвід відіграє важливу роль, щоб проводити нервові імпульси так, щоб це відповідало інтересам виживання.

На свідомому рівні ви не можете вирішувати, які синаптичні зв'язки вам слід розвивати. Вони формуються двома основними способами:

1) Поступово шляхом багаторазового повторення.

2) Одномоментно, під впливом сильних емоцій.

[…] Синаптичні зв'язки будуються з урахуванням повторення чи емоцій, пережитих вами у минулому. Ваш розум існує за рахунок того, що ваші нейрони утворили зв'язки, які відображають вдалий та невдалий досвід. Деякі епізоди з цього досвіду були "закачані" у ваш мозок завдяки "молекулам радості" або "молекулам стресу", інші були закріплені в ньому завдяки постійним повторенням. Коли модель навколишнього світу відповідає тій інформації, яка міститься у ваших синаптичних зв'язках, електричні імпульси пробігають по них легко, і вам здається, що ви цілком у курсі подій, що відбуваються навколо вас.

Нейронні ланцюжки формуються лише за рахунок активних нейронів

Ті нейрони, які активно не використовуються мозком, починають поступово слабшати вже у дворічної дитини. Як це не дивно, це сприяє розвитку його інтелекту. Скорочення числа активних нейронів дозволяє малюкові не ковзати розсіяним поглядом по всьому навколо, що властиво новонародженому, а спиратися на нейронні шляхи, які у нього вже сформувалися. Дворічний малюк здатний вже самостійно концентруватися на тому, що доставляло йому в минулому приємні відчуття на кшталт знайомого обличчя або пляшечки з його улюбленою їжею. Він може остерігатися того, що в минулому викликало у нього негативні емоції, наприклад забіяцький товариш по іграх або зачинені двері. Юний мозок покладається на свій невеликий життєвий досвід у тому, що стосується задоволення потреб і уникнення потенційних загроз.

Хоч би як будувалися нейронні зв'язки в мозку, ви відчуваєте їх як «істину»

У віці від двох до семи років процес оптимізації мозку у дитини продовжується. Це змушує його співвідносити новий досвід зі старим, замість накопичувати нові переживання якимось окремим блоком. Тісно переплетені нейронні зв'язки та нервові шляхи становлять основу нашого інтелекту. Ми створюємо їх, розгалужуючи старі нейронні «стволи», замість створення нових. Таким чином, до семи років ми зазвичай чітко бачимо те, що вже одного разу бачили, і чуємо вже одного разу почуте.

Ви можете подумати, що це погано. Однак подумайте над цінністю всього цього. Уявіть собі, що ви збрехали шестирічній дитині. Він вірить вам, тому що його мозок жадібно вбирає все, що йому пропонується. Тепер припустіть, що ви обдурили дитину восьми років. Він вже піддає ваші слова сумніву, тому що порівнює інформацію, що надходить з вже наявною у нього, а не просто «ковтає» нові відомості. У віці восьми років дитині вже важче формувати нові нейронні зв'язки, що штовхає її використання вже наявних. Опора на старі нейронні ланцюжки дозволяє йому розпізнати брехню. Це мало величезне значення з погляду виживання на той час, коли батьки помирали молодими й дітям змалку доводилося звикати піклуватися себе. У молоді роки ми формуємо певні нейронні зв'язки, дозволяючи іншим поступово згасати. Деякі з них зникають, як вітер забирає осіннє листя. Це допомагає зробити розумовий процес людини більш ефективним та цілеспрямованим. Звичайно, з віком ви отримуєте нові знання. Однак ця нова інформація концентрується в тих сферах мозку, в яких вже існують активні електричні шляхи. Наприклад, якщо наші пращури народжувалися у мисливських племенах, то швидко набирали досвід мисливця, а якщо у племенах землеробів – сільськогосподарський досвід. Таким чином, мозок налаштовувався на виживання в тому світі, в якому вони реально існували. […]

Між нейронами, що активно використовуються вами, утворюються нові синаптичні зв'язки.

Кожен нейрон може мати багато синапсисів, тому що у нього буває багато відростків чи дендритів. Нові відростки у нейронів утворюються за його активної стимуляції електроімпульсами. У міру того, як дендрити ростуть у напрямку точок електричної активності, вони можуть наблизитися настільки, що електричний імпульс від інших нейронів може подолати відстань між ними. У такий спосіб народжуються нові синаптичні зв'язки. Коли таке відбувається, на рівні свідомості ви отримуєте зв'язок між двома ідеями, наприклад.

Свої синаптичні зв'язки ви не можете відчувати, але легко можете побачити це в інших. Людина, що любить собак, дивиться на весь навколишній світ через призму цієї прихильності. Людина, захоплена сучасними технологіями, все у світі пов'язує з ними. Аматор політики оцінює навколишню реальність політично, а релігійно переконана людина - з позицій релігії. Одна людина бачить світ позитивно, інша – негативно. Хоч би як будувалися нейронні зв'язки в мозку, ви не відчуваєте їх як численні відростки, схожі на щупальця восьминога. Ви відчуваєте ці зв'язки як «істину».

Рецептори емоцій розвиваються чи атрофуються

Щоб електричний імпульс міг перетнути синаптичну щілину, дендрит з одного боку повинен викинути хімічні молекули, які уловлюються спеціальними рецепторами іншого нейрона. Кожна з нейрохімічних речовин, що виробляються нашим мозком, має складну структуру, яка сприймається лише одним специфічним рецептором. Вона підходить до рецептора як ключ до замку. Коли вас захльостують емоції, то виробляється більше нейрохімічних речовин, ніж може вловити та обробити рецептор. Ви відчуваєте себе приголомшеним і дезорієнтованим, допоки ваш мозок не створить більше рецепторів. Так ви адаптуєтеся до того, що «навколо вас щось відбувається».

