Neuróny mozgu - štruktúra, klasifikácia a cesty

Na nevyčerpateľné možnosti nášho mozgu písali hory literatúry. Je schopný spracovať obrovské množstvo informácií, ktoré nemôžu robiť ani moderné počítače. Okrem toho mozog za normálnych podmienok pracuje bez prerušenia 70-80 rokov alebo viac. Každoročne sa zvyšuje jeho život, a tým aj život človeka.

Efektívna práca tohto najdôležitejšieho a v mnohých ohľadoch tajomného orgánu je zabezpečovaná najmä dvoma typmi buniek: neurónmi a gliálmi. Za prijímanie a spracovanie informácií, pamäti, pozornosti, myslenia, predstavivosti a kreativity sú zodpovedné neuróny.

Neuron a jeho štruktúra

Často môžete počuť, že duševné schopnosti človeka zaručujú prítomnosť šedej hmoty. Čo je to za látku a prečo je sivá? Táto farba má mozgovú kôru, ktorá sa skladá z mikroskopických buniek. Toto sú neuróny alebo nervové bunky, ktoré zabezpečujú fungovanie nášho mozgu a kontrolu celého ľudského tela.

Ako je nervová bunka

Neurón, ako každá živá bunka, sa skladá z jadra a bunkového tela, ktoré sa nazýva soma. Veľkosť samotnej bunky je mikroskopická - od 3 do 100 mikrometrov. To však nebráni neurónu, aby bol reálnym úložiskom rôznych informácií. Každá nervová bunka obsahuje kompletnú sadu génov - návod na produkciu proteínov. Niektoré z proteínov sa podieľajú na prenose informácií, iné vytvárajú ochranný obal okolo samotnej bunky, iné sú zapojené do pamäťových procesov, štvrté poskytujú zmenu nálady atď.

Aj malé zlyhanie jedného z programov na produkciu niektorých proteínov môže viesť k vážnym následkom, chorobám, duševným poruchám, demencii atď.

Každý neurón je obklopený ochranným plášťom gliálnych buniek, doslova zaplňujú celý medzibunkový priestor a tvoria 40% substancie mozgu. Glia alebo kolekcia gliálnych buniek plní veľmi dôležité funkcie: chráni neuróny pred nepriaznivými vonkajšími vplyvmi, poskytuje živiny nervovým bunkám a odstraňuje ich metabolické produkty.

Gliové bunky chránia zdravie a integritu neurónov, preto neumožňujú vstup mnohých cudzích chemických látok do nervových buniek. Vrátane liekov. Preto je účinnosť rôznych liekov určených na posilnenie aktivity mozgu úplne nepredvídateľná a na každú osobu pôsobia odlišne.

Dendrity a axóny

Napriek zložitosti neurónu samo osebe nehrá významnú úlohu v mozgu. Naša nervová aktivita, vrátane mentálnej aktivity, je výsledkom interakcie mnohých neurónov, ktoré si vymieňajú signály. Príjem a prenos týchto signálov, presnejšie povedané, slabé elektrické impulzy sa vyskytujú s pomocou nervových vlákien.

Neurón má niekoľko krátkych (asi 1 mm) rozvetvených nervových vlákien - dendritov, takzvaných kvôli ich podobnosti so stromom. Dendrity sú zodpovedné za prijímanie signálov z iných nervových buniek. A ako signál vysielač pôsobí axon. Toto vlákno v neuróne je len jedno, ale môže dosiahnuť dĺžku až 1,5 metra. Spojenie pomocou axónov a dendritov, nervové bunky tvoria celé neurónové siete. A čím zložitejší je systém vzájomných vzťahov, tým ťažšia je naša mentálna aktivita.

Neuronová práca

Základom najzložitejšej činnosti nášho nervového systému je výmena slabých elektrických impulzov medzi neurónmi. Problém je však v tom, že pôvodne nie sú spojené axóny jednej nervovej bunky a dendritov ostatných buniek, medzi ktorými je priestor vyplnený medzibunkovou látkou. Toto je takzvaná synaptická štrbina a nemôže prekonať jej signál. Predstavte si, že dvaja ľudia si navzájom rozpínajú ruky a nedávajú sa úplne von.

Tento problém rieši neurón jednoducho. Pod vplyvom slabého elektrického prúdu dochádza k elektrochemickej reakcii a vzniká proteínová molekula - neurotransmiter. Táto molekula a prekrýva synaptickú medzeru, ktorá sa stáva akýmsi mostom pre signál. Neurotransmitery vykonávajú ešte jednu funkciu - spájajú neuróny a čím častejšie signál putuje pozdĺž tohto nervového okruhu, tým silnejšie je toto spojenie. Predstavte si brod cez rieku. Prechádzajúc cez ňu, človek hodí kameň do vody, a potom každý ďalší cestujúci robí to isté. Výsledkom je pevný, spoľahlivý prechod.

Takéto spojenie medzi neurónmi sa nazýva synapse a hrá dôležitú úlohu v mozgovej činnosti. Verí sa, že aj naša pamäť je výsledkom práce synapsií. Tieto spojenia poskytujú väčšiu rýchlosť prechodu nervových impulzov - signál pozdĺž neurónového okruhu sa pohybuje rýchlosťou 360 km / h alebo 100 m / s. Môžete vypočítať, koľko času sa signál z prsta, ktorý ste omylom pichli ihlou, dostane do mozgu. Existuje staré tajomstvo: "Čo je najrýchlejšia vec na svete?" Odpoveď: "Myšlienka." A bolo to veľmi jasne zaznamenané.

