Az agy neuronjai - a szerkezet, az osztályozás és az utak
Agyunk kimeríthetetlen lehetőségeiről irodalmi hegyeket írtunk. Képes egy hatalmas mennyiségű információt feldolgozni, amit még a modern számítógépek sem tudnak megtenni. Ráadásul az agy normál körülmények között megszakítás nélkül működik 70-80 évig. És minden évben megnő az életének időtartama, és így egy személy élete.
E legfontosabb és sok szempontból titokzatos szerv hatékony munkáját elsősorban kétféle sejt biztosítja: neuronok és glia. A neuronok felelősek az információk, a memória, a figyelem, a gondolkodás, a képzelet és a kreativitás fogadásáért és feldolgozásáért.
Neuron és annak szerkezete
Gyakran hallja, hogy egy személy szellemi képességei garantálják a szürke anyag jelenlétét. Mi ez az anyag és miért szürke? Ez a szín az agykéreg, amely mikroszkópos sejtekből áll. Ezek neuronok vagy idegsejtek, amelyek biztosítják agyunk működését és az egész emberi test kontrollját.
Hogy van az idegsejt
A neuron, mint bármely más élő sejt, egy magból és egy sejtből áll, amelyet soma-nak hívnak. Maga a sejt mérete mikroszkopikus - 3-100 mikron. Ez azonban nem akadályozza meg, hogy a neuron a különböző információk valódi tárolója legyen. Minden idegsejt tartalmaz egy teljes génkészletet - a fehérjék előállítására vonatkozó utasításokat. A fehérjék egy része részt vesz az információ továbbításában, mások védőhéjat képeznek maguk körül a sejt körül, mások részt vesznek a memóriafolyamatokban, negyedik a hangulat megváltozását stb.
Még egy kis fehérjék előállítására irányuló programok egy kis hibája súlyos következményekkel, betegségekkel, mentális zavarokkal, demenciával stb.
Minden neuront egy gliasejt védőköpeny veszi körül, szó szerint betölti a teljes intercelluláris teret, és az agy anyagának 40% -át teszi ki. A glia vagy a gliasejtek gyűjteménye nagyon fontos feladatokat lát el: védi a neuronokat a kedvezőtlen külső hatásoktól, tápanyagokat biztosít az idegsejtekhez, és eltávolítja metabolikus termékeiket.
A gliasejtek őrzik a neuronok egészségét és integritását, ezért nem teszik lehetővé számos idegen vegyi anyag belépését az idegsejtekbe. Beleértve a kábítószereket. Ezért az agy aktivitásának megerősítésére tervezett különböző gyógyszerek hatékonysága teljesen kiszámíthatatlan, és az egyes személyekre eltérő módon hatnak.
Dendritek és axonok
A neuron komplexitása ellenére önmagában nem játszik jelentős szerepet az agyban. Idegrendszeri tevékenységünk, beleértve a mentális aktivitást is, számos neuron kölcsönhatásainak eredménye. Ezeknek a jeleknek a fogadása és továbbítása, pontosabban gyenge villamos impulzusok jelentkeznek idegszálak segítségével.
A neuronnak több rövid (kb. 1 mm) elágazó idegrostja van - dendritek, így nevezték el a fával való hasonlóságuk miatt. A dendritek felelősek más idegsejtekből származó jelek fogadásáért. És ahogy a jeladó az axon működését végzi. Ez a rost a neuronban csak egy, de akár 1,5 méter hosszúságot is elérhet. Az axonok és dendritek segítségével az idegsejtek egész neurális hálózatokat alkotnak. És minél bonyolultabb a kölcsönhatások rendszere, annál nehezebb a szellemi tevékenységünk.
Neuron működik
Idegrendszerünk legösszetettebb tevékenységének alapja a gyenge elektromos impulzusok cseréje a neuronok között. A probléma azonban az, hogy egy idegsejt axonja és a másik dendritjei nem kapcsolódnak egymáshoz, köztük van egy intercelluláris anyaggal töltött tér. Ez az úgynevezett szinaptikus hasadék, és nem tudja leküzdeni a jelét. Képzeld el, hogy két ember egymás felé nyújtja a karját, és nem éri el teljesen.
Ezt a problémát egy neuron egyszerűen megoldja. A gyenge elektromos áram hatására elektrokémiai reakció lép fel, és fehérje molekula - neurotranszmitter - képződik. Ez a molekula átfedi a szinaptikus rést, és egyfajta híd lesz a jel számára. A neurotranszmitterek egy másik funkciót hajtanak végre - a neuronokat összekapcsolják, és minél gyakrabban mozog a jel ezen idegrendszer mentén, annál erősebb ez a kapcsolat. Képzelj el egy folyót a folyón. Átmegy rajta egy ember, aki kőbe dobja a vizet, majd minden következő utazó ugyanazt teszi. Az eredmény szilárd, megbízható átmenet.
Egy ilyen kapcsolat a neuronok között szinapszisnak nevezik, és fontos szerepet játszik az agyi aktivitásban. Úgy véljük, hogy még a memóriánk is a szinapszisok munkájának eredménye. Ezek a kapcsolatok nagyobb sebességet biztosítanak az idegimpulzusok áthaladásához - a neuronáramkör mentén elhelyezkedő jel 360 km / h vagy 100 m / s sebességgel mozog. Kiszámíthatja, hogy mennyi idő alatt érkezik be az agyba egy véletlenszerűen tűvel elszívott jel. Van egy régi rejtély: "Mi a leggyorsabb dolog a világon?" Válasz: "Gondolat." És nagyon világos volt.
