Нейроны. Строение нейронов. Физиология нейронов.
Обновлено: 26.04.2024
Нейрон — структурно-функциональная единица нервной системы, он обеспечивает работу всей системы, принимая и анализируя поступающую информацию и формируя обобщенный ответ, который в виде импульсов передается другой клетке по отросткам. Число нейронов, образующих нервную систему человека, достигает 10“.
Строение нейрона.
Нейрон состоит из тела неправильной формы (сомы) и отростков. Один отросток — аксон — более толстый и длинный, разветвленный на конце, другие (обычно их несколько), дендриты, — разветвленные подобно кроне дерева короткие отростки. Нейроны отличаются по количеству и расположению дендритов (рис. 4.5). В центре сомы нейронов находится одно довольно крупное округлое ядро с 1—3 крупными ядрышками (рис. 4.6).
Усиление функциональной активности нейронов обычно сопровождается увеличением объема ядра и количества ядрышек. В стареющих нейронах ядро становится более плотным, уменьшается в размерах. Нейроны взрослого человека не способны к делению.
Нейроны имеют специализированную плазматическую мембрану, проводящую импульсы. В цитоплазме нейрона хорошо развита эндоплазматическая сеть, объем которой может меняться в зависимости от функциональной активности клетки. Это позволяет поддерживать необходимый уровень синтеза белка. В цитоплазме много митохондрий, элементов аппарата Гольджи, лизосом, в нейроэндокринных клетках можно видеть гранулы секрета (см. рис. 4.6). В нейронах име-
Рис. 4.5. Виды нейронов:
а — униполярный: б — биполярный: в — псевдоуниполярный; г—е — мультиполярные
Рис. 4.6. Строение нейрона:
а — схема; 6 — электронная микроскопия; в — нейрон в культуре ткани (электронная сканирующая микроскопия)
ются также клеточный центр, микротрубочки и микрофила- менты — нейрофибриллы. Последние имеют вид сети в теле нейрона, а в отростках они ориентированы вдоль. Цитоплазма содержит также пигментные вещества, от которых зависит цветовой оттенок нейрона. Большинство из них имеет серый цвет, нейроэндокринные клетки отличаются светлой окраской. Нейроны с черным пигментом образуют черную субстанцию в среднем мозге. Небольшое количество черного пигмента в нейронах придает области их локализации голубоватый цвет (голубое пятно моста). В старости в нейронах накапливается пигмент желтого или коричневого цвета, при этом снижается его функциональная активность.
Нейроны разных областей мозга различаются по форме и степени ветвления дендритов (рис. 4.7).
Сома нейрона и дендриты не имеют миелиновой оболочки, поэтому в массе мозга они имеют серый цвет и образуют серое вещество. Аксоны, покрытые миелиновой оболочкой, образуют белое вещество мозга — это скопления волокон проводящих путей. Миелиновая оболочка аксона начинается
Рис. 4.7. Разнообразие нейронов головного мозга
на некотором расстоянии от сомы; «оголенный» участок аксона, который является как бы коротким продолжением тела нейрона, называется аксонным холмиком. Миелиновая оболочка не сплошная, через определенные интервалы она прерывается — эти места называются перехватами Ранвье (рис. 4.8).
Конечные разветвления аксона вблизи клетки, к которой он подходит, имеют особые контактные образования, называемые синапсами. Они предназначены для передачи сигнала от одной клетки к другой. В пределах ЦНС синаптические окончания аксона расположены на дендритах и в меньшей
Рис. 4.8. Аксон, покрытый миелиновой оболочкой:
а — схема; б — электронная сканирующая микроскопия степени — на соме следующего нейрона. На дендритах для увеличения контактной поверхности образуются выпячивания мембраны — шишки; их число зависит от активности нейрона: чем больше связей образует нейрон, тем более развиты у него шипики. Особенно богаты шиииками нейроны коры больших полушарий и мозжечка.
Размеры аксонов и дендритов, а также характер и степень их ветвления в значительной степени варьируют, что непосредственно связано со спецификой выполняемых нейронами функций. Так, длинные аксоны имеются у двигательных нейронов (мотонейронов) спинного мозга, передающих сигналы к скелетным мышцам, и у пирамидных клеток коры больших полушарий, посылающих команды мотонейронам спинного мозга при выполнении тонких произвольных движений, например, пальцев рук.
Для отростков нейронов характерно явление аксонного транспорта (аксотока) — продвижения цитоплазмы в направлении от тела клетки к окончанию аксона и обратно (рис. 4.9). Скорость тока различна: медленно (1—3 мм/сут- ки) из тела нейрона перемещаются белки, в частности ферменты, необходимые для синтеза медиаторов в окончаниях аксонов; быстрее (5—10 мм/ч) переносятся компоненты, участвующие в синаптической передаче (см. ниже). Скорость перемещения веществ по дендритам — 3 мм/ч. Некоторые вещества переносятся ретроградным током в обратном направлении — от окончаний к телу клетки.
Основная функция нейронов — прием, преобразование и передача информации, закодированной в виде распространяющихся по отросткам нейрона электрических сигналов - потенциалов действия (ПД). Нейроны способны синтезировать биологически активные вещества (медиаторы, нейрогормоны, нейропептиды). У секреторных нейронов гипоталамуса эта способность особенно развита: выделяемые ими
Рис. 4.9. Аксонный транспорт
вещества играют роль нейрорегуляторов не только отдельных органов или их систем, но и целостных поведенческих реакций (см. гл. 3).
