Нейрони головного мозку – народження та життя. Мозок, спілкування нейронів та енергетична ефективність Зв'язок нервових клітин

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.

Рис. 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).

Рис. 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.

Рис. 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.

Рис. 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.

Рис. 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.

Рис. 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.

З книги Основи психофізіології автора Олександров Юрій

2.7. Нейрони сітківки Фоторецептори сітківки синаптично пов'язані з біполярними нервовими клітинами (див. рис. 4.2). При дії світла зменшується виділення медіатора із фоторецептора, що гіперполяризує мембрану біполярної клітини. Від неї нервовий сигнал передається на

З книги Мозок розповідає [Що робить нас людьми] автора Рамачандран Вілейанур С.

3.4. Модулюючі нейрони У нервовій системі виділено особливу групу клітин – модулюючих нейронів, які самі викликають реакції, але регулюють активність інших нейронів. Вони утворюють контакти з іншими нейронами типу синапс на синапсі. Модулюючі нейрони

З книги Еволюція людини. Книга 2. Мавпи, нейрони та душа автора Марков Олександр Володимирович

Розділ 4 НЕЙРОНИ, ЯКІ ВИЗНАЧИЛИ ЦИВІЛІЗАЦІЮ Навіть коли ми одні, як часто з болем і задоволенням думаємо ми про те, що інші думають про нас, про їх уявне схвалення або засудження; все це випливає із здатності до співпереживання, основного елемента соціальних

З книги Коннект. Як мозок робить нас тим, що ми є автора Сеунг Себастьян

Нейрони змагаються за право запам'ятовувати Часто буває так, що ті самі важливі сигнали, що підлягають запам'ятовуванню, приймаються одночасно дуже багатьма нейронами. Чи потрібно їм усім брати участь у запам'ятовуванні? На перший погляд, здається, що це не надто раціонально. Адже

З книги автора

Глава 4 Навколо одні нейрони Нервові імпульси і розвиток нейротрансмітерів - ось і все. Що ж, наша свідомість виражається лише цими фізичними процесами, що йдуть у нас у черепній коробці? Нейробіологи не мають сумнівів, що так і є. Але більшість людей,

З книги автора

Розділ 4. Навколо одні нейрони ... дозволяє йому робити і наукові спостереження ... Quiroga et al., 2005. Навіть фото Джулії Робертс ... Експеримент Фріда вражає, тому що був виконаний на людях. Результати вражають менше, якщо ви знайомі з роботами його попередників, які

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.

Кожна структура в організмі людини складається із специфічних тканин, властивих органу чи системі. У нервовій тканині нейрон (нейроцит, нерв, неврон, нервове волокно). Що таке нейрони головного мозку? Це структурно-функціональна одиниця нервової тканини, що входить до складу головного мозку. Крім анатомічного визначення нейрона, існує також функціональне – це клітина, що збуджується електричними імпульсами, здатна до обробки, зберігання та передачі на інші нейрони інформації за допомогою хімічних та електричних сигналів.

Будова нервової клітини не така складна, в порівнянні зі специфічними клітинами інших тканин, також вона визначає її функцію. Нейроцитскладається з тіла (інша назва – сома), та відростків – аксон та дендрит. Кожен елемент неврону виконує свою функцію. Сома оточена шаром жирної тканини, що пропускає лише жиророзчинні речовини. Усередині тіла розташовується ядро та інші органели: рибосоми, ендоплазматична мережа та інші.

Крім власне нейронів, у головному мозку переважають такі клітини, а саме: гліальніклітини. Їх часто називають мозковим клеєм за їхню функцію: глія виконує допоміжну функцію для нейронів, забезпечуючи оточення для них. Гліальна тканина надає можливість нервової тканини регенерації, живлення та допомагає при створенні нервового імпульсу.

Кількість нейронів у головному мозку завжди цікавило дослідників у галузі нейрофізіології. Так, чисельність нервових клітин варіювалася від 14 мільярдів до 100. Останніми дослідженнями бразильських фахівців з'ясувалося, що кількість нейронів становить у середньому 86 мільярдів клітин.

Відростки

Інструментом у руках нейрона є відростки, завдяки яким нейрон здатний виконувати свою функцію передавача та зберігача інформації. Саме відростки формують широку нервову мережу, що дозволяє людській психіці розкриватися у всій її красі. Існує міф, ніби розумові здібності людини залежать від кількості нейронів або від ваги головного мозку, але це не так: геніями стають ті люди, у яких поля та підполя мозку сильно розвинені (більше в кілька разів). За рахунок цього поля, що відповідають за певні функції, зможуть виконувати ці функції більш креативно і швидше.