A neuronok típusai
A neuronok nem csak az agyban vannak, ahol kölcsönhatásba lépnek a központi idegrendszert. A neuronok testünk minden szervében, a bőr felszínén lévő izmokban és szalagokban találhatók. Különösen sokan vannak a receptorokban, azaz az érzékekben. Az egész emberi testbe behatoló idegsejtek kiterjedt hálózata olyan perifériás idegrendszer, amely olyan fontos szerepet játszik, mint a központi. A neuronok változatossága három fő csoportra oszlik:
- Az affektor neuronok információt szereznek az érzékszervekből és impulzusok formájában az idegszálak mentén szállítják az agyba. Ezek az idegsejtek a leghosszabb axonokkal rendelkeznek, mivel testük az agy megfelelő szakaszában található. Szigorú specializáció létezik, és a hangjelzések kizárólag az agy hallókészülékeire, szaglásra, fényre - a vizuális stb.
- Közbenső vagy interkaláris neuronok feldolgozzák az affinánsoktól kapott információt. Az információ értékelése után a köztes neuronok a testünk perifériáján található érzékszerveket és izmokat irányítják.
- Az Efferent vagy effektor neuronok továbbítják ezt a parancsot a köztitermékről a szervek, izmok stb.
A legnehezebb és legkevésbé érthető a köztes neuronok munkája. Nemcsak a reflex reakciókért felelősek, mint például egy kéz kihúzása egy forró serpenyőből, vagy villogó villanás közben. Ezek az idegsejtek olyan komplex mentális folyamatokat biztosítanak, mint a gondolkodás, a képzelet, a kreativitás. És hogyan válik az idegimpulzusok pillanatnyi cseréje a neuronok között élénk képekké, fantasztikus telkekké, ragyogó felfedezésekre vagy csak a hétköznapok gondolataira? Ez az agy legfőbb titka, amelyhez a tudósok még közel sem jöttek.
Az egyetlen dolog, amellyel kiderült, hogy a mentális aktivitás különböző típusai a neuronok különböző csoportjainak tevékenységéhez kapcsolódnak. A jövő álmai, a vers versengése, a szeretett ember észlelése, a vásárlások gondolata - mindez tükröződik agyunkban, mint az idegsejtek aktivitásának villogása az agykéreg különböző pontjain.
Neuron funkciók
Tekintettel arra, hogy a neuronok biztosítják az összes testrendszer működését, az idegsejtek funkcióinak nagyon sokfélenek kell lenniük. Ezenkívül még mindig nem értik teljesen. Ezeknek a funkcióknak a sokféle különböző besorolása közül választunk egyet, amely a leginkább érthető és közel áll a pszichológiai tudomány problémáihoz.
Információátviteli funkció
Ez a neuronok fő funkciója, amellyel más, bár nem kevésbé jelentősek kapcsolódnak. Ugyanez a funkció a legjobban tanulmányozott. A szervekhez tartozó összes külső jel belép az agyba, ahol azokat feldolgozzák. Ezután a visszacsatolás eredményeként, parancs impulzusok formájában, az efferens idegszálakon keresztül visszajutnak az érzékszervekhez, izmokhoz stb.
Egy ilyen állandó információáramlás nemcsak a perifériás idegrendszer szintjén, hanem az agyban is előfordul. Az információcserét folytató neuronok közötti összeköttetések szokatlanul összetett neurális hálózatokat alkotnak. Képzeld el, hogy az agyban legalább 30 milliárd neuron van, és mindegyiknek akár 10 ezer kapcsolata is lehet. A 20. század közepén a kibernetika megpróbálta létrehozni az emberi agy elvén alapuló elektronikus számítógépet. De nem sikerült - a központi idegrendszerben előforduló folyamatok túl bonyolultnak bizonyultak.
Tapasztalatmegőrzési funkció
A neuronok felelősek a memóriának. Pontosabban, mivel a neurofiziológusok rájöttek, a neurális áramkörökön áthaladó jelek nyomai megőrzése az agyi tevékenység sajátos mellékterméke. A memória alapja a nagyon fehérje molekulák - neurotranszmitterek, amelyek az idegsejtek közötti összekötő hídként keletkeznek. Ezért az információ tárolásáért nincs különálló rész az agyban. És ha sérülés vagy betegség következtében a neurális kapcsolatok megsemmisülnek, akkor a személy részben elveszítheti a memóriáját.
Integratív funkció
Ez az agy különböző részei közötti kölcsönhatás. Az átvitt és a fogadott jelek azonnali „villogása”, az agy kéregében lévő forró pontok - ez a képek, érzések és gondolatok születése. A komplex neurális kapcsolatok, amelyek egymás között egyesítik az agykéreg különböző részeit és behatolnak a szubkortikális zónába, mentális aktivitásunk eredménye. Minél több ilyen kapcsolat jön létre, annál jobb a memória és annál produktívabb a gondolkodás. Valójában minél többet gondolunk, annál okosabb leszünk.
Fehérje termelési funkció
Az idegsejtek aktivitása nem korlátozódik az információs folyamatokra. A neuronok valódi fehérje gyárak. Ezek ugyanazok a neurotranszmitterek, amelyek nemcsak „hídként” működnek a neuronok között, hanem nagy szerepet játszanak testünk egészének munkájában. Jelenleg mintegy 80 fajta fehérje vegyület van, amelyek különböző funkciókat látnak el:
- Norepinefrin, amelyet néha dühnek vagy stresszhormonnak neveznek. Tónusza a testet, javítja a teljesítményt, gyorsabbá teszi a szívet, és felkészíti a testet azonnali cselekvésre a veszély visszaszorítására.
- A dopamin a testünk fő tonikája. Ő részt vesz az összes rendszer újjáélesztésében, beleértve az ébredés során, a fizikai terhelés során, és pozitív érzelmi hozzáállást teremt az eufóriához.
- A szerotonin szintén "jó hangulat" anyag, még akkor is, ha nem befolyásolja a fizikai aktivitást.
- A glutamát a memória működéséhez szükséges adó, amely nélkül az információ hosszú távú tárolása nem lehetséges.