Рис. 4.10. Микроэлектродные исследования нейронов коры
Нейрон имеет электровозбудимую мембрану, заряженную отрицательно по отношению к окружающей внеклеточной жидкости. Заряд мембраны — мембранный потенциал, или потенциал покоя (ПП), неодинаков у разных нейронов и зависит от ряда факторов, в том числе от размера нейрона (он больше у крупных нейронов). Как показали микроэлектродные исследования (рис. 4.10), мембранный потенциал равен -40. -70 мВ. Заряд мембраны создается за счет разной концентрации ионов натрия, калия, хлора внутри и снаружи клетки (см. гл. 1). При возбуждении нейрон генерирует ПД, или нервный импульс (рис. 4.11). При этом происходит деполяризация мембраны: в дендритах и соме возникают токи, направленные к аксонному холмику. В области аксонного холмика генерируется нервный импульс (рис. 4.12). Потенциал действия распространяется в направлении от тела клетки по аксону до его окончаний, не «перескакивая» на соседнее волокно. При наличии у нервных волокон миелиновой оболочки распространяющийся ПД вызывает возбуждение не в каждой соседней точке волокна, а только в перехватах Ранвье. Это позволяет
Рис. 4.11. Изменение мембранного потенциала нервного волокна при возбуждении
Рис. 4.12. Генерация потенциалов действия в аксонном холмике
увеличить скорость проведения возбуждения. Скорость распространения ПД напрямую зависит от диаметра аксона — она выше у толстых волокон, а также от величины мембранного потенциала и величины ПД.
Нейрон работает как преобразователь сигналов: он суммирует множество приходящих стимулов и на этой основе формирует собственный ответ. Нейрон, как правило, генерирует не одиночный импульс, а серию из нескольких импульсов, которые идут по аксону с определенной частотой и степенью равномерности. Такое частотное преобразование — один из основных способов кодирования информации в нервной системе.
Многие нейроны обладают спонтанной активностью (активностью, не связанной с внешним сигналом). Они называются пейсмекерными. Обычно пейсмекеры генерируют ритмические разряды с определенной частотой. Пейсмекерные свойства нейронов обусловлены неустойчивостью их мембранного потенциала. Через какие-то определенные промежутки времени происходит периодическая деполяризация мембраны до критического уровня и генерируется импульс или пачка импульсов, после чего колебательные изменения на мембране повторяются.
Функции нейронов в организме четко разграничены. Одни нейроны осуществляют связь всех органов и их систем с ЦНС: так, чувствительные (афферентные) нейроны получают информацию из внешней и внутренней среды, их длинные отростки образуют чувствительные нервы, а окончания — рецепторный аппарат; двигательные (эфферентные) нейроны передают «команды» ЦНС к исполнительным органам (мышцам и железам). Их длинные отростки образуют двигательные нервы.
Другие нейроны выступают в роли «посредников», связывая нейроны между собой, — это интернейроны, иначе называемые вставочными или ассоциативными. Функции нейронов связаны с их локализацией и принадлежат к тому или иному отделу нервной системы. С выполняемой функцией тесно связаны особенности строения и физиологические свойства нейронов. Например, ассоциативные нейроны коры больших полушарий имеют очень мощное ветвление дендритов с большим количеством шипиков. В отличие от них двигательные нейроны (мотонейроны) спинного мозга, пирамидные нейроны коры больших полушарий и коры мозжечка имеют крупные тела, длинные аксоны и хорошо развитый синаптический аппарат.
Нейрон, строение, классификация. Нейроглия. Механизмы проведения возбуждения по нервному волокну.
Нейрон, как структурно – функциональная единица центральной нервной системы, строение и разновидности нейронов. Характеристика дендритов и аксона. Функциональные состояния нейронов. Функциональная классификация нервных волокон. Особенности проведения возбуждения по миелиновым и безмиелиновым нервным волокнам. Глия: клетки глии и их роль.
Нервная ткань образована двумя типами клеток: собственно нервными клетками или нейронами и клетками глии. В процессе дифференцировки при развитии мозга они специализируются на выполнение различных задач.
За исследования строения нервной системы в 1906 году К. Гольджи и Рамон –Кахал награждены Нобелевской премией. С тех пор проделано достаточное количество работ по исследованию структуры и функции нейронов.
Нейроны – их общее количество составляет 10 11 -10 12 в центральной нервной системе. К моменту рождения ребенка нейроны утрачивают способность к делению, поэтому их число в течение последующей жизни постепенно снижается. В сутки гибнет у взрослого человека до 80 тысяч нервных клеток. Гибель нейронов ускоряется в старости. В некоторых участках мозга погибает от 20 до 40 % нейронов. При СПИДе погибает до 40-50 % нейронов в коре больших полушарий.
Размеры нейронов колеблются в диаметре от 4-5мкм до 140-150мкм. У каждого нейрона имеется тело (сома), где содержатся ядро и цитоплазматические органеллы, ответственные за синтез белков, медиаторов и других важных компонентов клетки. От тела нейрона отходят два типа отростков: дендриты и аксон. Количество дендритов у различных нейронов может существенно отличаться, причем, каждый дендрит еще может дополнительно ветвиться. Таким образом, количество их может быть от 5-1500. Примерно 80-90 % поверхности нейронов приходится на долю дендритов. Через дендриты нейрон имеет входы для возбуждения. От тела нейрона отходит один отросток – аксон. Толщина и длина аксонов у различных нейронов различна. Длина аксона может быть от 0,1 мм до 3 м у некоторых животных. Аксон по ходу может давать ответвления или коллатерали, которые увеличивают возможность передачи информации в центральной нервной системе. Так, один нейрон в головном мозге может за счет коллатералей аксона передать сигналы 5000 нейронов. Кроме того, коллатерали также дополнительно распадаются на тонкие веточки. Все веточки аксонов заканчиваются синапсами на других клетках. Каждый нейрон покрыт мембраной, которая имеет в покое мембранный потенциал, а при возбуждении формирует потенциал действия или нервный импульс.