Аксон

Аксон - це довгий відросток нейрона, що передає нервові імпульси від соми нерва до інших таких клітин або органів, що іннервується певною ділянкою нервового стовпа. Природа наділила хребетних тварин бонусом – мієліновим волокном, у структурі якого знаходяться шваннівські клітини, між якими розташовуються невеликі порожні ділянки – перехоплення Ранв'є. По них, як по драбинці, нервові імпульси перескакують від однієї ділянки до іншої. Така структура дозволяє у рази прискорити передачу інформації (приблизно до 100 метрів за секунду). Швидкість пересування електричного імпульсу по волокну, що не має мієлін, становить в середньому 2-3 метри в секунду.

Дендрити

Інший вид відростків нервової клітини – дендрити. На відміну від довгого та цілісного аксона, дендрит є короткою та розгалуженою структурою. Цей відросток не бере участі у передачі, лише у її отриманні. Так, до тіла нейрона збудження надходить за допомогою коротких гілок дендритів. Складність інформації, яку дендрит здатний отримає, визначається його синапсами (специфічні нервові рецептори), саме його діаметром поверхні. Дендрити, завдяки величезній кількості своїх шипиків, здатні встановлювати сотні тисяч контактів з іншими клітинами.

Метаболізм у нейроні

Відмінною особливістю нервових клітин є обмін речовин. Метаболізм у нейроциті виділяється своєю високою швидкістю та переважанням аеробних (заснованих на кисні) процесів. Така риса клітини пояснюється тим, робота головного мозку надзвичайно енергоємна, і його потреба в кисні велика. Незважаючи на те, що вага мозку становить лише 2% від ваги всього тіла, його споживання кисню становить приблизно 46 мл/хв, а це – 25% загального споживання організму.

Головним джерелом енергії для тканини мозку, крім кисню, є глюкозаде вона проходить складні біохімічні перетворення. Зрештою з цукрових сполук вивільняється велика кількість енергії. Отже, питанням у тому, як поліпшити нейронні зв'язку мозку, можна відповісти: вживати продукти, містять сполуки глюкози.

Функції нейрона

Незважаючи на відносно не складну будову, нейрон має безліч функцій, головні з яких такі:

сприйняття подразнення;
обробка стимулу;
передача імпульсу;
формування реакції у відповідь.

Функціонально нейрони поділяються на три групи:

Аферентні(чутливі чи сенсорні). Нейрони цієї групи сприймають, переробляють та відправляють електричні імпульси до центральної нервової системи. Такі клітини анатомічно розташовуються поза ЦНС, а в спинномозкових нейронних скупченнях (гангліях), або таких же скупченнях черепно-мозкових нервів.

Посередники(також ці нейрони, які не виходять за межі спинного та головного мозку, називаються вставковими). Призначення цих клітин полягає у забезпеченні контакту між нейроцитами. Вони розташовані у всіх шарах нервової системи.

Еферентні(Рухові, моторні). Ця категорія нервових клітин відповідає за передачу хімічних імпульсів до іннервованих органів-виконавців, забезпечуючи їхню працездатність і задаючи їх функціональний стан.

Крім цього в нервовій системі функціонально виділяють ще одну групу - нерви, що гальмують (відповідають за гальмування збудження клітин). Такі клітини протидіють поширенню електричного потенціалу.

Класифікація нейронів

Нервові клітини різноманітні як такі, тому нейрони можна класифікувати, відштовхуючись від різних параметрів і атрибутів, а саме:

Форма тіла. У різних відділах мозку розташовуються нейроцити різної форми соми:
- зірчасті;
- веретеноподібні;
- пірамідні (клітини Беца).
За кількістю відростків:
- уніполярні: мають один відросток;
- біполярні: на тілі розташовуються два відростки;
- мультиполярні: на сомі подібних клітин розташовуються три або більше відростків.
Контактні особливості поверхні нейрона:
- аксо-соматичний. У такому разі аксон контактує із сомою сусідньої клітини нервової тканини;
- аксо-дендритичний. Даний тип контакту передбачає з'єднання аксона та дендриту;
- Аксо-аксональний. Аксон одного нейрона має зв'язок з аксоном інший нервової клітини.

Види нейронів

Для того щоб здійснювати усвідомлені рухи необхідно, щоб імпульс, що утворився в рухових звивинах мозку зміг досягти необхідних м'язів. Таким чином, виділяють такі види нейронів: центральний мотонейрон та такий периферичний.

Перший вид нервових клітин бере свій початок у передній центральній звивині, розташованої спереду від найбільшої борозни мозку -, а саме від пірамідних клітин Беца. Далі аксони центрального нейрона заглиблюються в півкулі та проходять крізь внутрішню капсулу мозку.