- Az acetilkolin az alvás és az ébredés folyamatát kezeli, és a figyelem aktiválásához is szükséges.
A neurotranszmitterek, vagy inkább azok száma befolyásolja a test egészségét. És ha bármilyen probléma merül fel ezeknek a fehérje molekuláknak a termelésével, akkor súlyos betegségek alakulhatnak ki. Például, a dopaminhiány a Parkinson-kór egyik oka, és ha ez az anyag túl nagy, akkor a skizofrénia kialakulhat. Ha az acetil-kolint nem eléggé előállították, akkor egy nagyon kellemetlen Alzheimer-kór is előfordulhat, amelyet demencia kísér.
Az idegsejtek kialakulása az agyban még az ember születése előtt is megkezdődik, és az érés teljes időtartama alatt az idegrendszeri kapcsolatok aktív kialakulása és komplikációja következik be. Hosszú ideig azt hitték, hogy egy felnőtt személyben nem tűnhetnek fel új idegsejtek, de kihalásuk folyamata elkerülhetetlen. Ezért a személyiség mentális fejlődése csak az idegrendszeri komplikációk miatt lehetséges. Aztán öregkorban mindenki elítélte a mentális képességek csökkenését.
A legújabb tanulmányok azonban visszautasították ezt a pesszimista előrejelzést. A svájci tudósok bebizonyították, hogy van egy agyi régió, amely felelős az új neuronok születéséért. Ez a hippocampus, napi 1400 új idegsejtet termel. És mindössze annyit kell tennünk, hogy aktívabban bevonjuk őket az agy munkájába, új információkat kapunk és megértsünk, ezáltal új idegi kapcsolatokat hozva létre és bonyolítja a neurális hálózatot.
Neuronok és idegszövet
Neuronok és idegszövet
Az idegrendszer az idegrendszer fő szerkezeti eleme. Az idegszövet szerkezete magában foglalja a rendkívül specializált idegsejteket - neuronokat és neuroglia sejteket, amelyek támogató, szekréciós és védő funkciókat hajtanak végre.
A neuron az idegszövet fő szerkezeti és funkcionális egysége. Ezek a sejtek képesek információt fogadni, feldolgozni, kódolni, továbbítani és tárolni, kapcsolatot létesíteni más sejtekkel. A neuron egyedülálló tulajdonságai a bioelektromos kisülések (impulzusok) generálásának képessége és a folyamatok közötti információ továbbítása egy cellából a másikba, speciális szinkronizációk segítségével.
A neuron funkcióit a transzmissziós anyagok - neurotranszmitterek: acetilkolin, katecholaminok stb.
Az agyi neuronok száma közeledik 10 11. Legfeljebb 10 000 szinapszis létezhet egyetlen neuronon. Ha ezeket az elemeket információtároló celláknak tekintik, akkor arra lehet következtetni, hogy az idegrendszer 10 19 egységet képes tárolni. információ, azaz szinte minden emberiség által felhalmozott tudás befogadására képes. Ezért az az elképzelés, hogy az emberi agy az élet során emlékszik mindenre, ami a testben történik, és a környezettel való kommunikáció során, meglehetősen ésszerű. Azonban az agy nem tudja lekérni a memóriából a benne tárolt összes információt.
A neurális szervezet bizonyos típusai különböző agyi struktúrákra jellemzőek. Az egyetlen funkciót szabályozó neuronok az úgynevezett csoportok, együttesek, oszlopok, magok.
A neuronok szerkezete és funkciója eltérő.
A szerkezet szerint (attól függően, hogy mekkora a sejtből származó növények száma, folyamatok), léteznek unipolárisak (egy eljárással), bipoláris (két eljárással) és multipoláris (több folyamatos) neuronokkal.
Funkcionális tulajdonságait izolált afferens (vagy centripetális) neuronokat hordozót gerjesztést receptorokat a központi idegrendszerben, efferens, motor, motoros neuronok (vagy centrifugális) továbbítására a gerjesztés a központi idegrendszer a beidegzett szerv és intercalaris, kontakt vagy közbenső neuronok összekötő afferens és efferens neuronokat.
Afferens neuronok az egypólusúak, testük a gerinc ganglionjaiban fekszik. A T-alakú sejtnövekedés két ágra oszlik, amelyek közül az egyik a központi idegrendszerhez megy, és axonként működik, a másik pedig a receptorokhoz közel, és hosszú dendrit.
Az efferens és interkaláris neuronok többsége multipoláris (1. ábra). A többpoláris interkaláris neuronok nagy számban találhatók a gerincvelő hátsó szarvában, valamint a központi idegrendszer minden más részében. Ezek lehetnek bipolárisak is, például retinális neuronok, amelyek rövid elágazó dendrit és egy hosszú axon. A motoneuronok elsősorban a gerincvelő elülső szarvaiban találhatók.
Ábra. 1. Az idegsejt szerkezete:
1 - mikrotubulusok; 2 - az idegsejt (axon) hosszú folyamata; 3 - endoplazmatikus retikulum; 4 - mag; 5 - neuroplazma; 6 - dendritek; 7 - mitokondriumok; 8 - nukleolus; 9 - myelin köpeny; 10 - Ranvie megszakítás; 11 - az axon vége
neuroglia
A Neuroglia vagy a glia a különböző formájú speciális sejtek által alkotott idegszövet sejtelemei gyűjteménye.
R. Virkhov felfedezte, és neuroglia nevezte, ami „ideges ragasztó”. A Neuroglia sejtek kitöltik a neuronok közötti teret, ami az agy mennyiségének 40% -át teszi ki. A gliasejtek 3-4-szer kisebbek, mint az idegsejtek; számuk az emlősök központi idegrendszerében elérte a 140 milliárdot, az életkorban az agyban az idegsejtek száma csökken, és a gliasejtek száma nő.