Typy neurónov

Neuróny nie sú len v mozgu, kde interagujú a tvoria centrálny nervový systém. Neuróny sa nachádzajú vo všetkých orgánoch nášho tela, vo svaloch a väzoch na povrchu kože. Zvlášť veľa z nich v receptoroch, to je zmysloch. Rozsiahla sieť nervových buniek, ktorá preniká celým ľudským telom, je periférny nervový systém, ktorý plní funkcie rovnako dôležité ako centrálne. Rozmanitosť neurónov je rozdelená do troch hlavných skupín:

  • Affector neuróny dostávajú informácie zo zmyslových orgánov a vo forme impulzov pozdĺž nervových vlákien ich dodávajú do mozgu. Tieto nervové bunky majú najdlhšie axóny, pretože ich telo sa nachádza v zodpovedajúcej časti mozgu. Existuje striktná špecializácia a zvukové signály idú výhradne do sluchovej časti mozgu, do vône - do čuchového, svetelného - do vizuálneho atď.
  • Intermediálne alebo interkalárne neuróny spracovávajú informácie prijaté od afektorov. Po vyhodnotení informácií sprostredkujú stredné neuróny zmyslové orgány a svaly umiestnené na okraji nášho tela.
  • Eferentné alebo efektorové neuróny prenášajú tento príkaz z medziproduktu vo forme nervového impulzu do orgánov, svalov atď.

Najťažšia a najmenej pochopená je práca sprostredkujúcich neurónov. Zodpovedajú nielen za reflexné reakcie, ako je napríklad vytiahnutie ruky z horúcej panvice alebo blikanie, keď je blesk. Tieto nervové bunky poskytujú také komplexné mentálne procesy, ako je myslenie, predstavivosť, kreativita. A ako sa okamžitá výmena nervových impulzov medzi neurónmi mení na živé obrazy, fantastické grafy, brilantné objavy alebo len odrazy na tvrdý pondelok? Toto je hlavné tajomstvo mozgu, ku ktorému sa vedci ani neprišli.

Jediná vec, ktorá bola schopná zistiť, že rôzne typy mentálnej aktivity sú spojené s aktivitou rôznych skupín neurónov. Sny o budúcnosti, zapamätanie si básne, vnímanie milovanej osoby, premýšľanie o nákupoch - to všetko sa odráža v našom mozgu ako záblesky aktivity nervových buniek v rôznych bodoch mozgovej kôry.

Neurónové funkcie

Vzhľadom na to, že neuróny zabezpečujú fungovanie všetkých telesných systémov, musia byť funkcie nervových buniek veľmi rozdielne. Okrem toho ešte nie sú úplne pochopené. Medzi mnohými rôznymi klasifikáciami týchto funkcií si vyberieme ten, ktorý je najviac zrozumiteľný a blízky problémom psychologickej vedy.

Funkcia prenosu informácií

Toto je hlavná funkcia neurónov, s ktorými sú spojené iné, aj keď nie menej významné. Rovnaká funkcia je najviac študovaná. Všetky vonkajšie signály do orgánov vstupujú do mozgu, kde sa spracúvajú. A potom, ako výsledok spätnej väzby, vo forme príkazových impulzov, sa prenášajú cez eferentné nervové vlákna späť do zmyslových orgánov, svalov atď.

Takáto konštantná cirkulácia informácií nastáva nielen na úrovni periférneho nervového systému, ale aj v mozgu. Spojenia medzi neurónmi, ktoré si vymieňajú informácie, tvoria neobvykle zložité neurónové siete. Len si predstavte, že v mozgu je najmenej 30 miliárd neurónov a každý z nich môže mať až 10 tisíc pripojení. V polovici 20. storočia sa kybernetika snažila vytvoriť elektronický počítač fungujúci na princípe ľudského mozgu. Nepodarilo sa im to - procesy, ktoré sa vyskytujú v centrálnom nervovom systéme, sa ukázali byť príliš komplikované.

Funkcia zachovania skúseností

Neuróny sú zodpovedné za to, čo nazývame pamäť. Presnejšie, ako neurofyziológovia zistili, zachovanie stôp signálov prechádzajúcich nervovými okruhmi je zvláštnym vedľajším produktom činnosti mozgu. Základom pamäti sú samotné proteínové molekuly - neurotransmitery, ktoré vznikajú ako spojovací mostík medzi nervovými bunkami. Preto neexistuje žiadna špeciálna časť mozgu zodpovedná za uchovávanie informácií. A ak v dôsledku zranenia alebo choroby dôjde k zničeniu nervových spojení, osoba môže čiastočne stratiť svoju pamäť.

Integračná funkcia

Je to interakcia medzi rôznymi časťami mozgu. Okamžité „záblesky“ prenášaných a prijímaných signálov, horúce miesta v mozgovej kôre - to je zrod obrazov, pocitov a myšlienok. Komplexné nervové spojenia, ktoré medzi sebou spájajú rôzne časti mozgovej kôry a prenikajú do subkortikálnej zóny, sú produktom našej mentálnej aktivity. Čím viac takýchto spojení vzniká, tým lepšie je pamäť a produktívnejšie myslenie. Čím viac si myslíme, tým múdrejší sme.

Funkcia produkcie bielkovín

Aktivita nervových buniek nie je obmedzená na informačné procesy. Neuróny sú skutočné továrne na proteíny. Toto sú tie isté neurotransmitery, ktoré nielenže fungujú ako „most“ medzi neurónmi, ale tiež zohrávajú obrovskú úlohu pri regulácii práce nášho tela ako celku. V súčasnosti existuje približne 80 druhov týchto proteínových zlúčenín, ktoré vykonávajú rôzne funkcie:

  • Norepinefrín, niekedy označovaný ako zlosť alebo stresový hormón. Tónuje telo, zlepšuje výkon, robí srdce biť rýchlejšie a pripravuje telo na okamžité opatrenia na odvrátenie nebezpečenstva.
  • Dopamín je hlavným tonikom nášho tela. Podieľa sa na revitalizácii všetkých systémov, aj počas prebudenia, počas fyzickej námahy a vytvára pozitívny emocionálny postoj k eufórii.
  • Serotonín je tiež látkou "dobrej nálady", aj keď neovplyvňuje fyzickú aktivitu.
  • Glutamát je vysielač, ktorý je potrebný na to, aby pamäť fungovala bez toho, aby bolo dlhodobé uchovávanie informácií nemožné.
  • Acetylcholín riadi procesy spánku a prebudenia a je tiež nevyhnutný pre aktiváciu pozornosti.