Существует огромное многообразие нейронов. Классификациянейронов осуществляется по трем признакам: морфологическим, функциональным и биохимическим.По морфологическим признакам выделяют: униполярные, биполярные и мультиполярные нейроны. Униполярные — нейроны с одним отростком (в центральной нервной системе человека не встречаются); Некоторые авторы находят их в сетчатке глаза. Биполярные нейроны – нейроны с двумя отростками, это сенсорные нейроны они имеют один дендрит и один аксон. Мультиполярные нейроны, имеющие несколько дендритов и один аксон, наиболее распространены в центральной нервной системе.
По функции нейроны разделяют на три типа: 1) афферентные или чувствительные, или центростремительные. Тела большинства таких нейронов находятся вне центральной нервной системы в спинномозговых ганглиях, их дендриты начинаются рецепторами, а аксон через задние корешки спинного мозга направляется в центральную нервную систему; 2) эфферентные нейроны или двигательные, или центробежные предназначены для передачи информации от центральной нервной системы к рабочим органам; 3) вставочные или интернейроны осуществляют передачу возбуждения с афферентного на другие вставочные или на эфферентные нейроны. На их долю приходится 97-99 % от общего объема нейронов в центральной нервной системе. Вставочные нейроны по своей функции могут быть возбуждающими и тормозными.
Биохимическая классификациянейронов основана на химических особенностях медиаторов – веществ, выделяемых нейронами. Различают: ацетилхолинергические, адренергические, серотонинергические, дофаминергические, ГАМКергические и другие нейроны.
Функциональные состояния нейронов: 1) состояние покоя — мембранный потенциал имеет стабильный уровень, но нейрон может быть в любой момент возбужден; 2) состояние активности или состояние возбуждения — в нейроне формируется потенциал действия; 3) состояние торможения – нейрон не может проявлять свою активность.
Физиология нервных волокон: дендритов и аксонов. Нервные волокна заключены в глиальную оболочку. Глиальная оболочка в разных нейронах устроена по-разному. В одних случаях она содержит миелин, а в других – нет. В связи с этим нервные волокна подразделяются на миелиновые или мякотные и безмиелиновые или безмякотные. Миелиновые нервные волокна — это аксоны, окруженные глиальными клетками, которые вырабатывают миелин. Миелиновая оболочка — это результат множества витков швановской клетки вокруг аксона в периферическом отделе нервной системы. А в центральной нервной системе миелиновая оболочка – это результат вращения вокруг аксона отростка олегодендроцита – глиальной клетки. В отличие от швановской клетки, которая обеспечивает миелиновую оболочку отдельным нервным волокнам, олегодендроцит может оборачивать до 40-50 нервных волокон. По ходу аксона миелиновая оболочка имеет прерывистый характер, образует участки, не покрытые миелином. Их называют перехватами Ранвье. Они играют важную роль в проведении возбуждения по нервным волокнам. Миелиновые нервные волокна составляют большую часть нервных волокон и характеризуются высокой скоростью проведения возбуждения от 5 до 120м/с. Совокупность миелиновых волокон и образует белое вещество мозга.
Среди факторов наиболее опасных для нейронов является гипоксия, т. е. недостаток кислорода. Мозг составляет 2-2,5 % от массы тела, а потребляет 20 % кислорода. При 3-5 минутном отсутствии кислорода происходит гибель нейрона.
Нейроглия – это обширная группа клеток мозга, выполняющих опорную, трофическую, барьерную и защитную функции. Без нейроглии нейроны не могут существовать. Клетки глии мельче нейронов, но число их в 5-10 раз превышает число нейронов, а их совокупный объем равен примерно половине мозга. Глиальные клетки способны делится. Если с возрастом число нейронов уменьшается, то число глиальных клеток может нарастать, что лежит в основе развития опухолей мозга. Основными представителями глиальных клеток являются астроциты, олигодендроциты и микроглия. Астроциты или звездчатые клетки, наиболее крупные, выполняют опорную, разграничительную, транспортную, метаболическую и защитную функции. Они создают оптимальное микроокружение нейронов, формируют гематоэнцефалический барьер, изолируют тела нейронов и их отростки. Астроциты регулируют содержание ионов калия вокруг нейронов, захватывают медиаторы из синаптической щели, кроме того они обладают фагоцитарной активностью. При повреждении нервной системы астроциты формируют глиальный рубец.
Олигодендроциты отделяют нейроны друг от друга и выполняют две функции: обеспечивают образование миелина и способствуют питанию нейронов.
Механизмы проведения возбуждения по нервным волокнам.Основной функцией нервных волокон является проведение возбуждения или нервных импульсов. За возникновение и проведение нервных импульсов ответственна плазматическая мембрана нервных волокон. В безмиелиновых нервных волокнах возбуждение распространяется непрерывно вдоль всей мембраны от возбужденного участка к невозбужденному за счет формирования местных или локальных токов.