Megállapították, hogy a neuroglia az idegszövet metabolizmusához kapcsolódik. A neuroglia egyes sejtjei olyan anyagokat választanak ki, amelyek befolyásolják a neuronok ingerlékenységét. Megjegyzendő, hogy különböző mentális állapotokban ezeknek a sejteknek a szekréciója megváltozik. A központi idegrendszerben a hosszú távú nyomkövetési folyamatok a neuroglia funkcionális állapotához kapcsolódnak.
A gliasejtek típusai
A gliasejtek szerkezete és a központi idegrendszerben való elhelyezkedése alapján:
- asztrociták (astroglia);
- oligodendrociták (oligodendroglia);
- mikroglia sejtek (mikroglia);
- Schwann sejtek.
A gliasejtek támogató és védő funkciókat látnak el a neuronok számára. Ezek a vér-agy gát szerkezetének részét képezik. Az asztrociták a leggyakoribb gliasejtek, amelyek kitölti a neuronok és a felszíni szinapszisok közötti tereket. Megakadályozzák a neurotranszmitterek terjedését a szinaptikus hasadékból a központi idegrendszerbe. Az asztrociták citoplazmás membránjaiban neurotranszmitterek receptorai vannak, amelyek aktiválása a membrán potenciális különbségeinek ingadozását és az asztrociták metabolizmusának változását okozhatja.
Az asztrociták szorosan körülveszik az agyi erek kapillárisait, amelyek közöttük és a neuronokban találhatók. Ennek alapján feltételezzük, hogy az asztrociták fontos szerepet játszanak a neuronok metabolizmusában, szabályozva bizonyos anyagok kapilláris permeabilitását.
Az asztrociták egyik fontos funkciója az, hogy képesek felvenni a K + -ionok feleslegét, amelyek magas neurális aktivitás során felhalmozódhatnak az intercelluláris térben. Az asztrocita-adhézió régióiban a nyíláskontaktusok csatornái, amelyeken keresztül az asztrociták kicserélhetik a különböző kis ionokat és különösen a K + ionokat, növeli a K + ionok felszívódását, a K + ionok szabályozatlan felhalmozódása az interneuronális térben megnöveli a neuronok ingerlékenységét. Így az asztrociták, amelyek az intersticiális folyadékból felszívják a felesleges K + ionokat, megakadályozzák a neuronok ingerlékenységének növekedését és a fokozott neurális aktivitás fókuszainak kialakulását. Az ilyen fókuszok megjelenése az emberi agyban azzal a ténnyel járhat, hogy neuronjaik idegimpulzusokat generálnak, amelyeket konvulzív kibocsátásnak neveznek.
Az asztrociták részt vesznek az extrasynaptikus térbe belépő neurotranszmitterek eltávolításában és megsemmisítésében. Így megakadályozzák a neurotranszmitterek felhalmozódását a neuronális terekben, ami az agy diszfunkciójához vezethet.
A neuronokat és az asztrocitákat 15-20 mikron közötti intercelluláris résszel választjuk el, amit interstitialis térnek nevezünk. Az intersticiális terek az agy térfogatának 12-14% -át foglalják el. Az asztrociták egyik fontos tulajdonsága, hogy képesek elvenni a széndioxidot ezeknek a tereknek az extracelluláris folyadékából, és ezáltal stabil agyi pH-t fenntartani.
Az asztrociták részt vesznek az idegszövet és az agyi erek, az idegszövet és az agy membránjai közötti interfészek kialakulásában az idegszövet növekedési és fejlődési folyamatában.
Az oligodendrocitákat kis számú rövid folyamat jelenléte jellemzi. Az egyik fő funkciója a központi idegrendszeren belüli idegrostok mielinhéjának kialakulása. Ezek a sejtek szintén a neuronok teste közelében találhatók, de ennek a ténynek a funkcionális jelentősége nem ismert.
A mikroglia sejtek a glialsejtek számának 5–20% -át teszik ki, és szétszóródnak a központi idegrendszerben. Megállapítottuk, hogy a felületük antigének azonosak a vér monociták antigénjeivel. Ez azt jelzi, hogy a mezodermi eredetű, az embrionális fejlődés során az idegszövetbe való behatolás, és a morfológiailag felismerhető mikrogliasejtekké való átalakulás. E tekintetben úgy véljük, hogy a mikroglia legfontosabb funkciója az agyvédelem. Kimutatták, hogy az idegszövet sérülése esetén a fagocita sejtek száma nő a vér makrofágok és a mikroglia fagocita tulajdonságainak aktiválása miatt. Eltávolítják a halott neuronokat, a gliasejteket és azok szerkezeti elemeit, a fagocitás idegen részecskéket.
A Schwann-sejtek a CNS-en kívüli perifériás idegszálak mielinhüvelyét képezik. Ennek a sejtnek a membránja ismételten körbevágódik az idegszál köré, és a kapott mielinhéj vastagsága meghaladhatja az idegszál átmérőjét. Az idegszál myelinizált területeinek hossza 1-3 mm. A rájuk vonatkozó intervallumok (a Ranvier meghallgatásai) között az idegszál csak a felszíni membrán fedezi, amely izgathatósággal rendelkezik.
A mielin egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy nagy ellenállása az elektromos áramnak. Ennek oka a magas szfingomyelinnel és a mielin egyéb foszfolipidjeinek köszönhető, amelyek áramszigetelő tulajdonságokat biztosítanak. A mielinnel bevont idegszálas területeken az idegimpulzusok létrehozásának folyamata lehetetlen. Az idegimpulzusokat csak a Ranvier-befogási membránon hozzuk létre, ami nagyobb mértékű idegimpulzusok vezetését biztosítja, de a myelinizált idegszálakhoz képest a nem melamináltakhoz képest.
Ismert, hogy a mielin szerkezetét könnyen meg lehet zavarni az idegrendszer fertőző, ischaemiás, traumás, toxikus károsodása. Ugyanakkor kialakul az idegszálak demielinizációs folyamata. Különösen gyakran a demyelinizáció a sclerosis multiplexben alakul ki. A demyelinizáció eredményeként csökken az idegszálak mentén kialakuló idegimpulzusok sebessége, csökken a receptoroktól az idegsejtektől a végrehajtó szervekig terjedő információ átadása az agynak. Ez a szenzoros érzékenység csökkenéséhez, a mozgás romlásához, a belső szervek működésének szabályozásához és más súlyos következményekhez vezethet.
A neuronok szerkezete és működése
A neuron (idegsejt) a központi idegrendszer szerkezeti és funkcionális egysége.
A neuron anatómiai szerkezete és tulajdonságai biztosítják a fő funkcióinak teljesítését: az anyagcsere megvalósítását, az energiatermelés, a különböző jelek és azok feldolgozásának észlelése, a válaszreakciók kialakulása vagy részvétele, az idegimpulzusok generálása és vezetése, a neuronok egyesítése neurális áramkörökbe, amelyek mind a legegyszerűbb reflexreakciókat biztosítják. és magasabb integratív agyi funkciók.
A neuronok az idegsejt testéből és az axon és a dendritek folyamataiból állnak.
Ábra. 2. A neuron szerkezete
Test idegsejt
A neuron teste (perikaryon, soma) és folyamatait a neuron membrán egészében lefedik. A sejt test membránja különbözik az axon és a dendritek membránjától különböző ioncsatornák, receptorok, szinapszisok jelenlétében.
A neuron testében neuroplazma és a magból határolt membránok, egy durva és sima endoplazmatikus retikulum, a Golgi készülék és a mitokondriumok vannak. A neuronok magjának kromoszómái tartalmazzák a neuronok szintézisét kódoló gének halmazát, amelyek szükségesek a neuron testének és folyamatainak és szinapszisainak szerkezetének és megvalósításának kialakításához. Ezek olyan fehérjék, amelyek az enzimek, hordozók, ioncsatornák, receptorok stb. Funkcióit végzik. Egyes fehérjék funkciókat látnak el, amikor a neuroplazmában vannak, míg mások integrálódnak az organellák, a soma és a neuron folyamatok membránjaiba. Némelyikük, például a neurotranszmitterek szintéziséhez szükséges enzimek axonátvitelen keresztül az axon terminálba kerülnek. A sejtekben a peptidek szintetizálódnak, amelyek az axonok és dendritek létfontosságú aktivitásához szükségesek (például növekedési faktorok). Ezért, amikor a neuron teste sérült, folyamatai degenerálódnak és összeomlanak. Ha a neuron teste megmarad, és a folyamat károsodik, akkor a lassú regeneráció (regeneráció) és a denervált izmok vagy szervek beidegzésének helyreállítása következik be.
A fehérjeszintézis helyszíne a neuronok testében a durva endoplazmatikus retikulum (tigroid granulátum vagy Nissl testek) vagy a szabad riboszómák. A neuronok tartalma nagyobb, mint a test glialis vagy más sejtjeiben. A sima endoplazmatikus retikulumban és a Golgi készülékben a fehérjék belső térbeli konformációt kapnak, sorolják és szállítják a transzportba a sejtek, a dendritek vagy az axonok szerkezetébe.
Számos neuronális mitokondriumban az oxidatív foszforilációs folyamatok eredményeként az ATP keletkezik, amelynek energiáját a neuron létfontosságú aktivitásának fenntartására használják, az ionszivattyúk munkáját és az ionkoncentrációk aszimmetriáját a membrán mindkét oldalán megtartják. Következésképpen a neuron folyamatosan készen áll arra, hogy ne csak a különböző jeleket érzékelje, hanem azokra is reagáljon - idegimpulzusok generálására és felhasználására más sejtek funkcióinak szabályozására.
A sejtmembrán molekuláris receptorai, a dendritek által alkotott érzékszervi receptorok és az epitheliális eredetű érzékszervi sejtek részt vesznek a különböző jelek neuronjainak érzékelésének mechanizmusában. A más idegsejtekből érkező jelek számos, a dendriteken vagy a neuron gélen képződő szinapszisokon keresztül juthatnak el a neuronhoz.
Idegsejt-dendritek
A neuronok dendritjei dendritikus fát képeznek, az elágazás jellege és annak mérete függ a más neuronokkal való szinaptikus kontaktusok számától (3. ábra). A neuronok dendritjein több ezer szinapszis keletkezik, amelyeket más neuronok axonjai vagy dendritjei alkotnak.
Ábra. 3. Az interneiron szinaptikus kontaktusai. A bal oldali nyilak az afferens jelek érkezését jelzik a dendritek és az interneuron teste felé, jobbra az interneuron efferens jelének más neuronok felé történő terjedésének irányát.
A szinapszisok heterogének lehetnek mind a funkcióban (gátló, ingerlő), mind az alkalmazott neurotranszmitter típusában. A szinapszisok kialakulásában részt vevő dendritikus membrán a posztszinaptikus membrán, amely receptorokat (ligandumfüggő ioncsatornákat) tartalmaz a szinapszisban használt neurotranszmitterhez.
A gerjesztő (glutamatergikus) szinapszisok főleg a dendritek felületén találhatók, ahol emelkedések, vagy növekmények (1-2 μm), úgynevezett tüskék. A gerincmembránban vannak csatornák, amelyek permeabilitása a transzmembrán potenciálkülönbségtől függ. A dendritek citoplazmájában a gerincek területén az intracelluláris jelátvitel másodlagos mediátorai, valamint a riboszómák, amelyeken a fehérje szintetizálódik a szinaptikus jelek érkezésére válaszul. A tüskék pontos szerepe ismeretlen marad, de nyilvánvaló, hogy szinapszisok kialakításához növelik a dendritikus fa felületét. A tüskék is neuron struktúrák a bemeneti jelek fogadására és feldolgozására. A dendritek és a tüskék információátadást biztosítanak a perifériától a neuron testhez. A kaszálóterület dendritikus membránja az ásványi ionok aszimmetrikus eloszlása, az ionszivattyúk működése és az ioncsatornák jelenléte miatt polarizált. Ezek a tulajdonságok alátámasztják az információ átadását a membrán mentén, helyi körkörös áramok formájában (elektrotikusan), amelyek a posztszinaptikus membránok és a velük szomszédos dendrit membrán területei között fordulnak elő.
Amikor a dendrit membránon keresztül terjednek, a helyi áramok csillapodnak, de elegendőek ahhoz, hogy jeleket továbbítsanak a dendritikus szinaptikus bemenetekhez a neuron testmembránjához. A potenciálisan függő nátrium- és káliumcsatornákat még nem azonosították a dendrit membránban. Nem rendelkezik izgathatósággal és képességgel, hogy cselekvési potenciálokat hozzon létre. Ismeretes azonban, hogy az axonális halom membránján fellépő hatás lehetősége mentén terjedhet. Ennek a jelenségnek a mechanizmusa nem ismert.
Feltételezzük, hogy a dendritek és a tüskék a memóriamechanizmusokban részt vevő neurális struktúrák részét képezik. A tüskék száma különösen nagy a cerebelláris kéreg, a bazális ganglionok és az agykéreg dendritjeiben. Az idős emberek agykéregének egyes területein a dendritikus fa területe és a szinapszisok száma csökken.
Axon neuron
Az axon egy idegsejt folyamat, amely más sejtekben nem található. A dendritekkel ellentétben, amelyek száma egy neuron esetében eltérő, az axon minden neuron esetében azonos. Hosszúsága akár 1,5 m is lehet. Abban a pontban, ahol az axon elhagyja a neuront, van egy sűrűség - egy axonális domb, amely egy plazmamembránnal van borítva, amely hamarosan myelin borítja. A myelin által fedetlen axon-halom helyét kezdeti szegmensnek nevezzük. A neuronok axonjait a végső ágáig egészen a mielinhéj borítja, amelyet a Ranvier meghallgatásai - mikroszkopikus, nem gélesített régiók (kb. 1 mikron) megszakítanak.
Az axonon keresztül (myelinizált és nem melaminált szál) egy kettősrétegű foszfolipid membrán van bevonva, amelybe beágyazott fehérjemolekulák vannak, amelyek ion transzportként, potenciálfüggő ioncsatornákként stb. Szolgálnak. A fehérjék egyenletesen oszlanak el a nemmelinált idegszál membránjában, és a myelinizált idegszál membránjában találhatóak főként a meghallgatás területén Ranvier. Mivel az axoplazmában nincs durva retikulum és riboszóma, nyilvánvaló, hogy ezek a fehérjék a neuron testében szintetizálódnak, és axon-transzport révén az axonmembránba kerülnek.
A testet és a neuron axonját lefedő membrán tulajdonságai eltérőek. Ez a különbség elsősorban az ásványi ionok membránjának permeabilitására vonatkozik, és a különböző típusú ioncsatornák tartalmának köszönhető. Ha a ligandumfüggő ioncsatornák tartalma (beleértve a posztszinaptikus membránokat) a neuron membránjában és a dendritekben dominál, akkor az axonmembránban, különösen a Ranvier interception területén, nagy a feszültségfüggő nátrium- és káliumcsatornák sűrűsége.
A legkisebb polarizáció (kb. 30 mV) rendelkezik a kezdeti axon szegmens membránjával. Az axon a sejt testétől távolabb eső területein a transzmembrán potenciál nagysága körülbelül 70 mV. Az axon kezdeti szegmense membránjának polarizációjának alacsony értéke határozza meg, hogy ezen a területen a neuron membránja a legnagyobb ingerlékenységgel rendelkezik. Itt a posztszinaptikus potenciálok, amelyek a dendrit membránon és a sejt testen a szinapszisban az információs jelek átalakulása következtében keletkeznek, a neuron testének membránján keresztül terjednek, helyi körkörös elektromos áramokkal. Ha ezek az áramok a tengelycsúcs membránjának depolarizációját okozzák kritikus szintre (Ehogy), majd a neuron reagál a más idegsejtek bejövő jelére azáltal, hogy létrehozza az akciós potenciálját (idegimpulzus). A kapott idegimpulzust tovább hajtjuk végre az axon mentén más ideg-, izom- vagy mirigysejtek felé.
A kezdeti axon szegmens membránján gerincek vannak, amelyeken GABA-ergikus fék szinapszisok keletkeznek. A más idegsejtekből származó szinapszisok mentén levő jelek átvétele megakadályozza az idegimpulzusok keletkezését.
A neuronok osztályozása és típusai
A neuronok osztályozását morfológiai és funkcionális jellemzők egyaránt végzik.
A folyamatok száma alapján megkülönböztetik a multipoláris, bipoláris és pszeudounipoláris neuronokat.
A más sejtekkel való kapcsolat jellege és az általuk végrehajtott funkció megkülönbözteti az érzékszervi, interkalációs és motoros neuronokat. A szenzoros idegsejteket afferens neuronoknak is nevezik, és folyamatuk centripetális. Az idegsejtek közötti jelátvitel funkcióját ellátó neuronokat interkaláltnak vagy asszociatívnek nevezik. Neuronok, amelyek axonjai szinapszisokat képeznek az effektor sejteken (izom, mirigy), motornak vagy efferensnek nevezik, axonjaikat centrifugának nevezik.
Az afferens (érzékeny) neuronok érzékszervi receptorok által észlelik az információt, idegimpulzusokká alakítják át és az agy és a gerincvelő idegközpontjaihoz vezetnek. Az érzékeny neuronok testei a gerinc és a koponya ganglionokban találhatók. Ezek pszeudo-unipoláris neuronok, amelyek axonja és dendritje együtt mozog a neuron testéből, majd elkülönül. A dendrit a perifériához jut az érzékszervi vagy kevert idegek összetételében lévő szervekhez és szövetekhez, és a hátsó gyökerek összetételében az axon a gerincvelő dorzális szarvaiban vagy az agyban a koponya-idegek összetételében található.
A beillesztett vagy asszociatív neuronok végrehajtják a bejövő információ feldolgozását és különösen a reflexívek bezárását. Ezeknek a neuronoknak a testei az agy és a gerincvelő szürke anyagában találhatók.
Az Efferent neuronok a bejövő információ feldolgozását és az efferens idegimpulzusok továbbítását az agyból és a gerincvelőből a végrehajtó (effektor) szervek sejtjeire is ellátják.
Neuron integráló aktivitás
Minden neuron számos jelet kap a dendritjein és a testén, valamint a plazmamembránok, a citoplazma és a mag molekuláris receptorai között. A jelátvitel számos különböző típusú neurotranszmittert, neuromodulátort és más jelátviteli molekulát használ. Nyilvánvaló, hogy a többszörös jelek egyidejű érkezésére adott válaszként a neuronnak képesnek kell lennie integrálni őket.
A neuronok integratív aktivitásának fogalmába tartozik a bejövő jelek feldolgozását és a rájuk adott neuron válasz kialakulását biztosító folyamatok halmaza.
A neuronra érkező jelek észlelése és feldolgozása a dendritek, a sejttest és a neuron axonhalom részvételével történik (4. ábra).
Ábra. 4. A neuron jelek integrációja.
Feldolgozásuk és integrációjuk (összegzés) egyik változata a szinapszisok átalakulása és a posztszinaptikus potenciálok összegzése a test membránján és a neuron folyamatain. Az észlelt jeleket szinapszisokban átalakítják a posztszinaptikus membrán potenciális különbségének ingadozására (posztszinaptikus potenciálok). A szinapszis típusától függően a fogadott jel kicsiny (0,5-1,0 mV) depolarizáló változássá alakítható át a potenciális különbségben (az EPSP - szinapszisok fénykörökként jelennek meg a diagramban) vagy hiperpolarizáció (TPPS - szinapszisok fekete ábrán láthatóak a diagramon) körök). A többszörös jelek egyidejűleg megérkezhetnek a neuron különböző pontjaihoz, amelyek közül néhányat EPSP-be alakítanak, és másokat TPPS-be.
A potenciálkülönbség ezen ingadozásait a neuron membránon belüli lokális áramok továbbítják az axoncsúcs irányában depolarizációs hullámok formájában (a fehér sémában) és a hiperpolarizációt (a fekete sémában) egymásra (szürke területek). Ebben a szuperpozícióban az egyik irányban a hullámok amplitúdóit összegezzük, míg az ellenkezőket csökkentjük (simítjuk). A membránra vonatkozó potenciális különbség ilyen algebrai összegzését térbeli összegzésnek nevezzük (4. és 5. ábra). Ennek az összegzésnek az eredménye lehet az axon halom membránjának depolarizációja és idegimpulzusok generálása (1. és 2. eset a 4. ábrán), vagy annak hiperpolarizációja és az idegimpulzusok kialakulásának megelőzése (3. és 4. eset a 4. ábrán).
Annak érdekében, hogy az axon-halom membránjának potenciális különbségét (kb. 30 mV) E-re változtassukhogy, 10-20 mV-ra kell depolarizálni. Ez a potenciálisan függő nátriumcsatornák felfedezéséhez és az idegimpulzusok generálásához vezet. Mivel amikor egy PDP-be érkezik és átalakul az EPSP-re, a membrán depolarizáció akár 1 mV-ot is elérhet, és az axonális dombra való elterjedés csillapítással jön létre, idegimpulzus generálására, a neuronok egyidejű beáramlására van szükség más neuronokból származó 40-80 idegimpulzus excitációs szinapszisaiból és összegzésből azonos számú ipsp.
Ábra. 5. Egy EPSP neuron térbeli és időbeli összegzése; a - BSPP egy ingerre; és - VPSP a különböző afferensek többszörös stimulálására; c - I-VPSP az egyszeri idegszálon keresztül történő gyakori stimulációhoz
Ha ebben az időben egy bizonyos mennyiségű idegimpulzus gátló szinapszisokon keresztül éri el a neuront, akkor aktiválódása és válasz idegimpulzusának generálása lehetséges, miközben egyidejűleg növeli a jelek áramlását az excitátor szinapszisokon keresztül. Olyan körülmények között, amikor a gátló szinapszisokból származó jelek a neuron membránjának hiperpolarizációját okozzák, egyenlő vagy nagyobb, mint az excitatorikus szinapszisokból származó jelek által okozott depolarizáció, az axon-halom membránjának depolarizációja nem lesz képes idegimpulzusokat generálni és inaktívvá válni.
A neuron az EPSP és a TPPS szinte egyidejűleg érkező jelek ideiglenes összegzését is elvégzi (lásd 5. ábra). A közelszinaptikus területeken az általuk okozott potenciális különbség változásait algebrai módon összegezhetjük, amit ideiglenes összegzésnek nevezünk.
Így a neuron által generált minden idegimpulzus, valamint a neuron csendes periódusa sok más idegsejtből származó információt tartalmaz. Jellemzően, minél nagyobb a frekvencia más sejtektől a neuronokhoz, annál gyakrabban generál válaszreakciós idegimpulzusokat, amelyeket az axon más ideg- vagy effektorsejtekhez küld.
Mivel a nátriumcsatornák a neuron testének membránjában és még a dendritekben is léteznek (bár kis számban), az axon halom membránján fellépő akciós potenciál kiterjedhet a testre és a neuron dendritek egy részére is. Ennek a jelenségnek a jelentősége nem elég világos, de feltételezzük, hogy az elterjedési akciós potenciál pillanatnyilag kiegyenlíti a membrán összes helyi áramát, megszünteti a potenciálokat és hozzájárul az új információk neuronjának hatékonyabb észleléséhez.
A molekuláris receptorok részt vesznek a neuronra érkező jelek transzformációjában és integrációjában. Ezzel egyidejűleg a jelátviteli molekulák által végzett stimuláció a G-fehérjék, a második mediátorok által történő indítással, az ioncsatornák állapotának megváltoztatásával, az érzékelt jelek transzformációjával a neuron membránjának potenciális különbségeinek oszcillációjává válik, idegimpulzus-generálás vagy gátlás formájában egy neuronválasz összegzése és kialakítása.
A neuronok metabotróp molekuláris receptorai által a jelek transzformációjával együtt válaszul az intracelluláris transzformációk kaszkádjának kiváltása. A neuron válasz ebben az esetben az általános anyagcsere gyorsulása, az ATP képződésének növekedése, amely nélkül nem lehet növelni funkcionális aktivitását. Ezekkel a mechanizmusokkal a neuron integrálja a kapott jeleket, hogy javítsa saját aktivitásának hatékonyságát.
A beérkező jelek által indukált neuronokban az intracelluláris transzformációk gyakran a fehérjemolekulák szintézisének növekedéséhez vezetnek, amelyek a neuronban receptorként, ioncsatornaként és hordozóként működnek. Számuk növelésével a neuron alkalmazkodik a bejövő jelek természetéhez, növelve a szignifikánsabbak érzékenységét és gyengülve - a kevésbé jelentőseké.
Az idegsejtek számának megszerzése egyes gének expressziójával vagy elnyomásával járhat, például a peptid neuromodulátorok szintézisének szabályozásával. Mivel a neuron axon termináljaihoz juttatják őket, és neurotranszmittereik más neuronokra gyakorolt hatásának fokozására vagy gyengítésére használják, a neuron az általa kapott jelek hatására erősebb vagy gyengébb hatást gyakorolhat az általa kontrollált idegsejtekre. Mivel a neuropeptidek moduláló hatása hosszú ideig tarthat, a neuron más idegsejtekre gyakorolt hatása hosszú ideig is tarthat.
Így a különböző jelek integrálásának képessége miatt a neuronok reagálhatnak a válaszok széles skálájával, lehetővé téve, hogy hatékonyan alkalmazkodjon a bejövő jelek természetéhez, és más sejtek funkcióinak szabályozására használja őket.
Neurális áramkörök
A központi idegrendszeri neuronok kölcsönhatásba lépnek egymással, különféle szinapszisokat képeznek az érintkezési helyen. Az idegrendszeri nyugdíjak ismételten növelik az idegrendszer működését. A leggyakoribb idegi áramkörök közé tartoznak a helyi, hierarchikus, konvergens és eltérő bemeneti neurális áramkörök (6. ábra).
A helyi neurális áramköröket két vagy több neuron alkotja. Ebben az esetben az egyik neuron (1) axon-biztosítékot ad a neuronnak (2), axoszomatikus szinapszist képez a testén, a második pedig szinapszist képez az első neuron testén egy axonnal. A helyi neurális hálózatok olyan csapdákként működhetnek, amelyekben az idegimpulzusok hosszú ideig képesek keringeni egy több neuron által alkotott körben.
A gyűrűszerkezethez való átadás miatt egyszer előidézett gerjesztési hullám (idegimpulzus) hosszú távú keringésének lehetősége, kísérletileg I.A. Vetokhin a medúza neurális gyűrűjében végzett kísérletekben.
Az idegimpulzusok körkörös keringése a helyi idegi áramkörök mentén az izgalom ritmusának átalakításának funkcióját végzi, biztosítja az idegközpontok hosszabb ideig tartó gerjesztésének lehetőségét a jelek megszűnése után, és részt vesz a bejövő információ tárolásának mechanizmusában.
A helyi láncok fékezést is végezhetnek. Példa erre az ismétlődő gátlás, amely a gerincvelő legegyszerűbb helyi neurális láncában valósult meg, amelyet az a-motoneuron és a Renshaw sejt alkot.
Ábra. 6. A központi idegrendszer legegyszerűbb neurális áramkörei. Leírás a szövegben
Ebben az esetben a motoros neuronban kialakult gerjesztés, amely az axonágazat mentén terjed, aktiválja a Renshaw sejtet, amely gátolja az a-motoros neuront.
A konvergens láncokat több neuron alkotja, amelyek közül az egyik (általában efferens) konvergálja vagy konvergálja számos más sejt axonjait. Az ilyen láncok széles körben elterjednek a központi idegrendszerben. Például az elsődleges motoros kéreg piramisos neuronjai a neuronok axonjait összehangolják a kéreg érzékeny területein. A gerincvelő ventrális szarvának motoros neuronjainál a CNS különböző szintjein lévő érzékeny és interkalált neuronok több ezer axonja konvergál. A konvergens láncok fontos szerepet játszanak a jelek integrálásában az efferens neuronokkal és a fiziológiai folyamatok koordinálásával.
Az egy bemenettel rendelkező eltérő láncokat egy elágazó axonnal rendelkező neuron képezi, amelynek mindegyik ága egy másik idegsejtrel rendelkező szinapszist képez. Ezek az áramkörök a neuronokból származó jelek egyidejű átadásának funkcióit számos más neuronra végzik. Ez az axon erős elágazásával (több ezer gally kialakulásával) érhető el. Az ilyen neuronok gyakran megtalálhatók az agyi szár retikuláris képződésének magjában. Gyorsan növelik az agy számos részének izgathatóságát és funkcionális tartalékainak mozgósítását.