Периферичні рухові нейроцити утворені руховими нейронами передніх рогів спинного мозку. Їхні аксони досягають різних утворень, таких як сплетення, спинномозкові нервові скупчення, і, головне – м'язів-виконавців.

Розвиток та зростання нейронів

Нервова клітка бере свій початок від клітки-попередниці. Розвиваючись, перші починають відростати аксони, дендрити дозрівають дещо пізніше. Наприкінці еволюції відростка нейроцита у соми клітини утворюється невелике ущільнення неправильної форми. Така освіта називається конусом зростання. У ньому містяться мітохондрії, нейрофіламенти та трубочки. Поступово дозрівають рецепторні системи клітини та розширюються синаптичні ділянки нейроциту.

Провідні шляхи

Нервова система має сфери впливу по всьому організму. За допомогою провідних волокон здійснюється нервове регулювання систем, органів і тканин. Мозок, завдяки широкій системі провідних шляхів, повністю контролює анатомічний та функціональний стан будь-якої структури організму. Нирки, печінка, шлунок, м'язи та інші – все це перевіряє головний мозок, ретельно та ретельно координуючи та регулюючи кожен міліметр тканини. А у разі збою – коригує та підбирає відповідну модель поведінки. Таким чином, завдяки провідним шляхам організм людини відрізняється автономністю, саморегуляцією та адаптивністю до зовнішнього середовища.

Провідні шляхи головного мозку

Провідний шлях – це скупчення нервових клітин, функція яких полягає в обміні між різними ділянками тіла.

Асоціативні нервові волокна. Ці клітини з'єднують між собою різні нервові центри, що розташовуються в одній півкулі.
Комісуріальні волокна. Ця група відповідає за обмін інформацією між аналогічними центрами головного мозку.
Проекційні нервові волокна. Ця категорія волокон зчленовує головний мозок зі спинним.
Екстероцептивні шляхи. Вони несуть електричні імпульси від шкіри та інших органів чуття до спинного мозку.
Пропріоцептивні. Така група шляхів проводять сигнали від сухожиль, м'язів, зв'язок та суглобів.
Інтероцептивні провідні шляхи. Волокна цього тракту беруть початок із внутрішніх органів, судин та кишкових брижок.

Взаємодія з нейромедіаторами

Нейрони різного місцезнаходження спілкуються між собою електричними імпульсами хімічної природи. Так що ж лежить в основі їхньої освіти? Існують так звані нейромедіатори (нейротрансмітери) – складні хімічні сполуки. На поверхні аксона розташовується нервовий синапс – контактна поверхня. З одного боку знаходиться пресинаптична щілина, а з іншого – постсинаптична. Між ними є щілина – це і є синапс. На пресинаптичній частині рецептора розташовуються мішечки (везикули), що містять певну кількість нейромедіаторів (квант).

Коли імпульс підходить до першої частини синапсу, ініціюється складний біохімічний каскадний механізм, в результаті якого розкриваються мішечки з медіаторами, і кванти речовин-посередників плавно витікають у щілину. На цьому етапі імпульс зникає, і з'являється знову тільки тоді, коли нейромедіатор досягають постсинаптичної щілини. Тоді знову активуються біохімічні процеси з відкриттями воріт для медіаторів і ті, діючи на дрібні рецептори, перетворюються на електричний імпульс, що йде далі в глибини нервових волокон.

Тим часом виділяють різні групи цих нейромедіаторів, а саме:

Гальмівні нейромедіатори – група речовин, які здійснюють гальмівну дію на збудження. До них відносять:
- гамма-аміномасляну кислоту (ГАМК);
- гліцин.
Збудливі медіатори:
- ацетилхолін;
- дофамін;
- серотонін;
- норадреналіну;
- адреналіну.

Чи відновлюються нервові клітини

Довгий час вважалося, що нейрони не здатні до поділу. Однак таке твердження, згідно з сучасними дослідженнями, виявилося хибним: у деяких відділах мозку відбувається процес нейрогенезу попередників нейроцитів. Крім того, мозкова тканина має визначні здібності до нейропластичності. Відомо багато випадків, коли здорова ділянка мозку бере на себе функцію пошкодженого.

Багато фахівців у галузі нейрофізіології ставили питання про те, як відновити нейрони головного мозку. Новими дослідженнями американських учених з'ясувалося: для своєчасної і правильної регенерації нейроцитів не потрібно використовувати дорогі препарати. Для цього необхідно лише скласти правильний режим сну та правильно харчуватися з включенням до дієти вітамінів групи В та низькокалорійної їжі.