В миелиновых волокнах возбуждение распространяется только по участкам, не покрытым миелином, по перехватам Ранвье, «перепрыгивая» через участки, покрытые изолирующей миелиновой оболочкой. Такое проведение называется сальтаторным. В состоянии покоя мембрана всех перехватов заряжена на поверхности положительно, разности потенциалов между перехватами не существует. В момент возбуждения мембрана возбужденного перехвата становится заряжена на поверхности электроотрицательно по отношению к поверхности невозбужденного соседнего участка, а внутри клетки — электроположительно по отношению к невозбужденному соседнему участку мембраны. Между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна формируется электрический ток, в результате чего возбуждение передается от одного перехвата Ранвье к другому вдоль нервного волокна. Плотность натриевых каналов в зоне перехватов очень велика, это и делает мембрану высоко возбудимой. Разность потенциалов возникающая в перехватах Ранвье, в 5-6 раз превышает пороговую величину, необходимую для возбуждения мембраны соседнего перехвата. Поэтому величина ПД по мере проведения по нервному волокну сохраняется постоянной, т. е. не убывает. Длина межперехватных участков пропорциональна диаметру волокна, поэтому, чем больше диаметр волокна, тем выше скорость проведения возбуждения. В наиболее толстых миелиновых волокнах она достигает 120м/с.
Нейроны. Строение нейронов. Физиология нейронов.
Нейроны. Строение нейронов. Физиология нейронов.
Нервные клетки, нейроны, или нейроциты — ведущий клеточный дифферон нервной ткани. Клетки осуществляют рецепцию сигнала, передачу его другим нервным клеткам или клеткам-эффекторам с помощью нейромедиаторов. Нейроны отличаются большим разнообразием своих размеров, формы, строения, функции и реактивности. Они занимают определенное место в составе рефлекторных дуг, представляющих материальный субстрат рефлексов. В связи с этим по функциональным свойствам различают чувствительные (рецепторные), вставочные (ассоциативные) и двигательные (эффекторные) нейроны.
По гистологическим признакам нервные клетки подразделяются на звездчатые, пирамидные, веретеновидные, паукообразные и др. На форму клеток влияют число отростков и способы их отхождения от тела нейрона. Тело нервной клетки содержит нейроплазму и обычно одно ядро. Размер тела варьирует в широких пределах от 5 до 130 мкм. Отростки имеют длину от нескольких микрометров до 1-1,5 м.
По количеству отростков выделяют нейроны униполярные (с одним отростком), псевдоуниполярные, биполярные (с двумя отростками) и мультиполярные (с числом отростков более двух). Отростки нервных клеток специализированы на выполнение определенных функций и потому подразделяются на два вида. Одни из них называются дендритами (от dendron — дерево), поскольку они сильно ветвятся. Эти отростки воспринимают раздражение и проводят импульсы по направлению к телу нейрона. Отростки другого вида называются аксонами. Они выполняют функцию отведения нервных импульсов от тела нейрона. Нервные клетки имеют несколько дендритов, но один аксон.
Ядро нервной клетки крупное, круглое, содержит деконденсированный хроматин. В ядре определяется одно-два крупных ядрышка. Большинство ядер содержит диплоидный набор хромосом. В некоторых типах нейронов (грушевидные нейроны диплоидные ядра со степенью полиплоидии до 4-8 п. Ядро нейрона осуществляет регуляцию синтеза белков в клетке. Для нервных клеток характерен высокий уровень синтеза РНК и белков. В нейроплазме имеются хорошо развитые элементы внутренней метаболической среды (гранулярная эндоплазматическая сеть с большим количеством рибосом, митохондрии, коплекс Гольджи).
При световой микроскопии в нейроплазме выявляется хроматофильная субстанция, или субстанция Ниссля, что связано с наличием в нейроплазме РНК. Субстанция Ниссля является основным белоксинтезирующим компонентом нервной клетки. Она располагается чаще всего вокруг ядра, но встречается и на периферии тела нейрона, а также в дендритах. У места отхождения аксона (в аксонном холмике) и по ходу аксона субстанция Ниссля не определяется. В зависимости от функционального состояния нейрона величина и расположение глыбок субстанции Ниссля могут значительно меняться. Исчезновение субстанции называют хроматолизом.
В цитоплазме нервных клеток выявляются компоненты опорно-двигательной системы (микротрубочки, промежуточные филаменты — нейрофиламенты и микрофиламенты). Нейрофиламенты — это фибриллярные структуры диаметром 6-10 нм, состоящие из спиралевидно расположенных молекул кислых белков. Микротрубочки — цилиндрические структуры диаметром 24 нм. Под световым микроскопом эти структуры не видны. Однако при импрегнации препаратов нервной ткани солями серебра происходят агрегация нейрофиламентов, осаждение на них металлического серебра, и тогда нитчатые структуры становятся видимыми. Такие искусственно агрегированные образования описаны под названием нейрофибриллы.
Проходят они в теле нейрона в разных направлениях, а в отростках — параллельно продольной оси, обеспечивая ток аксоплазмы в двух направлениях. В нейроплазме выявляются центриоли. Основная часть белков нейроплазмы постоянно обновляется. Показано непрерывное смещение аксоgлазмы по направлению от тела клетки к терминальным разветвлениям аксона (антероградный транспорт). Ток аксоплазмы происходит со скоростью около 2-5 мм в сутки. Кроме медленного перемещения аксоплазмы, существует механизм быстрого перемещения белков по отросткам нервных клеток. Структурную основу быстрого (от 400 до 2000 мм в сутки) транспорта веществ от тела по отросткам составляют микрофиламенты и нейротрубочки.