Коли рецептор нейрона тривалий час неактивний, він зникає, залишаючи місце для появи інших рецепторів, які можуть знадобитися. Гнучкість у природі означає, що рецептори у нейронів повинні або використовуватися, або можуть загубитися. "Гормони радості" постійно присутні в мозку, здійснюючи пошук "своїх" рецепторів. Саме так ви і дізнаєтеся причину своїх позитивних відчуттів. Нейрон «спрацьовує», оскільки відповідні молекули гормонів відкривають замок його рецептора. А потім на основі цього нейрона створюється цілий нейронний ланцюг, який підказує вам, звідки чекати радості у майбутньому.

Зображення: © iStock.

Нервова система є складною і мало вивченою частиною нашого організму. Вона складається зі 100 мільярдів клітин – нейронів, та гліальних клітин, яких приблизно у 30 разів більше. До нашого часу вченим удалося вивчити лише 5% нервових клітин. Решта поки що загадка, яку медики намагаються розгадати будь-якими методами.

Нейрон: будова та функції

Нейрон – головний структурний елемент нервової системи, що еволюціонував із нейроефекторних клітин. Функція нервових клітин полягає у відповіді на подразники скороченням. Це клітини, які здатні передавати інформацію за допомогою електричного імпульсу, хімічним та механічним шляхами.

За виконуючими функціями нейрони бувають руховими, чутливими та проміжними. Чутливі нервові клітини передають інформацію від рецепторів до мозку, рухові – до м'язових тканин. Проміжні нейрони здатні виконувати і ту, й іншу функції.

Анатомічно нейрони складаються з тіла та двох типів відростків – аксонів та дендритів. Дендритів часто є кілька, їх функція уловлюванні сигналу від інших нейронів і створення зв'язків між нейронами. Аксони призначені передачі того самого сигналу інші нервові клітини. Зовні нейрони покриті спеціальною оболонкою, із спеціального білка – мієліну. Він схильний до самовідновлення протягом усього людського життя.

Як виглядає передача того самого нервового імпульсу? Припустимо, що Ви взялися рукою за гарячу ручку сковороди. На той момент реагують рецептори, що знаходяться в м'язовій тканині пальців рук. За допомогою імпульсів вони надсилають інформацію в головний мозок. Там інформація «перетравлюється» і формується відповідь, що відправляється назад до м'язів, суб'єктивно виявляючись почуттям печіння.

Нейрони, чи вони відновлюються?

Ще у дитинстві нам мама казала: бережи нервову систему, клітини не відновлюються. Тоді така фраза звучала якось страшно. Якщо клітини не відновлюються, що робити? Як уберегтися від їхньої загибелі? На такі питання мала б відповісти сучасна наука. Загалом не все так погано та страшно. Весь організм має великі можливості для відновлення, чому ж нервові клітини не можуть. Адже після черепно-мозкових травм, інсультів, коли йде суттєве ушкодження тканин мозку, він якось повертає собі втрачені функції. Відповідно в нервових клітинах щось відбувається.

Ще зачаття в організмі «програмується» відмирання нервових клітин. Деякі дослідження говорять про загибель 1% нейронів на рік. У такому разі років за 20 мозок зносився б аж до неможливості людиною виконувати найпростіші речі. Але так немає, і мозок здатний повноцінно функціонувати до глибокої старості.

Спочатку вчені проводили дослідження відновлення нервових клітин у тварин. Після пошкодження мозку у ссавців, виявилося, що існуючі нервові клітини розділилися навпіл, і утворилося два повноцінні нейрони, в результаті функції мозку відновилися. Щоправда, такі здібності виявили лише у молодих тварин. У старих ссавців збільшення клітин не відбулося. Надалі досліди проводили на мишах, їх запускали у велике місто, тим самим змушуючи шукати вихід. І помітили цікаву річ, кількість нервових клітин у піддослідних мишей збільшилася, на відміну від тих, що жили у звичайних умовах.

У всіх тканинах організму, відновлення відбувається шляхом поділу існуючих клітин. Після проведення досліджень нейрона медики твердо заявили: нервова клітина не ділиться. Однак це нічого не означає. Нові клітини можуть утворитися шляхом нейрогенезу, який починається у внутрішньоутробному періоді і продовжується все життя. Нейрогенез - це синтез нових нервових клітин з попередників - стовбурових клітин, які в подальшому мігрують, диференціюються і перетворюються на зрілі нейрони. Вперше повідомлення про таке відновлення нервових клітин з'явилося ще 1962 року. Але воно нічим не підкріплювалося, відповідно не мало жодного значення.

Приблизно двадцять років тому нові дослідження показали, що нейрогенез існує в мозку. У птахів, які починали багато співати навесні, кількість нервових клітин зростала вдвічі. Після завершення певного періоду кількість нейронів знову зменшувалася. Надалі було доведено, що нейрогенез може відбуватися лише у деяких ділянках мозку. Одним із них є область навколо шлуночків. Другим — гіпокамп, розташований біля бічного шлуночка мозку, який відповідає за пам'ять, мислення та емоції. Тому здатність запам'ятовувати та розмірковувати, змінюються протягом життя, внаслідок впливу різних факторів.

Як видно з вищесказаного, хоча мозок на 95% ще не вивчений, є достатньо фактів, що підтверджують, що нервові клітини відновлюються.

Наше тіло складається з безлічі клітин. Приблизно 100.000.000 є нейронами. Що таке нейрони? Які функції нейронів? Вам цікаво дізнатися, яке завдання вони виконують і що ви можете завдяки їм робити? Розглянемо це докладніше.

Функції нейронів

Ви коли-небудь думали про те, як інформація проходить через наше тіло? Чому, якщо щось завдає нам болю, ми відразу ж несвідомо смикаємо руку? Де і як ми розпізнаємо цю інформацію? Все це – дії нейронів. Як ми розуміємо, що це холодне, а це гаряче…а це м'яке чи колюче? За отримання та передачу цих сигналів нашим тілом відповідають нейрони. У цій статті ми докладно розповімо про те, що таке нейрон, з чого він складається, яка класифікація нейронів і як покращити їхнє формування.

Основні поняття про функції нейронів

Перш ніж розповідати про те, які функції нейронів, необхідно дати визначення того, що таке нейрон і з чого він складається.