Neurotransmitery, alebo skôr ich počet, ovplyvňujú zdravie tela. A ak existujú nejaké problémy s produkciou týchto proteínových molekúl, potom sa môžu vyvinúť závažné ochorenia. Napríklad nedostatok dopamínu je jednou z príčin Parkinsonovej choroby a ak sa táto látka produkuje príliš veľa, potom sa môže vyvinúť schizofrénia. Ak sa acetylcholín nevyrába dostatočne, môže dôjsť k veľmi nepríjemnej Alzheimerovej chorobe, ktorá je sprevádzaná demenciou.

Tvorba neurónov v mozgu začína ešte pred narodením osoby a počas celého obdobia zrenia dochádza k aktívnej tvorbe a komplikáciám nervových spojení. Dlho sa verilo, že u dospelej osoby sa nemôžu objaviť nové nervové bunky, ale proces ich zániku je nevyhnutný. Preto je psychický vývoj osobnosti možný len kvôli komplikácii nervového spojenia. A potom v starobe je každý odsúdený na pokles mentálnych schopností.

Nedávne štúdie však tento pesimistický odhad vyvrátili. Švajčiarski vedci dokázali, že existuje oblasť mozgu, ktorá je zodpovedná za vznik nových neurónov. To je hippocampus, produkuje denne až 1400 nových nervových buniek. A my všetci, čo musíte urobiť, je aktívnejšie ich zapájať do práce mozgu, prijímať a chápať nové informácie, čím sa vytvárajú nové nervové spojenia a komplikuje neurónová sieť.

Neuróny a nervové tkanivo

Neuróny a nervové tkanivo

Nervové tkanivo je hlavným štruktúrnym prvkom nervového systému. Štruktúra nervového tkaniva zahŕňa vysoko špecializované nervové bunky - neuróny a neuroglónové bunky, ktoré vykonávajú podporné, sekrečné a ochranné funkcie.

Neurón je hlavnou štrukturálnou a funkčnou jednotkou nervového tkaniva. Tieto bunky sú schopné prijímať, spracovávať, kódovať, prenášať a ukladať informácie, nadväzovať kontakty s inými bunkami. Jedinečnými vlastnosťami neurónu sú schopnosť generovať bioelektrické výboje (impulzy) a prenášať informácie pozdĺž procesov z jednej bunky do druhej pomocou špecializovaných koncov - synapsií.

Funkcie neurónu sú podporované syntézou vo svojej axoplazme prenášajúcich látok - neurotransmiterov: acetylcholínu, katecholamínov atď.

Počet neurónov mozgu sa blíži 10 11. Na jednom neuróne môže existovať až 10 000 synapsií. Ak sú tieto prvky považované za bunky ukladania informácií, potom je možné konštatovať, že nervový systém môže uložiť 10 19 jednotiek. informácie, t. schopná pojať takmer všetky vedomosti nahromadené ľudstvom. Preto myšlienka, že ľudský mozog počas života pamätá na všetko, čo sa deje v tele a počas jeho komunikácie s prostredím, je celkom rozumné. Avšak, mozog nemôže získať z pamäte všetky informácie, ktoré sú v ňom uložené.

Niektoré typy neurálnej organizácie sú charakteristické pre rôzne mozgové štruktúry. Neuróny regulujúce jednu funkciu tvoria tzv. Skupiny, súbory, stĺpce, jadrá.

Neuróny sa líšia štruktúrou a funkciou.

Podľa štruktúry (v závislosti od počtu výrastkov z bunky, procesov) existujú unipolárne (s jedným procesom), bipolárne (s dvoma procesmi) a multipolárne (s viacerými procesmi) neurónmi.

Funkčnými vlastnosťami izolované aferentných (alebo dostredivá) neuróny nosnú excitácia z receptorov v CNS, eferentných, motor, motorické neuróny (alebo odstredivé) prenos budenie CNS do inervovaný organ a intercalary, kontaktu alebo medziprodukty neurónov prepojenie aferentné a eferentných neuróny.

Afferentné neuróny patria do unipolárnych, ich telá ležia v miechových gangliách. Výrastok tvaru T bunky je rozdelený na dve vetvy, z ktorých jedna ide do centrálneho nervového systému a pôsobí ako axón, a druhá sa približuje k receptorom a je dlhá dendrit.

Väčšina eferentných a interkalárnych neurónov patrí do multipolárneho (obr. 1). Multipolárne interkalárne neuróny sa nachádzajú vo veľkom počte v zadných rohoch miechy, ako aj vo všetkých ostatných častiach CNS. Môžu byť tiež bipolárne, napríklad retinálne neuróny s krátkym rozvetveným dendritom a dlhým axónom. Motoneuróny sú umiestnené hlavne v predných rohoch miechy.

Obr. 1. Štruktúra nervovej bunky:

1 - mikrotubuly; 2 - dlhý proces nervovej bunky (axón); 3 - endoplazmatické retikulum; 4 - jadro; 5 - neuroplazma; 6 - dendritov; 7 - mitochondrie; 8 - nukleolus; 9 - myelínové puzdro; 10 - Zachytávanie Ranvie; 11 - koniec axónu

neuroglia

Neuroglia, alebo glia, je súborom bunkových elementov nervového tkaniva tvoreného špecializovanými bunkami rôznych tvarov.

Bola objavená R. Virkhovom a pomenovaná ním neuroglia, čo znamená „nervové lepidlo“. Bunky neuroglia vyplňujú priestor medzi neurónmi, čo predstavuje 40% objemu mozgu. Gliové bunky sú 3-4 krát menšie ako nervové bunky; ich počet v centrálnej nervovej sústave cicavcov dosahuje 140 miliárd, pričom sa znižuje počet neurónov u ľudí v mozgu a zvyšuje sa počet gliálnych buniek.

Zistilo sa, že neuroglia súvisí s metabolizmom nervového tkaniva. Niektoré bunky neuroglia vylučujú látky, ktoré ovplyvňujú stav excitability neurónov. Treba poznamenať, že v rôznych duševných stavoch sa mení vylučovanie týchto buniek. Dlhodobé stopové procesy v CNS sú spojené s funkčným stavom neuroglia.

Typy gliálnych buniek

Z povahy štruktúry gliových buniek a ich umiestnenia v CNS existujú:

  • astrocyty (astroglia);
  • oligodendrocyty (oligodendroglia);
  • mikrogliálne bunky (mikroglie);
  • Schwannove bunky.

Gliové bunky vykonávajú podporné a ochranné funkcie pre neuróny. Sú súčasťou bariérovej štruktúry mozgu. Astrocyty sú najhojnejšie gliové bunky, ktoré vyplňujú medzery medzi neurónmi a prekrývajúcimi sa synapsiami. Zabraňujú šíreniu neurotransmiterov difundujúcich zo synaptickej štrbiny do CNS. V cytoplazmatických membránach astrocytov existujú receptory pre neurotransmitery, ktorých aktivácia môže spôsobiť kolísanie rozdielov v membránovom potenciáli a zmeny metabolizmu astrocytov.

Astrocyty tesne obklopujú kapiláry krvných ciev mozgu, ktoré sa nachádzajú medzi nimi a neurónmi. Na tomto základe sa predpokladá, že astrocyty hrajú dôležitú úlohu v metabolizme neurónov a regulujú permeabilitu kapilár pre určité látky.

Jednou z dôležitých funkcií astrocytov je ich schopnosť absorbovať nadbytok iónov K +, ktoré sa môžu hromadiť v medzibunkovom priestore počas vysokej neurálnej aktivity. V oblastiach adhézie astrocytov sa vytvárajú kanály kontaktov štrbín, cez ktoré môžu astrocyty vymieňať rôzne malé ióny a najmä ióny K +, čím sa zvyšuje ich absorpcia iónov K + a nekontrolovaná akumulácia iónov K + v interneuronálnom priestore by zvýšila excitabilitu neurónov. Astrocyty, absorbujúce nadbytok iónov K + z intersticiálnej tekutiny, teda zabraňujú zvýšeniu excitability neurónov a tvorbe ložísk zvýšenej neurálnej aktivity. Výskyt takýchto ohnísk v ľudskom mozgu môže byť sprevádzaný skutočnosťou, že ich neuróny vytvárajú sériu nervových impulzov, ktoré sa nazývajú konvulzívne výboje.

Astrocyty sa podieľajú na odstraňovaní a ničení neurotransmiterov vstupujúcich do extrasynaptických priestorov. Teda zabraňujú akumulácii neurotransmiterov v neuronálnych priestoroch, čo by mohlo viesť k dysfunkcii mozgu.

Neuróny a astrocyty sú oddelené medzibunkovými štrbinami 15-20 mikrónov, nazývanými intersticiálny priestor. Intersticiálne priestory zaberajú až 12-14% objemu mozgu. Dôležitou vlastnosťou astrocytov je ich schopnosť absorbovať CO2 z extracelulárnej tekutiny týchto priestorov a tým udržiavať stabilné pH v mozgu.

Astrocyty sa podieľajú na tvorbe rozhraní medzi nervovým tkanivom a mozgovými cievami, nervovým tkanivom a membránami mozgu v procese rastu a vývoja nervového tkaniva.

Oligodendrocyty sú charakterizované prítomnosťou malého počtu krátkych procesov. Jednou z ich hlavných funkcií je tvorba myelínového puzdra nervových vlákien v centrálnom nervovom systéme. Tieto bunky sú tiež umiestnené v tesnej blízkosti telies neurónov, ale funkčný význam tejto skutočnosti nie je známy.

Mikrogliálne bunky tvoria 5 - 20% celkového počtu gliálnych buniek a sú rozptýlené v centrálnom nervovom systéme. Zistilo sa, že antigény ich povrchu sú identické s antigénmi krvných monocytov. To indikuje ich pôvod z mezodermu, prenikanie do nervového tkaniva počas embryonálneho vývoja a následnú transformáciu na morfologicky rozpoznateľné mikrogliálne bunky. V tejto súvislosti sa predpokladá, že najdôležitejšou funkciou mikroglie je ochrana mozgu. Ukázalo sa, že keď je poškodené nervové tkanivo, počet fagocytových buniek v ňom sa zvyšuje v dôsledku krvných makrofágov a aktivácie fagocytárnych vlastností mikroglie. Odstraňujú odumreté neuróny, gliálne bunky a ich štruktúrne prvky, fagocytárne cudzie častice.

Schwannove bunky tvoria myelínový plášť vlákien periférnych nervov mimo CNS. Membrána tejto bunky sa opakovane ovinie okolo nervového vlákna a hrúbka výsledného myelínového plášťa môže presiahnuť priemer nervového vlákna. Dĺžka myelinizovaných oblastí nervového vlákna je 1-3 mm. V intervaloch medzi nimi (zachytenie Ranviera), nervové vlákno zostáva pokryté len povrchovou membránou, ktorá má vzrušivosť.

Jednou z najdôležitejších vlastností myelínu je jeho vysoká odolnosť voči elektrickému prúdu. Je to spôsobené vysokým obsahom sfingomyelínu a iných fosfolipidov v myelíne, ktoré mu dodávajú vlastnosti na izoláciu prúdu. V oblastiach myelínom potiahnutého nervového vlákna je proces tvorby nervových impulzov nemožný. Nervové impulzy sú generované len na Ranvierovej záchytnej membráne, ktorá poskytuje vyššiu rýchlosť vedenia nervových impulzov k myelinizovaným nervovým vláknam v porovnaní s nemyelínovanými vláknami.

Je známe, že štruktúra myelínu môže byť ľahko narušená infekčným, ischemickým, traumatickým, toxickým poškodením nervového systému. Súčasne sa vyvíja proces demyelinizácie nervových vlákien. Obzvlášť často sa u roztrúsenej sklerózy vyvíja demyelinizácia. V dôsledku demyelinizácie sa znižuje rýchlosť nervových impulzov pozdĺž nervových vlákien, znižuje sa rýchlosť dodávania informácií do mozgu z receptorov az neurónov do výkonných orgánov. To môže viesť k zhoršenej senzorickej citlivosti, zhoršenému pohybu, regulácii fungovania vnútorných orgánov a ďalším závažným následkom.

Štruktúra a funkcia neurónov

Neurón (nervová bunka) je štrukturálna a funkčná jednotka centrálneho nervového systému.

Anatomická štruktúra a vlastnosti neurónu zabezpečujú plnenie jeho hlavných funkcií: implementáciu metabolizmu, produkciu energie, vnímanie rôznych signálov a ich spracovanie, tvorbu alebo účasť v reakciách reakcie, tvorbu a vedenie nervových impulzov, zjednotenie neurónov do nervových obvodov, ktoré poskytujú obidve najjednoduchšie reflexné reakcie a vyššie integračné funkcie mozgu.

Neuróny sa skladajú z tela nervovej bunky a procesov axónu a dendritov.

Obr. 2. Štruktúra neurónu

Bunka nervu tela

Telo (perikaryon, soma) neurónu a jeho procesy sú pokryté v celej neurónovej membráne. Membrána bunkového tela sa líši od membrány axónu a dendritov obsahom rôznych iónových kanálov, receptorov, prítomnosti synapsií na ňom.

V tele neurónu je neuroplazma a jadro, ktoré je od nej oddelené membránami, hrubým a hladkým endoplazmatickým retikulom, Golgiho aparátom a mitochondriami. Chromozómy jadra neurónov obsahujú súbor génov kódujúcich syntézu proteínov potrebných na vytvorenie štruktúry a implementáciu funkcií tela neurónu, jeho procesov a synapsií. Jedná sa o proteíny, ktoré vykonávajú funkcie enzýmov, nosičov, iónových kanálov, receptorov atď. Niektoré proteíny vykonávajú funkcie, keď sú v neuroplazme, zatiaľ čo iné sú integrované do membrán organel, soma a neurónových procesov. Niektoré z nich, napríklad enzýmy potrebné na syntézu neurotransmiterov, sa transportujú axonálnym transportom do terminálu axónu. V bunkovom tele sa syntetizujú peptidy, ktoré sú nevyhnutné pre vitálnu aktivitu axónov a dendritov (napríklad rastové faktory). Keď je teda telo neurónu poškodené, jeho procesy sa degenerujú a kolapsujú. Ak je telo neurónu zachované a proces je poškodený, potom dochádza k jeho pomalému zotaveniu (regenerácii) a obnoveniu inervácie denervovaných svalov alebo orgánov.

Miesto syntézy proteínov v telách neurónov je hrubé endoplazmatické retikulum (tigroidné granule alebo Nissl telieska) alebo voľné ribozómy. Ich obsah v neurónoch je vyšší ako v gliálnych alebo iných bunkách tela. V hladkom endoplazmatickom retikule a Golgiho aparáte proteíny získavajú vnútornú priestorovú konformáciu, sú triedené a posielané do transportných tokov do štruktúr bunkového tela, dendritov alebo axónov.

V mnohých neuronálnych mitochondriách sa ako výsledok oxidačných fosforylačných procesov vytvára ATP, ktorého energia sa používa na udržanie vitálnej aktivity neurónov, prácu iónových čerpadiel a udržanie asymetrie iónových koncentrácií na oboch stranách membrány. V dôsledku toho je neurón v neustálej pripravenosti nielen vnímať rôzne signály, ale aj reagovať na ne - generovanie nervových impulzov a ich použitie na riadenie funkcií iných buniek.

Molekulárne receptory bunkovej membrány, senzorické receptory tvorené dendritmi a senzorické bunky epiteliálneho pôvodu sa podieľajú na mechanizmoch vnímania neurónov rôznych signálov. Signály z iných nervových buniek sa môžu dostať k neurónu prostredníctvom početných synapsií vytvorených na dendritoch alebo na neurónovom géli.

Dendrity nervových buniek

Dendrity neurónu tvoria dendritický strom, charakter rozvetvenia a jeho veľkosť závisí od počtu synaptických kontaktov s inými neurónmi (obr. 3). Na dendritoch neurónu sú tisíce synapsií tvorených axónmi alebo dendritmi iných neurónov.

Obr. 3. Synaptické kontakty interneyronu. Šípky vľavo ukazujú príchod aferentných signálov k dendritom a telu interneurónu, vpravo smer šírenia eferentných signálov interneurónu k iným neurónom.

Synapsy môžu byť heterogénne tak vo funkcii (inhibícia, excitácia), ako aj v type použitého neurotransmitera. Dendritická membrána zapojená do tvorby synapsií je ich postsynaptická membrána, ktorá obsahuje receptory (ligandovo závislé iónové kanály) k neurotransmiteru používanému v tejto synapse.

Excitatívne (glutamátergické) synapsie sa nachádzajú hlavne na povrchu dendritov, kde sa vyskytujú zvýšenia alebo výrastky (1-2 μm), nazývané spiny. V membráne chrbtice sú kanály, ktorých priepustnosť závisí od rozdielu transmembránového potenciálu. V cytoplazme dendritov v oblasti chrbtice sa nachádzajú sekundárne mediátory vnútrobunkovej signálnej transdukcie, ako aj ribozómy, na ktorých je proteín syntetizovaný ako odozva na príchod synaptických signálov. Presná úloha tŕňov zostáva neznáma, ale je zrejmé, že zväčšujú povrchovú plochu dendritického stromu a vytvárajú synapsie. Hroty sú tiež neurónové štruktúry na príjem vstupných signálov a ich spracovanie. Dendrity a chrbtice poskytujú prenos informácií z periférie do tela neurónu. Membrána dendritu v oblasti kosenia je polarizovaná v dôsledku asymetrickej distribúcie minerálnych iónov, pôsobenia iónových čerpadiel a prítomnosti iónových kanálov v nej. Tieto vlastnosti sú základom prenosu informácií pozdĺž membrány vo forme lokálnych kruhových prúdov (elektrotonicky), ktoré sa vyskytujú medzi postsynaptickými membránami a oblasťami membrány dendritu priľahlej k nim.

Keď sa šíria cez membránu dendritu, lokálne prúdy sú tlmené, ale sú dostatočne veľké na to, aby prenášali signály do dendritických synaptických vstupov do membrány tela neurónu. Potenciálne závislé sodíkové a draselné kanály ešte neboli identifikované v dendritovej membráne. Nemá vzrušivosť a schopnosť vytvárať akčné potenciály. Je však známe, že potenciál pôsobenia na membránu axonálneho kopca sa môže šíriť pozdĺž nej. Mechanizmus tohto javu nie je známy.

Predpokladá sa, že dendrity a spiny sú súčasťou nervových štruktúr zapojených do pamäťových mechanizmov. Počet spinov je obzvlášť vysoký v dendritoch neurónov mozgovej kôry, bazálnych gangliách a mozgovej kôre. Plocha dendritického stromu a počet synapsií klesá v niektorých oblastiach mozgovej kôry starších ľudí.

Axon neurón

Axón je proces nervových buniek, ktorý sa nenachádza v iných bunkách. Na rozdiel od dendritov, ktorých počet je pre neurón iný, je axón rovnaký pre všetky neuróny. Jeho dĺžka môže dosiahnuť až 1,5 m. V mieste, kde axón opúšťa neurón, je zhrubnutie - axonálny val, pokrytý plazmatickou membránou, ktorá je čoskoro pokrytá myelínom. Miesto kopca axónu, odkryté myelínom, sa nazýva počiatočný segment. Axóny neurónov, až po ich finálne vetvy, sú pokryté myelínovým plášťom, prerušeným Ranvierovými záchytmi - mikroskopickými negelovanými oblasťami (približne 1 mikrón).

V celom axóne (myelinizované a nemyelínované vlákno) je pokrytá dvojvrstvovou fosfolipidovou membránou s proteínovými molekulami v nej obsiahnutými, ktoré slúžia ako iónový transport, iónové kanály závislé od potenciálu, atď. Proteíny sú rovnomerne rozložené v membráne nemyelínovaného nervového vlákna a v membráne myelinovaného nervového vlákna sú umiestnené hlavne v oblasti odpočúvania Ranvier. Pretože v axoplazme nie sú žiadne hrubé retikulum a ribozómy, je zrejmé, že tieto proteíny sa syntetizujú v tele neurónu a transportujú sa do axónovej membrány axonálnym transportom.

Vlastnosti membrány pokrývajúcej telo a axón neurónu sú odlišné. Tento rozdiel sa týka predovšetkým priepustnosti membrány pre minerálne ióny a je spôsobený obsahom rôznych typov iónových kanálov. Ak obsah iónových kanálov závislých od ligandu (vrátane postsynaptických membrán) prevláda v membráne tela a dendritoch neurónu, potom v axónovej membráne, najmä v oblasti zachytenia Ranvierovho syndrómu, existuje vysoká hustota napäťovo závislých sodíkových a draslíkových kanálov.

Najmenšia polarizácia (asi 30 mV) má membránu počiatočného segmentu axónov. V oblastiach axónu vzdialenejších od tela bunky je veľkosť transmembránového potenciálu približne 70 mV. Nízka hodnota polarizácie membrány počiatočného segmentu axónu určuje, že v tejto oblasti má membrána neurónu najväčšiu excitabilitu. Práve tu sa postsynaptické potenciály, ktoré sa vyskytujú na membráne dendritu a bunkovom tele v dôsledku transformácie informačných signálov na neurón na synapse, šíria cez membránu tela neurónu pomocou miestnych kruhových elektrických prúdov. Ak tieto prúdy spôsobia depolarizáciu membrány axonového kopca na kritickú úroveň (Ena), potom bude neurón odpovedať na prichádzajúce signály z iných nervových buniek, aby vytvoril svoj akčný potenciál (nervový impulz). Výsledný nervový impulz sa ďalej vykonáva pozdĺž axónu k iným nervovým, svalovým alebo žľazovým bunkám.

Na membráne východiskového axónového segmentu sa nachádzajú hroty, na ktorých sú vytvorené synchrózy brzdy GABA-ergic. Príjem signálov pozdĺž týchto synapsií z iných neurónov môže zabrániť vytváraniu nervových impulzov.

Klasifikácia a typy neurónov

Klasifikácia neurónov sa vykonáva ako morfologickými, tak funkčnými charakteristikami.

Podľa počtu procesov sa rozlišujú multipolárne, bipolárne a pseudounipolárne neuróny.

Podľa povahy spojení s inými bunkami a funkcie, ktorú vykonávajú, sa rozlišujú zmyslové, interkalačné a motorické neuróny. Senzorické neuróny sa tiež nazývajú aferentné neuróny a ich procesy sú dostredivé. Neuróny, ktoré vykonávajú funkciu prenosu signálu medzi nervovými bunkami, sa nazývajú interkalované alebo asociatívne. Neuróny, ktorých axóny tvoria synapsie na efektorových bunkách (sval, žľaza), sa označujú ako motorické alebo eferentné, ich axóny sa nazývajú odstredivé.

Afferentné (citlivé) neuróny vnímajú informácie senzorickými receptormi, transformujú ich na nervové impulzy a vedú do nervových centier mozgu a miechy. Telo citlivých neurónov sa nachádza v spinálnych a lebečných gangliách. Ide o pseudo-unipolárne neuróny, ktorých axón a dendrit sa oddeľujú od tela neurónu a potom sa oddelia. Dendrit ide na perifériu do orgánov a tkanív v zložení zmyslových alebo zmiešaných nervov a axón v zložení zadných koreňov je zahrnutý v dorzálnych rohoch miechy alebo v zložení kraniálnych nervov v mozgu.

Vložené, alebo asociatívne, neuróny vykonávajú funkcie spracovania prichádzajúcich informácií a predovšetkým zaisťujú uzavretie reflexných oblúkov. Telo týchto neurónov sa nachádza v šedej hmote mozgu a miechy.

Eferentné neuróny tiež vykonávajú funkciu spracovania prichádzajúcich informácií a prenosu eferentných nervových impulzov z mozgu a miechy do buniek výkonných (efektorových) orgánov.

Neurónová integračná aktivita

Každý neurón prijíma obrovské množstvo signálov cez početné synapsie umiestnené na jeho dendritoch a tele, ako aj prostredníctvom molekulárnych receptorov plazmatických membrán, cytoplazmy a jadra. Prenos signálu využíva mnoho rôznych typov neurotransmiterov, neuromodulátorov a iných signálnych molekúl. Je zrejmé, že na vytvorenie odpovede na súčasný príchod viacerých signálov musí byť neurón schopný ich integrovať.

Súbor procesov, ktoré poskytujú spracovanie prichádzajúcich signálov a tvorbu neurónovej odpovede na ne, je zahrnutý v koncepte integračnej aktivity neurónu.

Vnímanie a spracovanie signálov prichádzajúcich na neurón sa uskutočňuje za účasti dendritov, bunkového tela a neurónového kopca axónu (Obr. 4).

Obr. 4. Integrácia neurónových signálov.

Jednou z variantov ich spracovania a integrácie (sumácie) je transformácia v synapsiach a súčet postsynaptických potenciálov na membráne tela a procesoch neurónu. Vnímané signály sa konvertujú v synapsiách na osciláciu potenciálneho rozdielu postsynaptickej membrány (postsynaptické potenciály). V závislosti od typu synapse môže byť prijatý signál premenený na malú (0,5-1,0 mV) depolarizačnú zmenu v potenciálovom rozdiele (EPSP - synapsy sú v diagrame znázornené ako svetelné kruhy) alebo hyperpolarizácia (TPPS - synapsie sú v grafe zobrazené ako čierne). kruhy). Viacnásobné signály môžu súčasne prísť na rôzne miesta neurónu, z ktorých niektoré sú transformované na EPSP a iné na TPPS.

Tieto fluktuácie potenciálneho rozdielu sa šíria lokálnymi kruhovými prúdmi naprieč neurónovou membránou v smere axónového knoll vo forme depolarizačných vĺn (v bielej schéme) a hyperpolarizácie (v čiernej schéme), navzájom prekryté (sivé oblasti). V tejto superpozícii sú amplitúdy vĺn v jednom smere sčítané, zatiaľ čo opačné sú redukované (vyhladené). Takýto algebraický súčet potenciálnych rozdielov na membráne sa nazýva priestorový súčet (obr. 4 a 5). Výsledkom tohto sčítania môže byť buď depolarizácia membrány axónového kopu a tvorba nervových impulzov (prípady 1 a 2 na obr. 4), alebo jej hyperpolarizácia a prevencia vzniku nervových impulzov (prípady 3 a 4 na obr. 4).

Aby sa zmenil potenciálny rozdiel membrány axónového kopca (asi 30 mV) na Ena, musí byť depolarizovaný na 10-20 mV. To povedie k objaveniu potenciálne závislých sodíkových kanálov, ktoré sú v ňom prítomné, a k tvorbe nervových impulzov. Pretože keď PD prichádza a konvertuje sa na EPSP, membránová depolarizácia môže dosiahnuť až 1 mV a šírenie na axonálny pahorok prichádza s útlmom, aby sa vytvoril nervový impulz, súčasný prílev do neurónu sa vyžaduje prostredníctvom excitačných synapsií 40-80 nervových impulzov z iných neurónov a sumácie rovnaký počet ipsp.

Obr. 5. Priestorové a časové zhrnutie EPSP neurónu; a - BSPP na jeden stimul; a - VPSP na viacnásobnú stimuláciu z rôznych afferentov; c - I-VPSP pre častú stimuláciu prostredníctvom jediného nervového vlákna

Ak v tomto čase určité množstvo nervových impulzov dosiahne neurón prostredníctvom inhibičných synapsií, potom bude možná jeho aktivácia a generovanie reakčného nervového impulzu pri súčasnom zvýšení toku signálov excitačnými synapsiami. Za podmienok, keď signály pochádzajúce z inhibičných synapsií spôsobujú hyperpolarizáciu membrány neurónu, ktorá je rovná alebo väčšia ako depolarizácia spôsobená signálmi pochádzajúcimi zo excitačných synapsií, depolarizácia membrány axónového kopca nebude schopná generovať nervové impulzy a stane sa neaktívnym.

Neurón tiež vykonáva dočasný súčet signálov EPSP a TPPS, ktoré naň prichádzajú takmer súčasne (pozri obr. 5). Zmeny potenciálneho rozdielu, ktoré spôsobujú v blízky synaptických oblastiach, možno tiež zhrnúť do algebraicky, čo sa nazýva dočasné zoskupenie.

Každý nervový impulz generovaný neurónom, ako aj doba mlčania neurónov, teda obsahuje informácie z mnohých iných nervových buniek. Typicky čím vyššia je frekvencia signálov z iných buniek do neurónu, tým častejšie generuje reakčné nervové impulzy poslané axónom do iných nervových alebo efektorových buniek.

Vzhľadom k tomu, že sodíkové kanály existujú v membráne tela neurónu a dokonca aj v jeho dendritoch (aj keď v malom počte), akčný potenciál, ktorý vznikol na membráne axónového kopca, sa môže rozšíriť na telo a časť neurónov dendritov. Význam tohto javu nie je dostatočne jasný, ale predpokladá sa, že akčný potenciál šíriaci sa na okamih vyhladzuje všetky lokálne prúdy na membráne, anuluje potenciál a prispieva k efektívnejšiemu vnímaniu nových informácií neurónom.

Molekulové receptory sa podieľajú na transformácii a integrácii signálov prichádzajúcich do neurónu. Ich stimulácia signálnymi molekulami môže zároveň iniciovať (prostredníctvom G-proteínov, druhých mediátorov) zmeny v stave iónových kanálov, transformáciu vnímaných signálov na oscilácie potenciálnych rozdielov v neurónovej membráne, sčítanie a tvorbu neurónovej odpovede vo forme generovania nervových impulzov alebo inhibície.

Transformácia signálov metabotropnými molekulárnymi receptormi neurónu je sprevádzaná jeho reakciou vo forme spúšťania kaskády intracelulárnych transformácií. Reakciou neurónu v tomto prípade môže byť zrýchlenie všeobecného metabolizmu, zvýšenie tvorby ATP, bez ktorého nie je možné zvýšiť jeho funkčnú aktivitu. Pomocou týchto mechanizmov neurón integruje prijaté signály na zlepšenie účinnosti svojej vlastnej aktivity.

Intracelulárne transformácie v neuróne, iniciované prijatými signálmi, často vedú k zvýšeniu syntézy proteínových molekúl, ktoré v neuróne pôsobia ako receptory, iónové kanály a nosiče. Zvýšením ich počtu sa neurón prispôsobuje povahe prichádzajúcich signálov, zvyšuje citlivosť na významnejšie a oslabuje - na menej významné.

Získanie množstva signálov neurónom môže byť sprevádzané expresiou alebo represiou niektorých génov, napríklad kontrolou syntézy peptidových neuromodulátorov. Pretože sa dodávajú na terminály axónov neurónu a používajú sa v nich na zlepšenie alebo oslabenie účinku svojich neurotransmiterov na iné neuróny, môže neurón v reakcii na signály, ktoré prijíma, mať silnejší alebo slabší účinok na iné nervové bunky, ktoré kontroluje. Vzhľadom na to, že modulačný účinok neuropeptidov môže trvať dlhú dobu, vplyv neurónu na iné nervové bunky môže tiež trvať dlhý čas.

Vďaka schopnosti integrovať rôzne signály môže neurón na ne reagovať nenápadne širokým rozsahom odpovedí, čo mu umožňuje účinne sa prispôsobiť povahe prichádzajúcich signálov a používať ich na reguláciu funkcií iných buniek.

Neurónové obvody

CNS neuróny vzájomne interagujú a vytvárajú rôzne synapsie v mieste kontaktu. Výsledné neurálne dôchodky opakovane zvyšujú funkčnosť nervového systému. Medzi najbežnejšie neurónové obvody patria: lokálne, hierarchické, konvergentné a divergentné neurónové obvody s jedným vstupom (obr. 6).

Lokálne nervové obvody sú tvorené dvoma alebo viacerými neurónmi. V tomto prípade jeden z neurónov (1) poskytne svoj axonový kolaterál neurónu (2), pričom na svojom tele vytvorí axosomatickú synapsiu a druhý - vytvorí synapse na tele prvého neurónu s axónom. Lokálne neurónové siete môžu fungovať ako pasce, v ktorých sú nervové impulzy schopné dlhodobo cirkulovať v kruhu tvorenom niekoľkými neurónmi.

Možnosť dlhodobej cirkulácie excitačnej vlny (nervového impulzu), ktorá vznikla raz v dôsledku prenosu do kruhovej štruktúry, experimentálne ukázala profesora I.A. Vetokhin v experimentoch na nervovom kruhu medúzy.

Kruhová cirkulácia nervových impulzov pozdĺž lokálnych nervových obvodov plní funkciu transformácie rytmu excitácií, poskytuje možnosť predĺženej excitácie nervových centier po ich ukončení a zúčastňuje sa mechanizmov ukladania prichádzajúcich informácií.

Lokálne reťaze môžu tiež vykonávať brzdnú funkciu. Príkladom je opakovaná inhibícia, ktorá sa realizuje v najjednoduchšom lokálnom nervovom reťazci miechy, ktorý je tvorený a-motoneurónom a Renshawovou bunkou.

Obr. 6. Najjednoduchšie nervové obvody centrálneho nervového systému. Popis v texte

V tomto prípade sa excitácia, ktorá vznikla v motorickom neuróne, šíri pozdĺž vetvy axónu, aktivuje Renshawovu bunku, ktorá inhibuje a-motorický neurón.

Konvergentné reťazce sú tvorené niekoľkými neurónmi, z ktorých jeden (zvyčajne efferentný) konverguje alebo konverguje axóny mnohých ďalších buniek. Takéto reťazce sú široko distribuované v centrálnom nervovom systéme. Napríklad pyramídové neuróny primárneho motorického kortexu zbiehajú axóny mnohých neurónov v citlivých oblastiach kortexu. Na motorických neurónoch ventrálnych rohov miechy sa zbiehajú axóny tisícov citlivých a interkalátovaných neurónov rôznych úrovní CNS. Konvergentné reťazce hrajú dôležitú úlohu v integrácii signálov s eferentnými neurónmi a koordináciou fyziologických procesov.

Rozdielne reťazce s jedným vstupom sú tvorené neurónom s vetviacim axónom, z ktorých každá z vetiev tvorí synapsiu s inou nervovou bunkou. Tieto okruhy vykonávajú funkcie súčasného prenosu signálov z jedného neurónu do mnohých iných neurónov. To sa dosahuje silným vetvením (vytvorenie niekoľkých tisíc vetvičiek) axónu. Takéto neuróny sa často nachádzajú v jadrách retikulárnej tvorby mozgového kmeňa. Poskytujú rýchly nárast vzrušivosti mnohých častí mozgu a mobilizáciu jeho funkčných rezerv.