В аксонах и дендритах нейронов наблюдается также ретроградный транспорт, когда макромолекулярный материал от периферических частей отростков доставляется в тело нейрона.
Непрерывное обновление белков в нервных клетках рассматривают как своеобразную модификацию физиологической регенерации (внутриклеточную) в стабильной клеточной популяции нейронов.
Нейроны
Нейрон — электрически возбудимая клетка, которая обрабатывает, хранит и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов.
Содержание
Строение нейронов
Клетка нейрона содержит ядро, тело клетки и отростки (дендриты и аксоны). Если можно так сказать, то нейрон - это самая "отросчатая" клетка в человеческом организме, так как его дендриты и аксоны растягиваются словно провода, соединяя нейрон с другими нейронами.
Так, нейроны соединяются один с другим, формируя биологические нейронные сети. По сути, циркуляция возбуждения в этих сетях - это и есть наше мышление, наши чувства, это и есть мы.
Нейроны бывают разного размера: от 4 до 100 мкм в ширину.
Чтобы представить их размер, сравните с точкой в этом тексте, её размер примерно 500 микрон, т.е. в одной точке может содержаться около 100 нервных клеток.
Дивергенция - способность одиночного нейрона устанавливать многочисленные связи
Дивергенция - способность одиночного нейрона устанавливать многочисленные связи с различными нервными клетками.
Ниже на видео показано формирование нейронных систем. Рост живой нейронной сети.
Таким образом, каждый нейрон может обеспечивать широкое распространение импульса из одной точки на целый орган или систему. Также, благодаря процессу дивергенции одна и та же клетка может участвовать в организации различных реакций и контролировать большее число нейронов.
В ходе исследований был снят процесс изменения структуры нейронных связей в живом организме:
Синапс - соединение между нейронами
Как происходит передача нервного импульса от одного нейрона к другому
Микрофотография вскрытого нервного окончания. Можно увидеть везикулы с нейромедиатором (синие, фиолетовые и оранжевые шарики).
Вопреки расхожему мнению, передача нервного импульса вовсе не электрический процесс (в отличие от проведения импульса). Всё это - химический процесс, который осуществляется благодаря медиаторам.
Нейромедиаторы — короткоживущие вещества локального действия; они выделяются в щель между нейронами и передают сигнал соседним клеткам. Всё это соединение двух нейронов называется синапс.
Так выглядит синапс - соединение между нейронами. В данный момент через синаптическую щель происходит транспорт молекул активного вещества для передачи возбуждения на другой нейрон.
Зачем организму необходимы такие синапсы? Почему нельзя просто непрерывно передавать импульс? На 100 процентов пока ещё нельзя сказать, однако, понятно одно - подобные щели позволяют лучше контролировать и направлять нервные процессы в нашем организме. Вместо простого проведения импульса из точки А в точку Б, наш мозг как бы расставляет "блокпосты", на которых он может затормозить импульс (сделать рецепторы нечувствительными к нейромедиатору) или же, например, ускорить его (путём увеличения количества медиатора в щели).
Весь процесс транспортировки нейромедиатора через синаптическую щель в анимации ниже:
Кора мозжечка в 3D, где красными дендритными деревьями раскинулись среди прочих нервных клеток ветвистые нейроны Пуркинье, способные образовывать до 100 тысяч соединений (синапсов).
Нервные импульсы перемещаются со скоростью 402 километра в час
Ощущение боли, по сути, наступает мгновенно, когда вы касаетесь чего-то горячего или укалываетесь иголкой. Благодаря нашей высокоразвитой нервной системе человек может реагировать менее чем за миллисекунду на вещи, от которых следует держаться подальше.
Нервные импульсы настолько быстрые, что электрические сигналы, отвечающие за ощущения, путешествуют в мозг и из мозга со средней скоростью 402 километра в час.
Миелин предотвращает рассеивание нервных импульсов
Миелиновая оболочка — электроизолирующая жирная белая оболочка, покрывающая аксоны многих нейронов.
Миелин нарастает на наиболее часто используемых путях в мозге. Нейроны с миелином передают электрические сигналы в 10 раз быстрее, чем нейроны без миелина.
Миелин прерывается только в области перехватов Ранвье, которые встречаются через правильные промежутки длиной 0.2 mm – >1 mm. В связи с тем, что ионные токи не могут проходить сквозь миелин, вход и выход ионов осуществляется лишь в области перехватов. Это ведёт к увеличению скорости проведения нервного импульса. Таким образом, по миелинизированным волокнам импульс проводится приблизительно в 5—10 раз быстрее, чем по немиелинизированным.
Миелиновую оболочку образуют глиальные клетки: в периферической нервной системе — Шванновские клетки, в центральной нервной системе — олигодендроциты. Миелиновая оболочка формируется из плоского выроста тела глиальной клетки, многократно оборачивающего аксон подобно изоляционной ленте.
Общая длина волокон миелина человеческого мозга (включая и волокна, что соединяют между собой полушария, формируя так называемое мозолистое тело) оценивается в примерно 150 тысяч километров. Это равно четырем окружностям земного экватора.
Как нейроны анализируют поступающие импульсы
Чтобы не оказаться перегруженным информацией, он должен уметь судить о степени ее значимости и делать ее предварительный анализ.