Ви хочете знати, як працює ваш мозок? Які ваші сильні та, можливо, ослаблені когнітивні функції? Чи є симптоми, що свідчать про наявність будь-якого розладу? Які можливості можна поліпшити? Отримайте відповіді на всі ці питання менш ніж за 30-40 хвилин, пройшовши

Нейронна пластичність: CogniFit («КогніФіт»)

Нестача сну, одноманітність, постійна рутина та високий рівень стресу призводять до уповільнення нейрогенезу.

Чи можуть померти нейрони?

Звичайно, і це відбувається з різних причин.

• За програмою (Апоптоз): У дитинстві, коли ми розвиваємося, наш мозок виробляє клітин більше, ніж ми використовуємо У певний момент усі ці незадіяні клітини програмують свою загибель. Те саме відбувається і в старості — з нейронами, які вже не можуть отримувати та передавати інформацію.
• Через асфіксію:Нейронам, як і нам, потрібний кисень. Якщо вони перестають його одержувати, то гинуть.
• Через хвороби:Альцгеймер, Паркінсон, СНІД.
• Через сильні удари по голові:серйозні травми спричиняють загибель нейронів. Це добре відомо, наприклад, у світі боксу.
• Через інтоксикацію:Вживання алкоголю та інших речовин може завдати шкоди нейронам, і як наслідок, їх руйнування.

Ви підозрюєте у себе чи своїх близьких депресію? Перевірте, чи є симптоми депресії за допомогою інноваційного нейропсихологічного прямо зараз!

Висновки про нейронні функції

Ми з вами дізналися про те, що нейрони - це маленькі зв'язкові, які пересуваються по всьому тілу. Таким чином, функції нейронів полягають в отриманні та передачі інформації як від різних структур (м'язів і залоз), так і від інших нейронів.

Зараз ми вже можемо відповісти на запитання, яке було поставлено на початку статті: чому, якщо щось завдає нам болю, ми відразу ж несвідомо смикаємо руку? Чутливі нейрони отримують інформацію про біль, а моторні нейрони у відповідь посилають сигнал усунути руку.

Ми побачили, що всередині нашого тіла протягом усього життя, щомиті, проходять нескінченні інформаційні, комунікаційні потоки та електричні імпульси.

Також ми з вами дізналися про те, що наш організм постійно перебуває в процесі розвитку, з народження до старості. Наша нейронна структура в гіпокампі також змінюється завдяки нейрогенезу та загибелі нейронів.

Закликаю вас вести здоровий спосіб життя, розважатися, вчитися та прагнути особистісного зростання. Це допоможе вам зберегти нейрони, ваших маленьких листоноші.

У статті є посилання на інші матеріали, в яких можна детальніше прочитати інформацію з тієї чи іншої теми. Якщо вам цікава тема Нейрогенезу, рекомендую також прочитати цю цікаву статтю про те, .Французький

Окремі нервові клітини, або нейрони, виконують свої функції не як ізольовані одиниці, подібно до клітин печінки або нирок. Робота 50 мільярдів (або близько того) нейронів нашого мозку полягає в тому, що вони отримують сигнали від якихось інших нервових клітин та передають їх третім.

Передавальні та приймаючі клітини об'єднані в нервові ланцюгиабо мережі(Див. рис. 26). Окремий нейрон з дивергентноїСтруктурою (від лат. diverge - відхиляюся) може посилати сигнали тисячі і навіть більшій кількості інших нейронів. Але частіше один такий нейрон з'єднується лише з кількома певними нейронами. Так само який-небудь нейрон може отримувати вхідну інформацію від інших нейронів за допомогою одного, декількох або багатьох вхідних зв'язків, якщо на ньому сходяться конвергентнішляхи (від латів. converge - наближаюся, схожу). Звичайно, все залежить від того, яку саме клітину ми розглядаємо і яку мережу вона виявилася включеною в процесі розвитку. Ймовірно, у кожний момент часу активна лише невелика частина шляхів, що закінчуються на даному нейроні.

Дійсні місця з'єднання - специфічні точки на поверхні нервових клітин, де відбувається їх контакт, - називаються синапсами(synapsis; грецьк. «дотик», «з'єднання») (див. рис. 26 і 27), а сам процес передачі інформації в цих місцях - синаптичною передачею. При взаємодії нейронів за допомогою синаптичної передачі, посилаюча сигнал (пресинаптична) клітина виділяє певну речовину на рецепторну поверхню сприймаючого (постсинаптичного) нейрона. Ця речовина, звана нейромедіатором, служить молекулярним посередником передачі інформації від передає клітини до сприймає. Нейромедіатор замикає ланцюг, здійснюючи хімічну передачу інформації через синаптичну щілину- структурний розрив між передаючою та сприймаючою клітинами у місці синапсу.

Особливості нервових клітин

Нейрони мають ряд ознак, загальних всім клітин тіла. Незалежно від свого місцезнаходження та функцій будь-який нейрон, як і будь-яка інша клітина, має плазматичну мембрану, Що визначає межі індивідуальної клітини Коли нейрон взаємодіє з іншими нейронами або вловлює зміни в локальному середовищі, він робить це за допомогою плазматичної мембрани та ув'язнених у ній молекулярних механізмів.

Все, що знаходиться всередині плазматичної мембрани (крім ядра), називається цитоплазмою. Тут містяться цитоплазматичні органели, необхідні існування нейрона і виконання ним своєї роботи (див. рис. 27 і 28). Мітохондріїзабезпечують клітину енергією, використовуючи цукор і кисень для синтезу спеціальних високоенергетичних молекул, що витрачаються клітиною в міру потреби. Мікротрубочки- тонкі опорні структури – допомагають нейрону зберігати певну форму. Мережа внутрішніх мембранних канальців, з допомогою яких клітина розподіляє продукти, необхідних її функціонування, називається ендоплазматичним ретикуломом.

Існує два види ендоплазматичного ретикулуму. Мембрани «шорсткого», або гранулярного, ретикулуму усіяні. рибосомами, необхідними клітині для синтезу білкових речовин, що секретуються нею. Велика кількість елементів шорсткого ретикулуму в цитоплазмі нейронів характеризує їх як клітини з дуже інтенсивною секреторною діяльністю. Білки, призначені лише внутрішньоклітинного використання, синтезуються на численних рибосомах, не прикріплених до мембран ретикулуму, а що у цитоплазмі у вільному стані. Інший вид ендоплазматичного ретикулуму називають «гладким». Органели, побудовані з мембран гладкого ретикулума, упаковують продукти, призначені для секреції, у «мішочки» з таких мембран для подальшого перенесення їх до поверхні клітини, де вони виводяться назовні. Гладкий ендоплазматичний ретикулум називають також апаратом Гольджі, на ім'я італійця Еміліо Гольджі, який вперше розробив метод забарвлення цієї внутрішньої структури, який уможливив її мікроскопічне вивчення.

Камілло Гольджі (1844-1926). Фотографію зроблено на початку 1880-х років, коли Гольджі був професором університету в Павії. У 1906 році він розділив з Кахалом Нобелівську премію з фізіології та медицини.

Сантьяго Рамон-і-Кахал (1852-1934). Поет, художник і гістолог, що мав разючий творчий потенціал, він викладав в основному в Мадридському університеті. Цей автопортрет він створив у 1920-х роках.

У центрі цитоплазми знаходиться клітинне ядро. Тут у нейронів, як і всіх клітин з ядрами, міститься генетична інформація, закодована в хімічній структурі генів. Відповідно до цієї інформації повністю сформована клітина синтезує специфічні речовини, які визначають форму, хімізм та функції цієї клітини. На відміну від більшості інших клітин тіла, зрілі нейрони не можуть ділитися, і генетично обумовлені продукти будь-якого нейрона повинні забезпечувати збереження та зміну його функцій протягом усього його життя.

Нейрони сильно розрізняються за своєю формою, зв'язками, які вони утворюють, та способами функціонування. Найбільш очевидна відмінність нейронів від інших клітин полягає у різноманітності їх розмірів та форми. Більшість клітин тіла має кулясту, кубічну чи пластинчасту форму. Для нейронів характерні неправильні обриси: у них є відростки, часто численні і розгалужені. Ці відростки – живі «дроти», за допомогою яких утворюються нейронні ланцюги. Нервова клітина має один головний відросток, що називається аксоном(грец. ax?n - вісь), яким вона передає інформацію наступній клітині в нейронної ланцюга. Якщо нейрон утворює вихідні зв'язки з великою кількістю інших клітин, його аксон багаторазово гілкується, щоб сигнали могли дійти кожної з них.

Мал. 28. Внутрішня будова типового нейрону. Мікротрубочки забезпечують структурну жорсткість, а також транспортування матеріалів, що синтезуються в тілі клітини і призначені для використання в кінці аксона (внизу). У цьому кінці знаходяться синаптичні бульбашки, що містять медіатор, а також бульбашки, що виконують інші функції. На поверхні постсинаптичного дендриту показані ймовірні місця рецепторів для медіатора (див. також рис. 29).

Інші відростки нейрона називаються дендритами. Цей термін, що походить від грецького слова dendron- "дерево", означає, що вони мають деревоподібну форму. На дендритах та на поверхні центральної частини нейрона, що оточує ядро ​​(і званої перикаріоном, або тіломклітини), знаходяться вхідні синапси, які утворюються аксонами інших нейронів. Завдяки цьому кожен нейрон виявляється ланкою тієї чи іншої нейронної мережі.

У різних ділянках цитоплазми нейрона містяться різні набори спеціальних молекулярних продуктів та органел. Шорсткий ендоплазматичний ретикулум та вільні рибосоми виявлені лише у цитоплазмі тіла клітини та в дендритах. В аксонах ці органели відсутні, тому синтез білка тут неможливий. Закінчення аксонів містять органели, звані синаптичними бульбашками, в яких знаходяться молекули медіатора, що виділяється нейроном Вважають, що кожна синаптична бульбашка несе в собі тисячі молекул речовини, яка використовується нейроном для передачі сигналів іншим нейронам (див. рис. 29).

Мал. 29.Схема викиду медіатора та процесів, що відбуваються в гіпотетичному центральному синапсі.

Дендрити і аксони зберігають свою форму завдяки мікротрубочкам, які, мабуть, відіграють також роль у пересуванні синтезованих продуктів з центральної цитоплазми до дуже далеких від неї кінців аксонів і дендритів, що гілкуються. При методі забарвлення, розробленому Гольджі, використовується металеве срібло, яке зв'язується з мікротрубочками і дозволяє виявити форму нервової клітини, що вивчається. На початку XX століття іспанський мікроанатом Сантьяго Рамон-і-Кахал майже інтуїтивно застосував цей метод для встановлення клітинної природи організації мозку та для класифікації нейронів відповідно до їх унікальних та загальних структурних особливостей.

Різні назви нейронів

Нейрони, залежно від контексту, можуть називатися по-різному. Іноді це може спантеличити, але насправді це дуже схоже на те, як ми називаємо себе або наших знайомих. Дивлячись за обставинами, ми говоримо про одну і ту ж дівчину як про студентку, дочку, сестру, рудоволосу красуню, плавчину, кохану чи члена сімейства Смітів. Нейрони теж одержують стільки ярликів, скільки різних ролей вони виконують. Різні вчені використовували, мабуть, всі цікаві властивості нейронів як основу їх класифікації.

Кожна унікальна структурна особливість тієї чи іншої нейрона відбиває ступінь його спеціалізації до виконання певних завдань. Можна називати нейрони відповідно до цих завдань, або функціями. Це один спосіб. Наприклад, нервові клітини, об'єднані в ланцюги, які допомагають нам сприймати зовнішній світ або контролювати події, що відбуваються всередині нашого тіла, називаються сенсорними(чутливими) нейронами. Нейрони, об'єднані в мережі, що викликають м'язові скорочення і, отже, рух тіла називаються моторнимичи руховими.

Положення нейрона в мережі - інший важливий критерій найменування. Нейрони, найближче розташовані до місця дії (будь то відчувається стимул або м'яз, що активується), - це первинні сенсорні або моторні нейрони, або нейрони першого порядку. Далі йдуть вторинні нейрони (нейрони другого порядку), потім третинні (третього порядку) і т.д.

Регуляція нейронної активності

Здатність нервової системи та м'язів генерувати електричні потенціали відома давно – з часів робіт Гальвані наприкінці XVIII століття. Однак наші знання про те, як виникає ця біологічна електрика при функціонуванні нервової системи, засновані на дослідженнях лише 25-річної давності.

Всі живі клітини мають властивість «електричної полярності». Це означає, що по відношенню до якоїсь віддаленої і явно нейтральної точки (електрики називають її «землею») внутрішня частина клітини відчуває відносний недолік позитивно заряджених частинок і тому, як ми говоримо, негативно заряджена щодо зовнішньої сторони клітини. Що ж це за частинки, що знаходяться всередині та поза клітинами нашого тіла?

Рідини нашого тіла - плазма, у якій плавають клітини крові, позаклітинна рідина, що заповнює простір між клітинами різних органів, спинномозкова рідина, що у шлуночках мозку, - усе це особливі різновиду солоної води. (Деякі вчені, які мислять історичними категоріями, вбачають у цьому сліди того періоду еволюції, коли всі живі створіння існували в первинному океані.) Солі, що зустрічаються в природі, зазвичай складаються з декількох хімічних елементів - натрію, калію, кальцію і магнію, що несуть позитивні заряди в рідинах. тіла, і хлориду, фосфату і залишків деяких складніших кислот, що утворюються клітинами та несуть негативний заряд. Заряджені молекули чи атоми називаються іонами.

У позаклітинних просторах позитивні та негативні іони розподілені вільно і в рівних кількостях, тому вони нейтралізують один одного. Усередині клітин, проте, відносний дефіцит позитивно заряджених іонів зумовлює загальний негативний заряд. Цей негативний заряд виникає тому, що плазматична мембрана проникна не всім солей однаковою мірою. Деякі іони, наприклад, К + зазвичай проникають крізь мембрану легше, ніж інші, такі, як іони натрію (Na +) або кальцію (Ca 2+). Позаклітинні рідини містять досить багато натрію та мало калію. Усередині клітин рідини відносно бідні натрієм і багаті на калій, але загальний вміст позитивних іонів усередині клітини не цілком врівноважує негативні заряди хлориду, фосфату та органічних кислот цитоплазми. Калій проходить через клітинну мембрану краще за інші іони і, мабуть, дуже схильний виходити назовні, так як концентрація його всередині клітин набагато вища, ніж у навколишньому середовищі. Таким чином, розподіл іонів та вибірковість їхнього переходу через напівпроникну мембрану призводять до створення негативного заряду всередині клітин.

У той час, як описані фактори ведуть до встановлення трансмембранної іонної полярності, інші біологічні процеси сприяють її підтримці. Один з таких факторів – дуже ефективні іонні насоси, які існують у плазматичній мембрані та одержують енергію від мітохондрій. Такі насоси «відкачують» іони натрію, які у клітину з молекулами води чи цукру.

«Електрично збудливі» клітини, подібні до нейронів, мають здатність регулювати свій внутрішній негативний потенціал. При дії деяких речовин у «збуджувальних» синапсах властивості плазматичної мембрани постсинаптичного нейрона змінюються. Внутрішність клітин починає втрачати свій негативний заряд, і натрій не зустрічає більше перешкод для переходу всередину через мембрану. Справді, після проникнення клітину деякої кількості натрію перехід натрію та інших позитивних іонів (кальцію і калію) всередину клітини, тобто. деполяризація, під час короткого періоду збудження протікає настільки успішно, що начинка нейрона менш ніж на 1/1000 секунди стає зарядженою позитивно. Цей перехід від звичайного негативного стану вмісту клітини до короткочасного позитивного називають потенціалом діїабо нервовим імпульсом. Позитивний стан триває так недовго тому, що реакція збудження (підвищене надходження до клітини натрію) носить саморегулівний характер. Присутність підвищених кількостей натрію та кальцію у свою чергу прискорює евакуацію калію, у міру того, як слабшає дія збудливого імпульсу. Нейрон швидко відновлює електрохімічну рівновагу та повертається до стану з негативним потенціалом усередині до наступного сигналу.

Мал. 30. Коли нейрон активується збуджуючим імпульсом, що приходить до нього, хвиля деполяризації тимчасово змінює знак мембранного потенціалу. У міру поширення хвилі деполяризації вздовж аксона послідовні ділянки аксона теж зазнають цієї тимчасової реверсії. Потенціал дії можна описати як потік позитивно заряджених іонів натрію (Na+), що переходять через мембрану всередину нейрона.

Деполяризація, пов'язана з потенціалом дії, поширюється вздовж аксона як хвиля активності (рис. 30). Рух іонів, що виникає біля деполяризованої ділянки, сприяє деполяризації наступної ділянки, і в результаті кожна хвиля збудження швидко досягає всіх синаптичних закінчень аксона. Головна перевага електричного проведення імпульсу по аксону полягає в тому, що збудження швидко поширюється на великі відстані без ослаблення сигналу.

До речі, нейрони з короткими аксонами, очевидно, який завжди генерують нервові імпульси. Ця обставина, якщо вона буде твердо встановлена, може мати далекосяжні наслідки. Якщо клітини з короткими аксонами здатні змінювати рівень активності, не генеруючи потенціали дії, то дослідники, які намагаються за електричними розрядами оцінити роль окремих нейронів у певних видах поведінки, легко можуть випустити з уваги багато важливих функцій клітин, що «мовчать».

Синаптичні медіатори

З деякими застереженнями синапс можна порівняти з перехрестями на провідних шляхах мозку. У синапсах сигнали передаються тільки в одному напрямку - з кінцевої гілочки пресинаптичного нейрона, що їх посилає, на найближчу ділянку постсинаптичного нейрона. Однак швидка електрична передача, яка так добре діє в аксоні, в синапсі не працює. Не вдаючись у біологічні причини, ми можемо просто констатувати, що хімічний зв'язок у синапсах забезпечує більш тонку регуляцію властивостей мембрани постсинаптичної клітини.