Якщо відбудеться порушення нейронних зв'язків мозку, ті здатні відновитися. Однак існують серйозні патології нервових зв'язків та шляхів, такі як хвороба рухового нейрона. Тоді необхідно звертатися до спеціалізованої клінічної допомоги, де лікарі-неврологи зможуть з'ясувати причину патології та скласти правильне лікування.

Люди, які раніше вживали або вживають алкоголь, часто ставлять питання про те, як відновити нейрони головного мозку після алкоголю. Фахівець відповів би, що для цього необхідно систематично працювати над своїм здоров'ям. До комплексу заходів входить збалансоване харчування, регулярне заняття спортом, розумова діяльність, прогулянки та подорожі. Доведено: нейронні зв'язки головного мозку розвиваються через вивчення та споглядання категорично нової для людини інформації.

В умовах перенасичення зайвої інформації, існування ринку фаст-фуду і способу життя, що сидить, мозок якісно піддається різним ушкодженням. Атеросклероз, тромботичні утворення на судинах, хронічні стреси, інфекції – все це – пряма дорога до засмічення мозку. Незважаючи на це, існують ліки, що відновлюють клітини головного мозку. Основна та популярна група – ноотропи. Препарати даної категорії стимулюють обмін речовин у нейроцитах, збільшують стійкість до кисневої недостатності та позитивно впливають на різні психічні процеси (пам'ять, увага, мислення). Крім ноотропів, фармацевтичний ринок пропонує препарати, що містять нікотинову кислоту, що зміцнюють стінки судин, засоби та інші. Слід пам'ятати, що відновлення нейронних зв'язків мозку при прийомі різних препаратів є тривалим процесом.

Вплив алкоголю на головний мозок

Алкоголь негативно впливає на всі органи та системи, а особливо – на головний мозок. Етиловий спирт легко проникає крізь захисні бар'єри мозку. Метаболіт алкоголю – ацетальдегід – серйозна загроза для нейронів: алькогольдегідрогеназа (фермент, що обробляє алкоголь у печінці) у процесі переробки організмом тягне на себе більшу кількість рідини, включаючи воду з мозку. Таким чином, алкогольні сполуки просто сушать мозок, витягаючи з нього воду, внаслідок чого структури мозку атрофуються і відбувається відмирання клітин. У разі одноразового вживання алкоголю такі процеси є оборотними, чого не можна стверджувати про хронічний прийом спиртного, коли, крім органічних змін, формуються стійкі патохарактерологічні риси алкоголіка. Більш детальну інформацію про те, як відбувається «Вплив алкоголю на мозок».

Людський мозок – це центральна частина нервової системи. Тут здійснюється управління усіма процесами, що відбуваються в організмі, на основі інформації, що надходить від зовнішнього світу.

Нейрони головного мозку – це структурні функціональні одиниці нервової тканини, які забезпечують здатність живих організмів пристосовуватися до змін довкілля. Людський мозок складається з нейронів.

Функції нейронів головного мозку:

передача інформації про зміни довкілля;
запам'ятовування інформації на тривалий термін;
створення образу зовнішнього світу з урахуванням отриманих відомостей;
організація раціонального поведінки людини.

Всі ці завдання підпорядковані одній меті – забезпеченню живого організму успіху у боротьбі існування.

У цій статті будуть розглянуті такі особливості нейронів:

будова;
взаємозв'язок між собою;
види;
розвиток у різні періоди життя.

У лівій півкулі мозку міститься на 200 000 000 нейронів більше, ніж у правому.

Будова нервової клітини

Нейрони в мозку мають неправильну форму, вони можуть бути схожі на листок або квітку, мати різні борозени і звивини. Кольорова палітра також різноманітна. Вчені вважають, що існує взаємозв'язок між кольором та формою клітини та її призначенням.

Наприклад, рецептивні поля клітин проекційної області зорової кори мають витягнуту форму, це допомагає їм вибірково реагувати на окремі фрагменти ліній з різною орієнтацією у просторі.

Кожна клітина має тіло та відростки. У мозковій тканині прийнято виділяти сіру та білу речовину. Тіла нейронів разом з гліальними клітинами, що забезпечують захист, ізоляцію та збереження структури нервової тканини, становлять сіру речовину. Відростки, організовані в пучки відповідно до функціонального призначення, – це біла речовина.

Співвідношення нейронів та глії у людини дорівнює 1:10.

Види відростків:

аксони – мають подовжений вигляд, на кінці розгалужуються на терміналі – нервові закінчення, які необхідні передачі імпульсу до інших клітин;
дендрити – більш короткі, ніж аксони, також мають розгалужену структуру; них нейрон отримує інформацію.

Завдяки такій будові нейрони в головному мозку «спілкуються» між собою та поєднуються в нейронні мережі, які й утворюють мозкову тканину. І дендрити, і аксони постійно зростають. Ця пластичність нервової системи є основою розвитку інтелекту.

Нерв – це скупчення численних аксонів, що належать різним нервовим клітинам.

Синаптичні зв'язки

В основі формування нейронних мереж лежить електричне збудження, що складається з двох процесів:

запуск електричного збудження енергії зовнішніх впливів – відбувається з допомогою особливої чутливості мембран, розташованих дендритах;
запуск клітинної активності на підставі отриманого сигналу та вплив на інші структурні одиниці нервової системи.

Швидкодія нейронів обчислюється кількома мілісекундами.

Нейрони пов'язані між собою у вигляді спеціальних структур – синапсів. Вони складаються з пресинаптичної та постсинаптичної мембран, між якими знаходиться синаптична щілина, заповнена рідиною.

За характером дії синапси можуть бути збуджуючими та гальмівними. Передача сигналів може бути хімічною та електричною.

У першому випадку на пресинаптичній мембрані синтезуються нейромедіатори, які надходять на рецептори постсинаптичної мембрани іншої клітини із спеціальних бульбашок – везикул. Після їхнього впливу в сусідній нейрон можуть масово надходити іони певного виду. Це відбувається через калійні та натрієві канали. У звичайному стані вони закриті, всередині клітини є негативно заряджені іони, а зовні – позитивно. Отже, на оболонці утворюється різниця напруги. Це потенціал спокою. Після влучення позитивно заряджених іонів усередину виникає потенціал дії – нервовий імпульс.

Баланс клітини відновлюється за допомогою спеціалізованих білків – калієво-натрієвих насосів.

Властивості хімічних синапсів:

збудження здійснюється лише в одному напрямку;
наявність затримки від 0,5 до 2 мс при передачі сигналу, пов'язаної з тривалістю процесів виділення медіатора, його передачі, взаємодії з рецептором та утворення потенціалу дії;
може виникати втома, спричинена виснаженням запасу медіатора або появою стійкої деполяризації мембрани;
висока чутливість до отрути, лікарських препаратів та інших біологічно активних речовин.

Нині відомо понад 100 нейромедіаторів. Приклади цих речовин – дофамін, норадреналін, ацетилхолін.

Для електричної передачі характерна вузька синаптична щілина та знижений опір між мембранами. У такому разі потенціал, створений на пресинаптичній мембрані, викликає поширення збудження на постсинаптичній мембрані.

Властивості електричних синапсів:

швидкість передачі інформації вища, ніж у хімічних синапсах;
можлива як одностороння, і двостороння передача сигналу (у зворотний бік).

Також існують змішані синапси, у яких збудження може передаватися як з допомогою нейромедіаторів, і з допомогою електричних імпульсів.

Пам'ять включає зберігання та відтворення отриманої інформації. Через війну навчання залишаються звані сліди пам'яті, які набори утворюють энграммы – «записи». Нейронний механізм полягає в наступному: ланцюгом багато разів проходять певні імпульси, формуються структурні та біохімічні зміни в синапсах. Цей процес називається консолідацією. Багаторазове використання тих самих контактів створює специфічні білки – і є сліди пам'яті.

Особливості розвитку мозкової тканини

Структури мозку продовжують формуватись до 3 років. Маса мозку подвоюється до кінця першого року життя дитини.

Зрілість нервової тканини визначається ступенем розвитку двох процесів:

мієлінізація - утворення ізолюючих оболонок;
синаптогенез – формування синаптичних зв'язків.

Мієлінізація починається на 4 місяці внутрішньоутробного життя з еволюційно більш «старих» структур мозку, які відповідають за сенсорні та моторні функції. У системах, що контролюють скелетну мускулатуру, - незадовго до появи на світ немовляти, і активно продовжується протягом першого року життя. А в областях, пов'язаних із вищими психічними функціями, такими як навчання, мова, мислення, мієлінізація починається лише після народження.

Саме тому в цей період особливо небезпечні інфекції та віруси, що надають шкідливий вплив на мозок. Це можна порівняти з автомобільною аварією: зіткнення на маленькій швидкості принесе меншу шкоду, ніж на велику. Так і тут – втручання в активний процес дозрівання може завдати величезної шкоди та призвести до сумних наслідків – ДЦП, олігофренії чи затримки психічного розвитку.

Стабілізація психофізіологічних показників індивіда відбувається у 20 – 25 років.

Процес розвитку окремої нервової клітини починається з утворення, що має специфічну електричну активність. Його відростки, витягуючись, проникають у навколишні тканини та встановлюють синаптичні контакти. Таким чином відбувається іннервація (управління) усіма органами та системами організму. Цей процес контролюється більш ніж половиною генів людини.

Клітини об'єднуються у спеціальні пов'язані структури – нейромережі, які виконують конкретні функції.

Одне з наукових припущень свідчить, що ієрархія структури нейронів у мозку нагадує пристрій Всесвіту.

Розвиток нейронів, їх спеціалізація, продовжується протягом усього життя людини. У дорослого та немовляти кількість нейронів приблизно збігається, але довжина відростків та їх кількість відрізняється у багато разів. Це пов'язано з навчанням та формуванням нових зв'язків.

Тривалість існування нервових клітин та їх господаря найчастіше збігається.

Види нервових клітин

Кожен елемент у нейронній системі мозку виконує певну функцію. Розглянемо, внаслідок чого відповідають певні види нейронів.

Рецептори

Більшість рецепторних нейронів перебуває у , їх функція – передавати сигнал від рецепторів органів чуття в центральну нервову систему.

Командні нейрони

Тут сходяться шляхи від клітин-детекторів, короткочасної та довготривалої пам'яті та здійснюється прийняття рішення у відповідь на вхідний сигнал. Далі надходить команда до премоторних зон, і формується реакція.

Ефектори

Вони транслюють сигнал до органів та тканин. Ці нейрони мають довгі аксони. Мотонейрони – це ефекторні клітини, аксони яких утворюють нервові волокна, які ведуть м'язів. Ефективні нейрони, що регулюють діяльність вегетативної нервової системи (до неї відносяться обмін речовин, управління внутрішніми органами, дихання, серцебиття – все, що відбувається без свідомого контролю), знаходяться за межами головного мозку.

Проміжні

Ще їх називають контактними або вставковими – ці клітини є сполучною ланкою між рецепторами та ефекторами.

Дзеркальні нейрони

Дані нейрони виявлені у різних ділянках центральної нервової системи. Вважається, що еволюційно вони з'явилися для того, щоб дитинчата краще і швидше влаштовувалися в навколишньому світі.

Клітини знайшли в результаті досвіду з мавпами. Тварина діставала їжу з годівниці спеціальними інструментами. Коли вчений робив те саме, було виявлено, що у піддослідної особини активуються певні ділянки кори, начебто це робила вона сама.

На роботі дзеркальних нейронів базуються емпатія, соціальні навички, навчання, повторення, імітація. Здатність прогнозувати теж належить до цих клітин.

Вчені встановили: чітко представляти і робити – майже одне й те саме. Такий метод психотерапії, як візуалізація, побудований на цьому постулаті.

Дзеркальний нейрони - основа передачі культурного пласта від покоління до покоління та його нарощування. Наприклад, навчаючись живопису, ми спочатку повторюємо вже існуючі способи, тобто імітуємо. А потім на основі цього досвіду створюються оригінальні роботи.

Нейрони новизни та тотожності

Нейрони новизни вперше було виявлено для дослідження жаб, згодом було знайдено і в людини. Ці клітини перестають відповідати на стимул, що повторюється. Зміна сигналу, навпаки, провокує їх активацію.

Клітини тотожності визначають сигнал, що повторюється, що дозволяє видати раніше використовувану реакцію, іноді навіть випереджаючи стимул - екстраполярна відповідь.

Їхня спільна дія підкреслює новизну, послаблює вплив звичних стимулів і оптимізує час формування поведінки у відповідь.

Захворювання, пов'язані з дефектами нервової тканини

В основі багатьох розладів здоров'я людини можуть бути різні порушення нейронних зв'язків головного мозку.

Аутизм

Вчені вважають, що аутизм пов'язані з нерозвиненістю чи дисфункцією дзеркальних нейронів. Малюк, дивлячись на дорослого, не може зрозуміти поведінку та емоції іншої людини та спрогнозувати її дії. Зароджується страх. Захисна реакція – замикання у собі.

Хвороба Паркінсона

Причина порушення рухових функції при цій недузі – ушкодження та загибель нейронів, які продукують дофамін.

Хвороба Альцгеймера

Однією з можливих причин є зниження виробництва нейромедіатора ацетилхоліну. Другий варіант – накопичення у нервовій тканині амілоїдних бляшок – патологічного білкового нальоту.

Шизофренія

Одна з теорій свідчить, що між клітинами мозку шизофреніка є порушення контактів. Дослідження показали, що такі люди неправильно працюють гени, відповідальні виділення нейромедіаторів в синапсах. Ще одна версія - зайве вироблення дофаміну. Третя теорія походження захворювання – зниження швидкості проходження нервових імпульсів унаслідок ушкодження мієлінових оболонок.

Нейродегеративні захворювання (пов'язані з загибеллю нейронів) дають себе знати тоді, коли більшість клітин загинула, тому лікування починається на пізніх стадіях. Людина виглядає здоровою, ознак хвороби немає, а небезпечний процес уже запущено. Це походить від того, що людський мозок дуже пластичний і має потужні компенсаторні механізми. Приклад: коли вмирають нейрони-виробники дофаміну при , клітини, що залишилися, продукують більшу кількість речовини. Також збільшується чутливість до нейромедіатора клітин, які приймають сигнал. Якийсь час ці процеси не дають виявлятись симптомам хвороби.

При недугах, спричинених аномаліями хромосом (синдром Дауна, синдром Вільямса) виявляються патологічні види нервових клітин.

Як зберегти нервові клітини здоровими

Збереження нейронів у здоровому стані – запорука щасливого життя та можливості вести активний спосіб життя у літньому віці. Наші рекомендації допоможуть вам у цьому.

Інтелектуальна діяльність упродовж життя сприяє збереженню працездатності до старості. Необхідно давати нервовим клітинам навантаження, створювати нові нейронні зв'язки та зміцнювати старі, тренувати мозок.
Харчуватись потрібно корисними продуктами, що містять жири, тому що оболонка нейронів складається, по суті, з жирів - ліпідів.
Пити більше рідини – мозок складається з води на 75%. З цієї причини не слід зловживати алкоголем, оскільки він зневоднює організм.
Щоб допомогти нейронам головного мозку прокинутися вранці, добре дати їм невелику розминку, наприклад, розгадати кросворд, згадати кілька слів іноземної мови, вирішити математичне завдання.
Дихати свіжим повітрям - 20% від кисню, що вдихається, споживає головний мозок.
Фізичні вправи покращують кровообіг у всьому організмі, а кров забезпечує мозок киснем.
Сон не менше 7-9 годин на добу. Коли ми спимо, отримана протягом дня інформація систематизується: всім відомо, що Менделєєв побачив періодичну систему хімічних елементів уві сні. Якщо людина відпочиває недостатньо, ресурси мозку виснажуватимуться.

Висновок

Пластичність нейронів мозку дозволяє як виконувати генетично задані програми, а й вибудовувати нові. За образом та подобою людської нервової системи ведуться роботи в галузі створення штучного інтелекту. Існує безліч наукових суперечок про етичність, можливості та небезпеки даних розробок. Нині дослідники розглядають нові концепції освіти нервових зв'язків, застосовуючи найскладніші математичні методи. Людський мозок досі таїть у собі безліч загадок, які ще належить розкрити вченим.

14 Грудня 2017

Нейрони – особлива група клітин організму, які розповсюджують інформацію з усього тілу. Використовуючи електричні та хімічні сигнали, вони допомагають мозку координувати всі життєво необхідні функції.

Якщо спростити, завдання нервової системи - зібрати сигнали, що надходять з навколишнього середовища або з організму, оцінити ситуацію, прийняти рішення, як на них відреагувати (наприклад, змінити частоту серцевих скорочень), а також подумати про те, що відбувається, і запам'ятати це. Основним інструментом для виконання цих завдань є нейрони, сплетені по всьому організму складною мережею.

За середніми оцінками, кількість нейронів у головному мозку становить 86 мільярдів, кожен із них пов'язаний ще з 1000 нейронів. Це створює неймовірну мережу взаємодії. Нейрон – головна одиниця нервової системи.

Нейрони (нервові клітини) становлять близько 10% мозку, решта – гліальні клітини та астроцити, функція яких полягає у підтримці та харчуванні нейронів.

Який вигляд має нейрон?

У будові нейрона можна виділити три частини:

· Тіло нейрона (сома) - отримує інформацію. Містить ядро клітини.

· Дендрити - короткі відростки, що приймають інформацію від інших нейронів.

· Аксон - довгий відросток, несе інформацію від тіла нейрона до інших клітин. Найчастіше аксон закінчується синапсом (контактом) із дендритами інших нейронів.

Дендрити та аксони називають нервовими волокнами.

Аксони сильно варіюють по довжині, від кількох міліметрів до метра і більше. Найдовшими є аксони спинномозкових гангліїв.

Типи нейронів

Класифікацію нейронів можна провести за декількома параметрами, наприклад, будовою або виконуваною функцією.

Типи нейронів залежно від функції:

· Еферентні (рухові) нейрони - несуть інформацію від центральної нервової системи (головного та спинного мозку) до клітин інших частин тіла.

· Аферентні (чутливі) нейрони - збирають інформацію від усього організму та несуть її в центральну нервову систему.

· Вставні нейрони - передають інформацію між нейронами, частіше в межах центральної нервової системи.

Як нейрони передають інформацію?

Нейрон, отримуючи інформацію з інших клітин, накопичує її до того часу, поки вона перевищить певний поріг. Після цього нейрон посилає аксоном електричний імпульс – потенціал дії.

Потенціал дії формується рухом електрично заряджених частинок через мембрану аксона.

У стані спокою електричний заряд усередині нейрона негативний щодо навколишньої міжклітинної рідини. Ця різниця називається мембранним потенціалом. Зазвичай він становить 70 мілівольт.

Коли тіло нейрона отримує достатньо заряду, і він «вистрілює», у сусідній ділянці аксона відбувається деполяризація – мембранний потенціал швидко зростає, а потім падає приблизно за 1/1000 секунд. Цей процес запускає деполяризацію сусідньої ділянки аксона і так далі, поки імпульс не пройде по всій довжині аксона. Після процесу деполяризації настає гіперполяризація - короткочасний стан відпочинку, у цей момент передача імпульсу неможлива.

Потенціал дії найчастіше генерують іони калію (К+) і натрію (Na+), які іонними каналами переміщаються з міжклітинної рідини всередину клітини і назад, змінюючи заряд нейрона і роблячи його спочатку позитивним, а потім знижуючи його.

Потенціал дії забезпечує роботу клітини за принципом «все чи нічого», тобто імпульс або передається чи ні. Слабкі сигнали будуть накопичуватися в тілі нейрона до тих пір, поки їх заряду не буде достатньо для передачі відростків.

Мієлін

Мієлін - це біла густа речовина, що покриває більшість аксонів. Це покриття забезпечує електроізоляцію волокна та підвищує швидкість проходження імпульсу по ньому.

Мієлінізоване волокно в порівнянні з немієлінізованим.

Мієлін виробляється шванновськими клітинами на периферії та олігодендроцитами у центральній нервовій системі. По ходу волокна мієлінова оболонка переривається - це перехоплення Ранв'є. Потенціал дії переміщається від перехоплення до перехоплення, що забезпечує швидку передачу імпульсу.

Таке поширене та серйозне захворювання, як розсіяний склероз, спричинене руйнуванням мієлінової оболонки.

Як працюють синапси

Нейрони та тканини, яким вони передають імпульс, фізично не стикаються, між клітинами завжди існує простір – синапс.

Залежно від способу передачі інформації, синапси можуть бути хімічними та електричними.

Хімічний синапс

Після того, як сигнал, пересуваючись по відростку нейрона, досягає синапсу, відбувається вивільнення хімічних речовин – нейромедіаторів (нейротрансмітерів) у простір між двома нейронами. Цей простір називають синаптичною щілиною.

Схема будови хімічного синапсу.

Нейромедіатор із передавального (пресинаптичного) нейрона, потрапляючи в синаптичну щілину, взаємодіє з рецепторами на мембрані приймаючого (постсинаптичного) нейрона, запускаючи цілий ланцюг процесів.

Види хімічних синапсів:

· Глютаматергічний – медіатором є глютамінова кислота, має збуджуючий ефект на синапс;

· ГАМК-ергічний – медіатором є гамма-аміномасляна кислота (ГАМК), має гальмуючий ефект на синапс;

· холінергічний – медіатором є ацетилхолін, що здійснює нервово-м'язову передачу інформації;

· Адренергічний - медіатором є адреналін.

Електричні синапси

Електричні синапси зустрічаються рідше, поширені у центральній нервовій системі. Клітини повідомляються за допомогою спеціальних білкових каналів. Пресинаптична та постсинаптична мембрани в електричних синапсах розташовані близько одна до одної, тому імпульс здатний проходити безпосередньо від клітини до клітини.

Швидкість передачі імпульсу електричними синапсами набагато вище, ніж по хімічних, тому вони розташовані переважно в тих відділах, де необхідна швидка реакція, наприклад, відповідальних за захисні рефлекси.

Ще одна відмінність двох типів синапсів у напрямі передачі: якщо хімічні синапси можуть передавати імпульс тільки в одному напрямку, то електричні в цьому сенсі універсальні.

Висновок

Нейрони – це, мабуть, найнезвичайніші клітини організму. Кожна дія, яка здійснює тіло людини, забезпечується роботою нейронів. Складна нейронна мережа формує особистість та свідомість. Вони відповідають як за найпримітивніші рефлекси, так і за найскладніші процеси, пов'язані з мисленням.