Эта вычислительная деятельность происходит внутри клетки. Там складываются возбуждающие и вычитаются тормозящие импульсы.
И для того чтобы нейрон сгенерировал собственный импульс, необходимо, чтобы сумма предыдущих оказалась больше определенного значения.
Если сложение возбуждающих и тормозящих импульсов не превысит этот предел, нейрон будет "молчать".
Образование новых нейронов
Нейрогенез и синаптический прунинг
Мозг обладает способностью к нейрогенезу, то есть к образованию новых нейронов, только во время внутриутробного развития, до первых месяцев жизни.
Однако в первые три года жизни образует максимальное количество синапсов. Согласно некоторым исследованиям, у малыша трех лет от роду в мозге действует около миллиона миллиардов контактов: каждый нейрон вступает в контакт с другим не менее 15 тысяч раз.
У взрослого сохраняется примерно половина этих соединений. Очень любопытный выбор эволюции: вместо того чтобы накапливать связи, она предпочла создать их избыток, чтобы потом спокойно пожертвовать лишними.
Этот процесс называется синаптический прунинг.
Изучение нейрогенеза (образования новых нервных клеток — нейронов) — относительно новое направление исследований. За последние годы было доказано, что новые нейроны на протяжении всей жизни образуются в мозге многих млекопитающих, однако по вопросу о нейрогенезе у человека консенсуса в научном сообществе к 2019 году до сих пор нет.
Новые методы визуализации (такие, как конфокальная микроскопия), позволили доказать, что по крайней мере до полового созревания новые нейроны образуются в человеческом гиппокампе — области мозга, участвующей в формировании эмоций и памяти.
Исследования показывают, что в зубчатой фасции (части мозга, где происходит нейрогенез) имеются тысячи молодых, не до конца оформившихся нейронов во всех пробах, вне зависимости от возраста людей. Однако чем старше человек, тем меньше в зубчатой фасции клеток, вырабатывающих вещества, которые связаны со способностью мозга к перестройке существующих нейронных связей и образованию новых.
В заключении можно сказать, что всё-таки во взрослом возрасте также появляются новые нейроны, однако они образуют меньше связей друг с другом и другими нейронами, или реже мигрируют в другие отделы мозга, так что мы не можем назвать это полной регенерацией.
Влияние алкоголя на нейроны плода
В умеренных дозах алкоголь не убивает взрослые нейроны, но он может оказывать сильное воздействие на развивающиеся нервные клетки.
Поскольку почти все нейроны формируются и перемещаются на свои места еще до рождения, мозг плода очень восприимчив к алкоголю.
Алкоголь может убить недавно появившиеся на свет нейроны, воспрепятствовать их рождению и помешать их перемещению от места рождения на место конечного пребывания.
Даже кратковременного увеличения уровня алкоголя в крови бывает достаточно, чтобы некоторые нервные клетки плода погибли.
Глиальные клетки - клей для нейронов
Глиальные клетки действительно, как думали ученые раньше, играют роль клея – они окружают нейроны и удерживают их в определенном месте.
Кроме того, они поставляют нейронам топливо – питательные вещества и кислород – и работают электриками, выстраивая миелиновые оболочки, регулирующие передачу потенциала вдоль аксонов.
Освоили глиальные клетки и профессию дворников – они задерживают патогены и устраняют нейроны, прекратившие всякую активность.
Без этих важных функций глиальных клеток человеческий мозг не мог бы функционировать столь эффективно, как сейчас.
Как мы теряем нервные клетки с самого рождения
Сколько нейронов (нервных клеток) в мозге человека? У нас их около 85 миллиардов. Для сравнения, у медузы - всего 800, у таракана - миллион, а у осьминога - 300 млн. Многие считают, что нервные клетки гибнут лишь в пожилые годы, но большая их часть теряется нами еще в детстве, когда в голове ребенка происходит процесс естественного отбора. Как в джунглях, среди нейронов выживают наиболее эффективные и приспособленные.
Правда ли, что мозг человека работает как компьютер?
Это не совсем так, ведь мозг человека гораздо мощнее. Компьютер работает последовательно, а мозг человека параллельно. Это связано с тем, что нейроны выполняют одновременно все функции компьютера — запоминание, воспроизведение, хранение.
Одна ячейка памяти компьютера может иметь только одно из двух значений, а мозг устроен гораздо сложнее в этом плане. У нейронов есть так называемые шипики — отростки, которые и отвечают за соединения и получение связей. Это прямой аналог нуля и единицы в ячейке данных памяти компьютера. Один нейрон может иметь более 20 соединений. Это говорит о том, что наш мозг настолько совершенен, что компьютеры не смогут приблизиться к нему по уровню производительности, скорее всего, никогда.
Роль нейронов в работе памяти
Физиологической основой памяти являются "следы" ранее бывших нервных процессов, сохраняющихся в мозге. Любой вызванный внешним раздражением нервный процесс (например, передача изображения какого-то рисунка в мозг), не проходит для нервной ткани бесследно, а оставляет в ней как бы «след» в виде определенных функциональных изменений. Таким образом, при восприятии определенной информации, между некоторыми группами нейронов образуется связь, которая и кодирует эту инфорамцию. И чем чаще данная информация поступает в мозг, тем чаще нервный импульс проходит по связи и тем больше связь "закрепляется".
Когда мы увидим, например, рисунок еще раз, то нервный импульс пройдет по знакомому пути и связь между определенными нейронами станет еще сильнее и так далее.