При спілкуванні один з одним люди передають основний зміст свого мовлення словами. Щоб зробити більш тонкі акценти або підкреслити додаткове значення слів, вони користуються тембром голосу, мімікою, жестами. При комунікації нервових клітин основні одиниці інформації передаються специфічними хімічними посередниками. синаптичними медіаторами(Певний нейрон використовує той самий медіатор у всіх своїх синапсах). Якщо продовжити нашу аналогію з вербальним і невербальним способом спілкування, можна сказати, що одні хімічні посередники передають «факти», інші - додаткові смислові відтінки чи акценти.

Мал. 31. Протилежну дію збудливого (ліворуч) та гальмівного (праворуч) медіаторів можна пояснити тим, що вони впливають на різні іонні канали.

Взагалі кажучи, існують два види синапсів. збуджуючіі гальмівні(Рис. 31). У першому випадку одна клітина наказує іншою переходити до активності, а в другому, навпаки, ускладнює активацію клітини, якій передається сигнал. Під дією постійних гальмівних команд деякі нервові клітини зберігають мовчання доти, доки збуджуючі сигнали не змусять їх активуватися. Наприклад, нервові клітини спинного мозку, які наказують вашим м'язам діяти, коли ви ходите або танцюєте, зазвичай «мовчать», поки не отримають збудливих імпульсів від клітин моторної кори. Під дією спонтанних збудливих команд інші нервові клітини переходять до активності, не чекаючи на усвідомлені сигнали; наприклад, нейрони, що керують рухами грудної клітини та діафрагми при диханні, підпорядковуються клітинам вищого рівня, які реагують тільки на концентрацію ПРО 2 та СО 2 у крові.

Зважаючи на те, що сьогодні відомо науці, міжнейронні взаємодії, що відбуваються в мозку, можна в основному пояснити, виходячи з збуджувальних та гальмівних синаптичних впливів. Однак існують і більш складні модифікуючі впливи, які мають велике значення, оскільки вони посилюють або зменшують інтенсивність реакції у відповідь нейрона на вхідні сигнали від різних інших нейронів.

Розглянемо модифікуючі медіаторні сигнали, уявивши, що вони носять умовнийхарактер. Під терміном «умовний» мається на увазі, що клітини реагують ними лише за певних умов, тобто. тоді, коли ці сигнали діють у поєднанні з іншими збуджуючими або гальмівними сигналами, що надходять іншими шляхами. Музиканти, наприклад, могли б вважати умовною дію педалей у фортепіано - у тому сенсі, що для досягнення якогось ефекту їхнє натискання має поєднуватися з іншою дією. Просто натискати на педалі, не вдаряючи по клавішах, безглуздо. Звучання ноти змінюється лише тоді, коли ми натискаємо одночасно і на педаль, і клавішу. Багато нейронних мереж, що виконують умовні функції, - це ті, медіатори яких відіграють важливу роль у лікуванні депресії, шизофренії та деяких інших психічних розладів (докладніше ці проблеми обговорюються в гл. 9).

На закінчення кілька слів про процеси, що лежать в основі різних змін, які проводять медіатори в клітинах, на які вони впливають. Ці зміни обумовлені іонними механізмами, пов'язаними з електричним та хімічним регулюванням властивостей мембрани. Збудливість нейрона змінюється тому, що медіатор змінює потік іонів, що переходять усередину клітини або з клітини назовні. Для того, щоб іони могли проходити через мембрану, в ній повинні бути отвори. Це не просто дірки, а спеціальні великі трубчасті білки, які називають «каналами». Деякі з цих каналів є специфічними для певного іона - натрію, калію або кальцію, наприклад; інші не такі вибіркові. Деякі канали можуть відкриватися за допомогою електричних команд (таких як деполяризація мембрани при потенціалі дії); інші відкриваються та закриваються під дією хімічних посередників.

Мал. 32. Схема адаптивних регуляторних процесів, використовуваних підтримки нормальної синаптичної передачі попри зміни, викликані різними препаратами, і навіть, можливо, захворюваннями. Регулюється кількість медіатора, що вивільняється або сприймається. Зліва – нормальний стан. У середині - через недостатній синтез або збереження медіатора постсинаптична клітина збільшує число рецепторів. Праворуч - при підвищеному викиді медіатора постсинаптична клітина зменшує чи ефективність рецепторів.

Вважають, що кожен хімічний посередник впливає на клітини за допомогою хімічно обумовлених змін в іонній проникності. Певні іони і молекули, використовувані тим чи іншим медіатором, стають тому хімічним еквівалентом сигналу, що передається.

Мінливість нейронних функцій

Як ми бачили, нейрон має успішно справлятися з певними завданнями, щоб функціонувати як частину специфічної нейронної мережі. Медіатор, який використовує, повинен передавати певну інформацію. У нейрона мають бути поверхневі рецептори, за допомогою яких він міг би пов'язувати медіатор у своїх вхідних синапсах. Він повинен мати необхідні запаси енергії для відкачування надлишкових іонів назад через мембрану. Нейрони з довгими аксонами, що гілкуються, повинні також транспортувати ферменти, медіатори та інші молекули з центральних ділянок цитоплазми, де відбувається їх синтез, у віддалені частини дендритів і аксонів, де ці молекули будуть потрібні. Як правило, швидкість, з якою нейрон виконує ці функції, залежить від маси його дендритної та аксонної систем та від загального рівня активності клітини.

Загальне вироблення енергії – метаболічна активність клітини – може змінюватися відповідно до вимог міжнейронних взаємодій (рис. 32). Нейрон може підвищувати свою здатність до синтезу та транспортування специфічних молекул у періоди посиленої діяльності. Так само при малому функціональному навантаженні нейрон може знизити рівень активності. Ця здатність до регуляції фундаментальних внутрішньоклітинних процесів дозволяє нейрону гнучко пристосовуватися до різних рівнів активності.

Генетична детермінація основних типів нейронних мереж

Для того, щоб мозок нормально функціонував, потоки нервових сигналів повинні знаходити належні маршрути серед клітин різних функціональних систем та міжрегіональних об'єднань. У розділі 1 ми отримали деякі елементарні відомості про складний процес побудови та розвитку мозку. Однак досі залишається загадкою, яким чином аксони та дендриту тієї чи іншої нервової клітини ростуть саме в тому напрямку, щоб створювалися специфічні зв'язки, необхідні для її функціонування. Тим часом той факт, що конкретні молекулярні механізми, що лежать в основі багатьох процесів онтогенезу, ще не розкриті, не повинен затуляти від нас іншого, ще більш разючого факту, що з покоління в покоління в мозку розвиваються тварин справдівстановлюються необхідні зв'язки. Дослідження в області порівняльної нейроанатомії свідчать, що за фундаментальним планом будови мозок дуже мало змінився в процесі еволюції. Нейрони спеціалізованого зорового рецепторного органу - сітківки - завжди з'єднуються з вторинними нейронами зорової, а чи не слуховий чи дотикової системи. У той же час первинні слухові нейрони зі спеціалізованого органу слуху – равлики – завжди йдуть до вторинних нейронів слухової системи, а не зорової чи нюхової. Така сама специфічність зв'язків характерна для будь-якої системи мозку.

Висока специфічність структури мозку має важливе значення. Загальний діапазон зв'язків для більшості нервових клітин, мабуть, зумовлений заздалегідь, причому ця зумовленість стосується тих клітинних властивостей, які вчені вважають генетично контрольованими. Набір генів, призначених для прояву в нервовій клітині, що розвивається, якимось ще до кінця не встановленим чином визначає як майбутній тип кожної нервової клітини, так і приналежність її до тієї чи іншої мережі. Концепція генетичної детермінованості придатна і до всіх інших особливостей даного нейрона - наприклад до медіатора, що використовується, до розмірів і формі клітини. Як внутрішньоклітинні процеси, і міжнейронні взаємодії визначаються генетичної спеціалізацією клітини.

Три генетично детерміновані типи нервових мереж

Щоб зробити концепцію генетичної детермінації нейронних мереж більш зрозумілою, давайте зменшимо їх кількість і уявімо, що наша нервова система складається лише з 9 клітин (див. рис. 33). Це абсурдне спрощення допоможе нам побачити мережі трьох основних типів, які зустрічаються всюди, - ієрархічні, локальні та дивергентні з одним входом. Хоча кількість елементів у мережах може бути різним, виділені три типи можуть бути основою для побудови надійної класифікаційної схеми.

Ієрархічні мережі. Найбільш поширений тип міжнейронних зв'язків можна побачити у головних сенсорних та рухових шляхах. У сенсорних системах ієрархічна організація має висхідний характер; до неї включаються різні клітинні рівні, якими інформація надходить у вищі центри - від первинних рецепторів до вторинних вставних нейронів, потім до третинних і т.д. Двигуни організовані за принципом низхідної ієрархії, де команди «спускаються» від нервової системи до м'язів: клітини, розташовані, фігурально кажучи, «нагорі», передають інформацію специфічним моторним клітинам спинного мозку, а ті в свою чергу - певним групам м'язових клітин.

Ієрархічні системи забезпечують дуже точну передачу інформації. В результаті конвергенції(від лат converge - сходитися до одного центру) - коли кілька нейронів одного рівня контактують з меншою кількістю нейронів наступного рівня, або дивергенції(від латів. divergo - відхиляюся, відходжу) - коли контакти встановлюються з великою кількістю клітин наступного рівня, інформація фільтрується і відбувається посилення сигналів. Але, подібно до будь-якого ланцюга, ієрархічна система не може бути сильнішою за свою найслабшу ланку. Будь-яка інактивація (від лат. in - приставка, що означає заперечення) будь-якого рівня, викликана пораненням, захворюванням, інсультом або пухлиною, може вивести з ладу всю систему. Конвергенція і дивергенція, однак, залишають ланцюгам деякий шанс вціліти навіть при їх серйозному пошкодженні. Якщо нейрони одного рівня будуть частково знищені, клітини, що збереглися, зможуть все-таки підтримувати функціонування мережі.

Мал. 33. Нервова мережа із 9 клітин (схема). По периметру - нейрони з'єднані один з одним в ієрархічний ланцюг, типовий для мереж сенсорної та рухової систем. У центрі - дивергентна мережа з одним входом (клітини 5, 7, 8, 9), типова для моноамінергічних систем, в яких один нейрон з'єднується з великою кількістю мішеней. Ліворуч - нейрон локальної мережі (6), що встановлює зв'язки головним чином з клітинами зі свого найближчого оточення.

Ієрархічні системи існують, звісно, ​​у сенсорних чи рухових шляхах. Той самий тип зв'язків уражає всіх мереж, виконують якусь специфічну функцію, тобто. для систем, які ми назвали «альянсами» (гл. 1) і докладніше розглянемо у наступних розділах.

Локальні мережі.Ми вже говорили про нейрони з короткими аксонами. Якщо у клітини короткий аксон, настільки короткий, що хвиль електричної активності, можна сказати, нікуди поширюватися, очевидно, що завдання та сфера впливу такого нейрона мають бути дуже обмеженими. Нейрони локальних мереж діють як фільтри, утримуючи потік інформації не більше одного ієрархічного рівня. Вони, мабуть, широко поширені у всіх мозкових мережах.

Локальні мережі можуть надавати на нейрони-мішені збуджуючу або гальмуючу дію. Поєднання цих особливостей з дивергентним чи ковергентним типом передачі на даному ієрархічному рівні може ще більше розширювати, звужувати чи знову фокусувати потік інформації.

Дивергентні мережі із одним входом.У деяких нервових мережах є скупчення або шари нейронів, у яких один нейрон утворює вихідні зв'язки з дуже великою кількістю інших клітин (у таких мережах дивергенція доведена до крайніх меж). Вивчення мереж такого типу розпочато лише нещодавно, і єдині місця, де вони зустрічаються (наскільки нам зараз відомо), – це деякі частини середнього мозку та стовбура мозку. Переваги подібної системи в тому, що вона може впливати на безліч нейронів одночасно і іноді здійснювати зв'язок з усіма ієрархічними рівнями, нерідко виходячи за межі специфічних сенсорних, рухових та інших функціональних альянсів.

Оскільки сфера впливу таких мереж не обмежена будь-якою системою з певними функціями, дивергуючі шляхи цих мереж іноді називають неспецифічними. Однак через те, що такі мережі можуть впливати на різні рівні і функції, вони відіграють велику роль в інтеграції багатьох видів діяльності нервової системи (див. гл. 4). Іншими словами, такі системи виступають у ролі організаторів та режисерів масових заходах, які керують узгодженими діями великих груп людей. Крім того, медіатори, що використовуються в дивергентних системах з одним входом, - це медіатори з «умовною» дією: їхній ефект залежить від умови, в яких він здійснюється. Подібні дії дуже важливі і для інтегративних механізмів (лат. integratio – відновлення, поповнення, від integer – цілий). Однак дивергентні мережі такого типу становлять лише невелику частину всіх нервових мереж.

Мінливість генетично детермінованих типів мереж

Хоча загальна картина зв'язків специфічних функціональних мереж напрочуд подібна у всіх, представників одного виду, досвід кожної окремої особи може впливати на міжнейронні зв'язки, викликаючи в них індивідуальні зміни і коригуючи їх функцію.

Уявімо, наприклад, що в мозку більшості щурів кожен нейрон 3-го рівня в зоровій системі з'єднаний приблизно з 50 клітинами-мішенями 4-го рівня - порівняно невелика дивергенція в системі, що характеризується в іншому чіткою ієрархією. Тепер подивимося, що станеться, якщо щур виросте у повній темряві? Дефіцит вхідної інформації призведе до перебудови зорової ієрархії, тому кожен нейрон 3-го рівня контактуватиме лише з 5 або 10 нейронами 4-го рівня замість звичайних 50. Однак, якщо ми розглянемо нейрони 4-го рівня в мікроскоп, ми переконаємося, що у них не бракує вхідних синапсів. Хоча зорові нейрони 3-го рівня через невелику кількість зв'язків передають інформацію на 4-й рівень в обмеженому обсязі, її дефіцит поповнюється за рахунок інших працюючих сенсорних систем. У нашого щура в доступному синаптичному просторі 4-го рівня відбувається процес розширеної переробки слухової та нюхової інформації.

Розглянемо інший випадок, де той самий ефект проявляється менш різко. За деякими даними, інтенсивність міжнейронної передачі сигналів може впливати на рівень розвитку синаптичних контактів між рівнями. Низка вчених дотримується думки, що деякі форми пам'яті обумовлені змінами ефективності таких контактів. Ці зміни можуть бути пов'язані як з мікроструктурою (збільшення або зменшення числа синапсів між клітиною А і клітиною Б), так і з дією медіаторів, що беруть участь у передачі сигналів (зміна кількостей медіатора, що синтезуються та вивільняються однією клітиною, або ступеня реактивності іншої клітини) ( див. вище рис.32). Це тонке регулювання локальних синаптичних функцій дуже важливе при деяких захворюваннях мозку, про природу яких нам мало відомо (див. гл. 9). Найменші зміни, що відбуваються на рівні синаптичної активності, могли б дійсно викликати аномалії поведінки, але ці зміни настільки малі, що важко встановити, яка їхня роль насправді.

Нервові клітини не є унікальними у своїй здатності до функціональних змін. У багатьох інших тканинах клітини можуть змінюватися, пристосовуючись до навантаження. Якщо ми візьмемо невелику пробу тканини з чотириголового м'яза стегна у початківця важкоатлета, а потім у нього після декількох місяців посиленого тренування, то побачимо, що кожне м'язове волокно містить тепер скоротиті фібрили трохи більшого розміру і кількість цих фібрил збільшилася. Старі клітини вашої шкіри, що злущуються, і ті, що вистилають шлунково-кишковий тракт, щодня замінюються новими; ці клітини, однак, мають здатність, якої немає у нейронів - вони можуть ділитися. Нейрони генетично запрограмовані на синтез специфічних молекул, за допомогою яких працюють синапси, а також на утворення специфічних зв'язків, але не здатні до поділу. Уявіть, що було б, якби нервові клітини почали ділитись після утворення синаптичних зв'язків. Як змогла б при цьому клітина розподілити свої вхідні та вихідні сигнали, щоб зберегти колишні зв'язки?

Хоча нейрони і не можуть ділитися, вони мають більшу в порівнянні з іншими клітинами здатність до адаптивної перебудови. Як показали експерименти, в яких видаляли невелику ділянку мозку, а потім протягом кількох тижнів спостерігали за реакцією частин, що залишилися, деякі нервові клітини дійсно можуть регулювати ступінь свого зв'язку з мішенями. Як правило, при пошкодженні деяких синапсів одного нейрона інші непошкоджені нейрони можуть заповнити втрачені ланки ланцюга шляхом деякого прискорення нормального процесу заміни синапсів. Якщо дві нервові клітини мають «спілкуватися» інтенсивніше, кількість зв'язків між ними може зростати за рахунок додавання нових синапсів при одночасному збереженні старих.

Очевидно, статичність макроскопічного будови нервової системи заступила від нас факт постійного зростання та відмирання зв'язків. Існує навіть думка, що нейрони в нормальному стані постійно утворюють нові зв'язки зі своїми мішенями. Щойно нові синапси сформувалися, старі руйнуються. Таке заміщення, ймовірно, може компенсувати зношування зв'язків внаслідок їх тривалої та безперервної роботи.

Хоча випробуване часом уявлення про те, що наш мозок не може регенерувати втрачені клітини, залишається, як і раніше, справедливим, дослідження останніх років наводять на думку, що здорові нейрони мають значну структурну пластичність. Цей динамічніший погляд на мінливість мозку відкриває широке поле для досліджень; але перш ніж ми почнемо розуміти, як можуть змінюватися синаптичні зв'язки, нам доведеться ще багато чого дізнатися.