Согласно последним исследованиям, материальным носителем информации о разных событиях является не возбуждение разных нейронов, а различные комплексы нейронных сетей, которые и образуются в момент восприятия информации.
Ниже запись эксперимента на эту тему: здесь нейроны образуют между собой новые связи прямо в пробирке.
Нейроны, специализирующиеся на распознавании лиц
В зрительной зоне мозга существуют нейроны, специализирующиеся на распознавании лиц. Они анализируют черты лица, в первую очередь – форму глаз, и относят их к категории «человеческие лица».
После этого они сравнивают эти образы с образами, хранящимися в памяти. В результате, мы можем быстро распознавать лица наших родственников и знакомых.
При поражении этой зоны мозга возникает невозможность распознавать лица, даже самые знакомые, при том, что и зрение и распознавание других объектов может оставаться на нормальном уровне.
Чтение мыслей
Исследования
1860: Первое описание нейрона Отто Дейтерса
Этот рисунок сделал в 1860 году молодой немецкий анатом Отто Дейтерс. На тот момент ему было всего 26 лет.
Это — первое в истории полноценное описание классического нейрона, в котором были выделены дендриты и аксон.
Отто Дейтерс умер от тифа всего в 29 лет, однако успел сделать в нейронанатомии очень много.
Функции нейронов: как работают и какую задачу выполняют
Наше тело состоит из бесчисленного множества клеток. Приблизительно 100.000.000 из них являются нейронами. Что такое нейроны? Каковы функции нейронов? Вам интересно узнать, какую задачу они выполняют и что вы можете благодаря им делать? Рассмотрим это подробнее.
Функции нейронов
Вы когда-нибудь задумывались о том, как информация проходит через наше тело? Почему, если что-то причиняет нам боль, мы сразу же неосознанно одёргиваем руку? Где и как мы распознаём эту информацию? Всё это — действия нейронов. Как мы понимаем, что это холодное, а это — горячее…а это мягкое или колючее? За получение и передачу этих сигналов по нашему телу отвечают нейроны. В этой статье мы подробно расскажем о том, что такое нейрон, из чего он состоит, какова классификация нейронов и как улучшить их формирование.
Основные понятия о функциях нейронов
Прежде, чем рассказывать о том, каковы функции нейронов, необходимо дать определение того, что такое нейрон и из чего он состоит.
Вы хотите знать, как работает ваш мозг? Каковы ваши сильные и, возможно, ослабленные когнитивные функции? Присутствуют ли симптомы, свидетельствующие о наличии какого-либо расстройства? Какие способности можно улучшить? Получите ответы на все эти вопросы менее, чем за 30-40 минут, пройдя Общий когнитивный тест CogniFit
Нейроны — это клетки, формирующие нервную систему, другими словами, нервные клетки. Самыми главными функциями нейронов являются получение информации и её передача посредством электрических импульсов по всем каналам коммуникации, по всей нервной системе. Для того, чтобы нейроны могли осуществлять свои функции, им необходимы следующие части, образующие структуру нейрона:
- Сома: тело или главная часть нейрона. В ней находится ядро.
- Аксоны: речь идёт о нервном волокне, через которое электрические импульсы передаются другим нейронам. В наиболее отдалённой от сомы части этого волокна находится много нервных окончаний, которые одновременно связываются с огромным количеством нейронов.
- Дендриты: разветвлённые отростки нейрона, через которые нейрон получает информацию от других нейронов.
Форма, посредством которой могут между собой общаться нейроны (отправлять информацию и получать её от других нейронов) называется Синапс. Речь идёт о процессе, при котором аксон одного нейрона передаёт информацию дендритам другого нейрона (канал между двумя частями нейронов называют «синаптическая щель»).
Функции нейронов
Наше тело выполняет много задач и обрабатывает огромный объем информации, идущей от мозга через всю нервную систему. Вследствие этого нейронам необходимо иметь специализацию. По этой причине, несмотря на то, что основной функцией нейронов является получение и передача информации, существуют различные типы нейронов, различающихся по:
Функциям нейронов:
- Моторные или эфферентные: отвечают за передачу информации в виде электрических импульсов от центральной нервной системы к мышцам или железам.
- Чувствительные или афферентные: нейроны, которые связывают наш мозг с внешним миром. Это нейроны, которые получают информацию от различных чувств, ощущений, таких как боль, давление, температура… Включая более специализированные нейроны, «говорящие» о вкусах и запахах.
- Промежуточные/интеркалярные или ассоциативные нейроны: нейроны, обеспечивающие коммуникации между афферентными и эфферентными нейронами.
Структуре:
- Униполярные: нейроны, обладающие только одним раздваивающимся отростком, выходящим из сомы, и работающие одновременно как дендрит и как аксон (вход и выход). В своём большинстве это сенсорные нейроны.
- Биполярные нейроны: имеют два отростка, один из которых работает как дендрит (вход), а другой как аксон (выход). Этот вид нейронов находится в сетчатке, улитке или передней части ушного лабиринта, вестибулярной системе и обонятельной области слизистой оболочки носа.
- Мультиполярные: этот вид нейронов преобладает в нашей центральной нервной системе. Обладают большим количеством входных отростков (дендритов) и только одним выходным (аксон). Находятся в головном или спинном мозге.
Типу нейротрансмиттера (нейромедиатора), усиливающего функцию нейрона:
- Серотонинергические — производят Серотонин (связан с настроением).
- Дофаминергические — производят Дофамин (связан с удовольствием).
- ГАМК-ергические — производят ГАМК (основной тормозной нейротрансмиттер).
- Глутаматергические — производят Глутамат (основной возбуждающий нейротрансмиттер, связанный с памятью и воспоминаниями).
- Холинергические — производят Ацетилхолин (Нейромедиатор, широко распространённый в Центральной Нервной Системе. Многосторонни).
- Норадренергические — производят Норадреналин/норэпинефрин (действует как нейротрансмиттер и как гормон. Связан с увеличением сердечного ритма и кровяным давлением).
- Вазопрессинергические — производят Вазопрессин (играет ключевую роль в гомеостатическом регулировании жидкости, глюкозы и солей в крови).
- Окситоцинергические — производят Окситоцин (связан с любовью, романтическими отношениями и сексуальным поведением…).
Могут ли для улучшения функций нейронов образовываться новые нервные клетки ?
Ранее считалось, что на протяжении человеческой жизни новые нейроны в мозге не образуются. Однако группа учёных Каролинского Медицинского Института (Швеция) провела эксперимент с использованием углерода-14, который показал, что в человеческом мозге, а именно, в Гиппокампе, ежедневно могут рождаться 1400 клеток. Однако с возрастом эта цифра сокращается.
Этот процесс формирования нейронов называется Нейрогенез. Тот факт, что даже в зрелом возрасте возникают новые нейроны, играет важнейшую роль для их функций, а также пластичности и способности мозга адаптироваться к новым ситуациям.
Советы: как улучшить функции нейронов
Как и всегда, здоровые привычки играют важную роль в оптимальном развитии функций нейронов. Наш мозг благодарит нас за заботу о теле. Как говорится, «в здоровом теле — здоровый дух». Что мы можем сделать, чтобы улучшить пластичность мозга и нейрогенез?
- Спать, отдыхая: необязательно спать строго 8 часов. У каждого из нас свой ритм сна, и есть люди, для которых вполне достаточно спать 7 или 7,5 часов. Однако важно, чтобы сон был восстанавливающим.
- Использовать умеренные физические нагрузки и стимуляции: нейрогенез происходит для адаптации к окружающему миру. Это связано с преодолением трудностей для достижения наших целей, что, в свою очередь, задействует наши навыки принятия решений.
- Избегать чрезмерного стресса: небольшой уровень стресса полезен, но всегда надо знать когда мы «переходим черту».
- Заниматься сексом: это отличный способ стимуляции и борьбы со стрессом, а также физическая нагрузка.
- Делать упражнения для мозга:CogniFit («КогниФит») является лидером среди программ по когнитивной стимуляции, все упражнения можно выполнять онлайн с помощью любого устройства — компьютера, телефона, планшета. Нейропсихологи и нейроучёные разработали увлекательные упражнения в виде простых игр, с помощью которых можно профессионально «тренировать» основные функции головного мозга. Эта программа была высоко оценена научным сообществом и в настоящее время применяется в различных медицинских учреждениях, школах, колледжах и университетах по всему миру. Откройте для себя этот простой инструмент, с помощью которого каждый сможет профессионально протестировать и потренировать свой мозг.
Недостаток сна, однообразие, постоянная рутина и высокий уровень стресса приводят к замедлению нейрогенеза.
Могут ли нейроны умереть?
Конечно, и это происходит по разным причинам.
- По программе (Апоптоз): В детстве, когда мы развиваемся, наш мозг производит клеток больше, чем мы используем. В определённый момент все эти незадействованные клетки программируют свою гибель. Это же происходит и в старости — с нейронами, которые уже не могут получать и передавать информацию.
- Из-за асфиксии: Нейронам, как и нам, нужен кислород. Если они перестают его получать, то погибают.
- Из-за болезней: Альцгеймер, Паркинсон, СПИД…
- Из-за сильных ударов по голове: серьёзные травмы вызывают гибель нейронов. Это хорошо известно, например, в мире бокса.
- Из-за интоксикации: Употребление алкоголя и других веществ может нанести урон нейронам, и как следствие, их разрушение.
Выводы о нейронных функциях
Мы с вами узнали о том, что нейроны — это маленькие связные, которые передвигаются по всему нашему телу. Таким образом, функции нейронов заключаются в получении и передаче информации, как от различных структур (мышц и желез), так и от других нейронов.
Сейчас мы уже можем ответить на вопрос, который был задан в самом начале статьи: почему, если что-то причиняет нам боль, мы сразу же неосознанно одёргиваем руку? Чувствительные нейроны получают информацию о боли, а моторные нейроны в ответ посылают сигнал убрать руку.
Мы увидели, что внутри нашего тела на протяжении всей жизни, всё время, каждую секунду, проходят бесконечные информационные, коммуникационные потоки и электрические импульсы.
Также мы с вами узнали о том, что наш организм постоянно находится в процессе развития, с момента рождения до старости. Наша нейронная структура в гиппокампе также меняется, благодаря нейрогенезу и гибели нейронов.
Призываю вас вести здоровый образ жизни, развлекаться, учиться и стремиться к личностному росту. Это поможет вам сберечь нейроны, ваших маленьких почтальонов.
В статье есть ссылки на другие материалы, в которых можно подробнее прочитать информацию по той или иной теме. Если вам интересна тема Нейрогенеза, рекомендую также прочитать вот эту интересную статью о том, как предотвратить деменцию.
Читайте также: