Устройство нейрона и синапса



Презентация

Отделы Нервной Системы

В нервной системе (НС) можно выделить несколько основных отделов. Обычно выделяют центральную (ЦНС) и периферическую (ПНС) нервную систему.

Nervous System

ЦНС включает в себя головной и спинной мозг. От них по всему телу расходятся нервные волокна — периферическая нервная система. Она соединяет мозг с органами чувств и с исполнительными органами — мышцами и железами.

Периферическая нервная система (peripheral nervous system) включает:

1. вегетативную нервную систему (autonomic nervous system), управляющую работой внутренних органов;

2. соматическую нервную систему (somatic nervous system), которая осуществляет взаимосвязь между ЦНС и мышечной системой. Соматические нервные связи – передатчики информации от головного и спинного мозга к скелетной мускулатуре и обратно.

Стимулы внешней среды (свет, звук, запах, прикосновение и т.п.) преобразуются специальными чувствительными клетками (рецепторами) в нервные импульсы — серию электрических и химических изменений в нервном волокне, которые через нервные клетки периферической нервной системы  передаются в ЦНС, где обрабатываются, принимается решение об ответной реакции, и соответствующие импульсы по периферической нервной системе передаются к мышцам и железам — исполнителям.

Центральная нервная система (ЦНС) в организме — это центральный пункт управления, в который поступают сведения обо всем организме и из окружающей среды. Из этого пункта управления исходят приказы о соответствующих действиях.

Головной мозг (brain) и спинной мозг (spinal cord) – два управляющих органа, образующих центральную нервную систему (ЦНС). Клетки органов — это работники, которым с их позиции совершенно непонятна стратегическая задача: что нужно делать, куда направлять усилия, в какую сторону «бежать» и где начинать действия. Это может сделать только тот, кто видит целостную картину. Такая картина есть у ЦНС, потому что она непрерывно получает информацию от всех органов о происходящих в них процессах и из окружающей внешней среды. Анализируя эту информацию и посылая нервные импульсы — «приказы» в органы и ткани, она настраивает их работу. Все это возможно благодаря тому, что от спинного мозга отходят миллионы нервов (наподобие микроскопических электрических проводов), предназначенных для переноса информации по всему телу.

Upr2

                                                                                                                                                                                   

Nervi

Вы хотите выпить чашку чаю? В этом случае ваша центральная нервная система делает следующее:

1. принимает и анализирует визуальный образ чашки и жидкости в ней, затем дает команду на предварительное выделение желудочного сока (gastric juices) и ферментов (enzymes);

2. оценивает расстояние до чашки и дает команду мышцам (muscles) сократиться в нужной последовательности для того, чтобы взять ее;

3. оценивает температуру чашки через рецепторы (receptors) на коже и принимает решение: удерживать чашку или отпустить, чтобы не получить ожог;

4. посредством рецепторов на поверхности языка (tongue) оценивает химический состав употребляемой жидкости и дает команду на выделение дополнительных желудочных ферментов (enzymes) для наиболее оптимального переваривания (digestion) пищи.

Переваривание пищи? ЦНС. Адаптация в новом климате? ЦНС. Вы ощущаете состояние радости или печали? ЦНС. Вы влюблены или чувствуете себя одинокими и подавленными? Опять ЦНС. И многое-многое другое. На основании информации, записанной в ДНК (DNA), ЦНС формируется в утробе (womb) матери и затем играет главную роль в построении и дальнейшем развитии тела: формирует вокруг себя костную ткань (bone tissue), мышцы (muscles), сосуды (vessels) и прочие составные части нашего организма. Абсолютно всеми процессами в теле от момента его зарождения до самой смерти управляет ЦНС.

Устройство нейрона


Нервная клетка (nerve cell)  — нейрон (neuron), передатчик информации  в нервной системе. 

Устройство нейрона:

  • ядро (nucleus);
  • тело клетки (body of cell) - сома (soma);
  • от тела отходят короткие разветвленные отростки — дендриты (dendrites, dendrons) — чувствительные отростки, которые считывают информацию рецепторами с других клеток; по ним нервные импульсы идут к телу клетки;
  • также нейрон имеет один длинный отросток — аксон (axon), по которому от тела клетки к дендритам другой клетки или к самому телу клетки проходит нервный импульс через cинапс (synapse) — соединение двух нейронов.


x

.

Как происходит передача сигнала?

Разберем пример работы нейрона и синапса:

1. вы ударились большим пальцем ноги;

2. мембраны его клеток (cell membranes) пострадали;

3. они выделяют химическое вещество, которое считывается рецепторами;

4. рецептор по дендритам передает этот сигнал на тело клетки: пришел сигнал - нейрон возбужден - появляется потенциал действия (ПД, action potential) - электрический импульс, который распространяется по нервным клеткам, передавая информацию. 

Потенциал действия (action potential, ПД) — это электрический импульс, которой доставляет информацию от рецепторов к мозгу и с помощью которого мозг управляет телом. Для его существования необходимы особые клетки - нейроны, мембраны которых облеплены с обеих сторон положительно и отрицательно заряженными ионами (positive and negative ions), которые только и ждут сигнала, чтобы этот электрический импульс пронести по всей длине клетки. Основным местом существования потенциала действия является аксон нейрона. Дендриты некоторых типов нейронов также способны проводить электрический импульс. 

Разберемся, как возникает электрический импульс (ПД) в клетке. Нервное волокно представляет собой цилиндрическую трубку, заполненную раствором обычной соли (хлорида натрия, NaCl), смешанной с хлоридом калия (с преобладанием последнего), так что внутри трубки находится смесь из ионов натрия, калия и хлора. Мембрана аксона содержит в себе потенциал-зависимые ионные каналы. Они позволяют аксону генерировать и проводить по своему телу электрические сигналы (ПД). Эти сигналы образуются и распространяются благодаря движению в клетку и из клетки через эти специальные каналы и электрически заряженных ионов натрия (Na+), калия (K+), хлора (Cl-), кальция (Ca2+).

В состоянии покоя (ПП) (-70мВ) внутри клетки ионов хлора (CL-) и ионов калия (K+) больше, чем натрия (Na+), что обеспечивает отрицательный суммарный заряд внутри клетки; снаружи ситуация противоположная (суммарно положительно заряженные кальций и натрий преобладают), и, соответственно, имеется положительный заряд. Чтобы возник электрический импульс надо поменять заряды внутри и снаружи клетки, т.е. чтобы внутри стал положительный заряд, а снаружи отрицательный. Для этого надо чтобы ионы натрия, кальция и калия поменялись местами. При ПД (10-30 мВ) каналы в мембране клетки открываются и и начинается движение ионов: по законам физики "плюс" тянет к минусу" -  положительно заряженные ионы Na+ и Са2+ входят в отрицательно заряженную клетку, ионы К+ выходят, и заряд меняется. Теперь внутри клетки много положительно заряженных ионов - заряд клетки стал положительным, а снаружи поскольку положительно заряженные ионы ушли - заряд стал отрицательным. Заряды внутри и снаружи поменялись - вуаля, вот и электричество! После такой "вспышки" все возвращается в исходное состояние покоя, но этой маленькой вспышки достаточно, чтобы привести в действие ионные каналы на соседнем участке мембраны, чтобы они открылись и уже рядом произошел обмен ионами, возник новый импульс, который зарядит соседний участок и так далее. Видели, как на стадионах люди, взявшись за руки, пускают "волну"? Примерно то же происходит с распространением ПД по клетке. На отдельных участках нейрона такой обмен ионами происходит последовательно в одном направлении (по дендриту к телу клетки и от тела клетки по аксону к синапсу и никогда в обратном порядке), не единомоментно на протяжении всего аксона, а по очереди на каждом его участке друг за другом. Заряд волной пробегает по клетке.

Регулируемые ионные каналы - БИОСИГНАЛИЗАЦИЯ - СТРОЕНИЕ И КАТАЛИЗ - ОСНОВЫ  БИОХИМИИ ЛЕНИНДЖЕРА - ТОМ 1. ОСНОВЫ БИОХИМИИ СТРОЕНИЕ И КАТАЛИЗ - 2011

5. в теле клетки запускается механизм по передаче ядру информации, что что-то произошло;

6. ядро дает задачу;

7. производится определенное химическое вещество - нейромедиатор (neurotransmitter); 


8. ПД передается по аксону к дендритам следующего нейрона. Если аксон окутан специальными "швановскими клетками" (или клетками Шванна, Schwann cells), то есть имеет миелиновую оболочку (medullary sheath), то сигнал передается быстро - 100 м/с. Такая скорость сигнала в соматической нервной системе (somatic nervous system), которая управляет действиями скелетных мышц. Например, если надо быстро отреагировать на опасность - отпрыгнуть в сторону, отдернуть руку, схватить и т.д. - мышцы должны отреагировать на задачу, поступившую от ЦНС очень быстро, ведь от этого зависит жизнь. Но не все аксоны имеют такую оболочку, например, в вегетативной НС (НС, отвечающая за регуляцию внутренних органов, the autonomic nervous system, ANS) скорость передачи сигнала значительно ниже - всего 1 м/с;

x

9. нейроны связаны друг с другом и осуществляют объединенную деятельность, но эта связь не является непрерывной. Отростки двух соседних нейронов соединяются особым образованием — синапсом. Он играет существенную роль в фильтрации нервных импульсов (nervous impulses): пропускает одни импульсы (ПД) и задерживает другие. Синапс - это прерывистое соединение нейронов, т.е. между ними существует щель, пространство, в которое выделяются специальные вещества - нейромедиаторы, передающие информацию. Таким образом, по самому нейрону информация передается в виде электрического импульса, а от нейрона к нейрону - химических путем;

10. электрический сигнал (потенциал действия), проходя по аксону к другой клетке, способствует выбросу определенного химического вещества в синаптическую щель между двумя нейронами - нейромедиатора (mediator, посредник), которое передается дендриту другой клетки через синапс и раздражает его, заставляя его сгенерировать подобный ПД. В клетке нейромедиатор хранится в специальных пузырьках - везикулах;

11. медиаторы  воздействуют на рецепторы и способствуют открыванию  ионных каналов у принимающей клетки. Электрическая активность принимающей клетки либо усиливается, либо подавляется в зависимости от медиатора и  достаточной активностью синапсов:

  • если нейрон в достаточной степени возбужден действием возбуждающих синапсов и  возбуждающими медиаторами, то  происходит вход Na в клетку, что приводит к возбуждению постсинаптической мембраны и импульс передается дальше;
  • если нейрон подавлен действием тормозных синапсов, то происходит выход К и вход Сl, что приводит к торможению, и импульс дальше не передается.

Большее значение для передачи ПД по клетке имеет кальций. Изменяя количество Са в межклеточной среде можно  менять параметры работы синапса: большее количество Са приводит к увеличению выброса нейромедиаторов. В свою очередь Mg- мешает Ca проникать в пресинаптическое окончание, что ведет к падению выброса медиаторов.


  • Нейрон,Нервные клетки,Положение нейрона,Нервная сеть,Возбудимость  нейрона,нейронных функций


Чтобы достичь порога запуска ПД, необходимо, чтобы сигнал, идущий по аксону подтвердил свою значимость и был достоин передаваться дальше. Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов. Для этого необходима повторная стимуляция одного синапса (временная суммация) или работа одновременно нескольких синапсов (пространственная суммация). Как правило, эти 2 процесса сосуществуют.

Итак, получается, что напрямую ПД не передается, он генерируется в другой клетке химическим веществом - нейромедиатором. Но такая передача сигнала достаточно замедленная, на этот процесс требуется время. Но зато он очень пластичный: в случае переключения сигнала с электрического на химический есть возможность регуляции на разных стадиях передачи сигнала, которые можно настроить и отрегулировать (этап высвобождения нейромедиатора, чувствительность рецептора, скорость диффузии и т.п.). На этом основано, в частности, действие некоторых обезболивающих. А если бы сигнал шел напрямую электрическим путем, то такой возможности бы не было.

Повторим этапы синаптической передачи импульса:

  1. приходит возбуждение (например, в виде боли, ощущения прикосновения и т.д.);
  2. мембрана клетки получает сигнал ПД;
  3. открываются ионные ворота, и из межклеточного пространства Са и Na входят в клетку (аксон);
  4. Са связывается с везикулами, содержащими нейромедиатор (vesicles);
  5. везикулы становятся проницаемыми для пресинаптической мембраны (presynaptic membrane);
  6. нейромедиатор высвобождается из везикул в синаптическую щель (synaptic cleft) и в постсинаптическую мембрану (postsynaptic membrane) принимающей сигнал клетки;
  7. мембрана другого нейрона возбуждается;
  8. образуется подобный ПД;
  9. информация передается дальше;
  10. какое-то время нейрон возбужден, но, как только закончится импульс ПД, Са обратно уходит в межклеточное пространство (intercellular space), меняется заряд мембраны на потенциал покоя (resting potential), нейромедиаторы обратно возвращаются в аксон

c


Тормозные и возбуждающие синапсы


Каждый нейрон контактирует с 3-5 тыс. пресинаптических окончаний.  Чем больше синапсов у нейрона, тем больше возможностей. Половина из них тормозных, половина возбуждающих. Здесь принимается решение.  Ведь в нервной системе проведению информации способствуют возбуждающие медиаторы (excitatory neurotransmitters), но не менее важно не проводить информацию, чему способствуют тормозные медиаторы (inhibitory neurotransmitters). Потому половина нейронов и синапсов используют не возбуждающие медиаторы, а тормозные, которые заставляют клетку терять заряд и снижают вероятность генерации ПД.

Главным медиатором, возбуждающим ЦНС, является глутаматкоторый a­ктивнo­ c­интe­зируe­тc­я вo­ врe­мя c­трe­c­c­o­в и при высокой нервозности.

v

Главным тормозящим медиатором ЦНС является ГАМК (GABA, gamma-aminobutyric acid, гамма-аминомасляная кислота), ocнoвнoй зaдaчeй кoтoрoгo являeтcя cнижeниe cильнoгo вoзбуждeния. Допустим, завтра у вac собеседование и вaм cлoжнo уcнуть, чтo происходит по вине глутaмaтa. Чтoбы уcпoкoитьcя и заснуть, необходим ГAMК. При низкoй кoнцeнтрaции этoгo вeщecтвa люди испытывают беспокойство и пoвышeнную рaздрaжитeльнocть.

Функция тoрмoжeния кoлoccaльнo вaжнa. Oнa нужнa для того, чтобы блокировать лишниe инфoрмaциoнныe пoтoкиТoрмoжeниe — это не oтcутcтвиe вoзбуждeния, a aктивный прoцecc, трeбующий coбcтвeнных нервных клеток, собственных cинaпcoв, coбcтвeнных мeдиaтoрoв, и энeргии нa тoрмoжeниe наш мозг тратит, пoжaлуй, бoльшe, чeм дaжe нa вoзбуждeниe. Пoтoму что в мозге вce врeмя «брoдят» тыcячи, coтни тыcяч инфoрмaциoнных потоков, а оставить тoлькo тe, чтo нужны, тe, чтo aктуaльны, очень не просто. Если нe убирaть лишниe инфoрмaциoнныe пoтoки, «шум» в нашем мозге, который и тaк oчeнь вeлик (нeдaрoм мoзг нaзывaют шумящим компьютером), просто вce зaбьeт, и мыcль, кoтoрую вы нaчaли думать, так и нe дoйдeт дo лoгичecкoгo зaвeршeния.

Пoэтoму ГAMК — это очень важный мeдиaтoр. И c ним cвязaны тaкиe функции, как внимание, то ecть нacтрoйкa нa oпрeдeлeнный инфoрмaциoнный пoтoк, двигaтeльный контроль, эмоциональный контроль. B тoт мoмeнт, кoгдa, нaпримeр, пeрвoклaccник рeшaeт, что он должен тихo cидeть зa пaртoй, нe двигaтьcя и слушать учителя, нейроны в eгo мoзгe, прeждe вceгo, cкaжeм, в таламусе (thalamus), в большом кoличecтвe выдeляют ГAMК, и, дeйcтвитeльнo, лишниe инфoрмaциoнныe потоки блокируются. И прocтo тихo cидeть и нe двигaтьcя — это огромная нагрузка нa ГAMКeргичecкиe нeрвныe клeтки. (https://postnauka.ru/video/69177)

В исследованиях, приведенных в книге "Нaучнaя йoгa. Дeмиcтификaция" Уильяма Броуда, указано, что уровень ГАМК существенно возрастает при занятиях йогой. В общем-то, каждый из нас, кто практикует йогу достаточно давно, может также с уверенностью заявить, что йога устраняет тревогу, суету, способствует общему расслаблению, внимательности и концентрации.

Именно синапс является структурной единицей НС. Вычислительный ресурс мозга  зависит от количества синапсов, а не нейронов. Чем больше синапсов, тем "умнее мозг". 

В мозгу находится около 100 млрд. нейронов.  Каждый из нейронов может быть  одновременно соединен с десятками тысяч других нейронов посредством синапсов: от нейрона отходит длинный отросток, аксон, по которому от тела нейрона выходит сигнал, и огромное количество дендритов, по которым информация входит в него. Нейроны жизнеспособны только в связи с другими нейронами, т.е. выживают только будучи в сети. Можно сказать, что нейрон - это "социальная клетка" и потому должен получать сигналы на выживание от соседних нейронов и вспомогательных клеток с помощью нейротрофинов, которые регулируют их рост, развитие и выживание. 

Известно, что количество нейронов заложено генетически и нервные клетки не восстанавливаются, но могут расширять свой функционал, новые синапсы могут появлятьсяесли НС активно работает (вы чему-то обучаетесь, переучиваетесь, углубляете свои навыки), тогда формируются новые контакты, а  если мы склонны к привычному и стереотипному поведению, нейроны теряют  контактыМногие синапсы способны изменять свои свойства, снижая или увеличивая выделение медиатора и число рецепторов в ответ на определенные сигналы и ситуации - это называется нейропластичность, она лежит в основе обучения, созревания и старения мозга. Одним из основополагающих принципов нейропластичности является феномен синаптического прунинга: в мозге постоянно идет процесс разрушения и создания соединений между нейронами.

Так, каждый день у нейрона образуется  2-3 новых синапса. Но и разрушается 2-3. Устойчиво образованные контакты и есть память. И наша память постоянно таким образом перестраивается, так как постоянно перестраиваются нейросети согласно нашим действиям и мыслям. Чему больше уделяем внимание (действиями, мыслям),  то и остается с нами в виде устойчивых нейросетей, и  мир мы воспринимаем через призму этих нейросетей. Таким образом, каждый из нас живет в своем собственном созданном мире иллюзий и фальсификаций. 

Нейроны погибают в результате нарушения кровообращения или накопления дефектных белков внутри него. Кровообращение во многом зависит от того, пользуетесь ли вы активно  определенными структурами мозга или нет.

Память 

Какие факторы  способствуют формированию устойчивых нейросетей (долговременной памяти)?

Физиология "озарения"

Итак, получается, что память - это устойчивые нейросети, которые постоянно формируются  как между отдельными нейронами, так и между группами нейронов. Если вам надо что-то запомнить, важно учитывать следующие факторы:

  1. кнут и пряник: значимость информации, если есть эмоциональное подкрепление (негативное и положительное);
  2. "повторение - мать учения": если сообщения повторяются, медиаторы быстрее и легче достигают "точки причаливания" на соседнем нейроне, формируется устойчивая нейронная связь; 
  3. йоговский анекдот о получении знании: важно работать с информацией на вход (получение информации) и на выход (уметь донести ее во вне),  не должно быть отвлекающих факторов;
  4. мозг должен находиться в хорошем функциональном состоянии.

Экспрессивное образование новых нейрональных структур-синапсов происходит во взрослом мозге при увеличенной физической активности, гипоксии, стрессе, обучении, пребывании в благоприятной «обогащенной среде». Так же образование новых контактов  обуславливает такой феномен, как "дошло" или "я понял". До тех пор пока физические связи не возникнут между отдельными разрозненными потоками информации и  между ними не пройдет новый ранее неведомый сигнал и не закрепится, того самого "инсайта" не произойдет. И главным условием такого "инсайта" является долгое повторение  информации.


Рефлекс и рефлекторная дуга

Как осуществляется произвольный контроль и внимание?


В зависимости от выполняемой функции нейроны бывают 3 типов:

  1. чувствительные (афферентные) передают в мозг нервные импульсы от органов чувств и внутренних органов;
  2. вставочные осуществляют связь между чувствительными и исполнительными нейронами;
  3. исполнительные (эфферентные, моторные) формируют ответные нервные импульсы и передают их к соответствующим органам:
    • двигательные нейроны посылают нервные импульсы к скелетной мускулатуре, вызывая сокращение мышц (соматическая НС, управляющая деятельностью скелетных мышц);
    • вегетативные нейроны контролируют деятельность внутренних органов (вегетативная НС, регулирующая работу внутренних органов).

Поэтому можно выделить афферентные сигналы (afferent signals, от периферии к центру - чувствительные) и эфферентные сигналы (efferent signals, от центра к периферии - исполнительные).

z

Нервные импульсы передаются по чувствительным (афферентным) нервным волокнам (afferent nerve fibers) в спинной и головной мозг. Они несут в мозг информацию о состоянии кожи (skin), мышц (muscles), сухожилий (tendons), суставных капсул (joint capsule) – их напряжении, расслаблении и положении. Афферентная импульсация (afferent input) позволяет нам осознавать своё тело в пространстве (то есть в данном случае информация поступает в кору головного мозга, cerebral cortex), либо запускает формирование рефлексов на уровне спинного мозга (spinal cord) и подкорковых структур (subcortex). Здесь вырабатываются соответствующие командные импульсы, которые передаются по моторным (эфферентным) нервным волокнам (motor/efferent nerve fibers) к исполнительным органам (мышцам, железам). Эти исполнительные органы называются эффекторами (effectors). Они несут командные сигналы, меняя тонус мышц, заставляя их сокращаться или расслабляться.

Эфферентные сигналы могут:

1. носить произвольный характер – и в этом случае импульсы берут начало в моторных зонах коры головного мозга, зонах, отвечающих за волевое управление движениями тела;
2. носить непроизвольный характер и являются частью безусловной рефлекторной дуги (unconditioned reflex arc). Эти независимые от нашей воли и чувств двигательные акты направлены на поддержание позы, взаимодействие мышечных антагонистов (antagonist muscles) и агонистов (agonist muscles) и обеспечение других двигательных рефлексов (motor reflexes).

Основным механизмом нервной деятельности является рефлекс.

x

Рефлекс (reflex) — реакция организма на внешнее или внутреннее воздействие при посредстве центральной нервной системы.

Путь, по которому проходит нервный импульс от рецептора до эффектора (действующий орган), называется рефлекторной дугой (reflex arc).

В рефлекторной дуге различают пять звеньев:

  • рецептор (receptor). Любое раздражение - механическое, световое, звуковое, химическое, температурное, воспринимаемое рецептором, трансформируется (преобразуется) рецептором в нервный импульс и в таком виде по чувствительным волокнам направляется в центральную нервную систему. При помощи рецепторов организм получает информацию обо всех изменениях, происходящих во внешней среде и внутри организма.

    Каждый дендрит имеет различные рецепторы. Определенные рецепторы могут считывать определенные сигналы - тепловые,  механические, химические, болевые (ноцицепторы), мышечное чувство (проприорецепторы). Проприорецепторы регистрируют движения. Развитие мышечного чувства происходит при занятиях йогой благодаря тому, что они становятся более чувствительными и адаптивными к поставленной задаче. Раздражение этих рецепторов адаптирует их к нагрузке, они становятся более чувствительными, импульс передается более точно в спинной мозг и более точно отдается приказ на ту мышцу, от которой пришла  задача. Постепенно каждый рецептор каждого сустава и мышцы мы воспитываем так, чтоб они работали с нами, а не против нас;

  • чувствительное волокно (sensory fiber), проводящее возбуждение к центрам;

  • нервный центр, где происходит переключение возбуждения с чувствительных клеток на двигательные; в центральной нервной системе эта информация перерабатывается, отбирается и передается на двигательные нервные клетки, которые посылают нервные импульсы к рабочим органам - мышцам, железам и вызывают тот или иной приспособительный акт - движение или секрецию;

  • двигательное волокно (motor fiber), несущее нервные импульсы на периферию;

  • действующий орган - мышца (muscle) или железа (gland).

В спинном мозге запускаются определенные рефлекторные дуги (например, отдернуть палец от горячего) за счет выделения возбуждающих нейромедиаторов,  но мы вольны затормозить эти рефлексы за счет тормозных медиаторов - это будет произвольный контроль, поскольку на вставочные нейроны в сером веществе  спинного мозга сходятся  и возбуждающие, и тормозные синапсы, которые запускает префронтальная кора головного мозга, связанная с волей. Таким образом, произвольный контроль движений и внимания, эмоций основан на тормозных синапсах. И эту функцию реализовать сложнее, чем возбуждение. И передача сигналов, и качество торможения зависят от тренировки.


Гематоэнцефалический барьер (the blood-brain barrier)


Нормальная деятельность головного и спинного мозга возможна лишь в условиях биохимического и электролитного гомеостаза (равновесия). Поэтому жизненно необходимо, чтобы мозг был надежно защищен от попадания веществ, способных изменить работу центральной нервной системы. 

Белки НС распознаются иммунной системой как инородные, поэтому нервная ткань не соприкасается напрямую с кровью, а взаимодействуют с питающими капиллярами через «посредников». Этими посредниками являются астроциты (astrocytes), или клетки нейроглии (neuroglial cells)- это и есть гематоэнцефалический барьер (the blood-brain barrier)- ГЭБ (BBB)- это преграда между капиллярной кровью и нейронами центральной нервной системы. Основную барьерную функцию в ГЭБ выполняют стенки мозговых капилляров, проницаемость которых для большинства веществ значительно ниже, чем в других органах. К стенкам капилляров со стороны нервной ткани подходят многочисленные «ножки» астроцитов, которые дополнительно усиливают ГЭБ. 

c

Хронический стресс или повышение температуры тела могут приводить к нарушениям в работе ГЭБ: контакты между ножками астроцитов и стенками капилляров ослабевают, проницаемость капиллярных стенок увеличивается. Это создает условия для проникновения в ткани ЦНС инфекционных агентов из крови и может привести к серьезным заболеваниям.

Нeйрoгли́я (neuroglia), или прocтo гли́я (glia) — coвoкупнocть вcпoмoгaтeльных клеток нервной ткани, которая выполняет множество функций, например, опорную, поддерживая нейроны, и трофическую, питая их. Сocтaвляeт oкoлo 40 % oбъёмa ЦНС.  Она нe являетcя coбcтвeннo нeрвнoй ткaнью, так как имеет coeдинитeльныe ткaни и прeдcтaвляет coбoй мелкие отростчатые клетки, рaзбрocaнныe пo бeлoму и ceрoму вeщecтву мoзгa и способные к фaгoцитoзу (поглощению чужеродных веществ). Эту ткань тоже нужно поддерживать, обеспечивая микроциркуляцию (кровообращение в капиллярах).

Основные типы нейроглии:

  • астроциты главным образом обеспечивают нейроны энергетическим ресурсом и защищают от окислительного стресса (т.е. от активных форм кислорода), участвуют в механизмах синаптической передачи, захватывая из синаптической щели и нейтрализуя молекулы медиатора, участвуют в водно-солевом обмене нервной ткани, а также выполняют опорную, защитную и изолирующую функции, заполняя пространство между телами нейронов и их отростками. При повреждении нервной ткани формируют рубец, а в ходе «созревания» НС у эмбриона отростки глиоцитов служат нейронам ориентирами для движения к месту постоянной локализации.  Количество астроцитов превышает количество нейронов в несколько раз;
  • олигодендроциты обеспечивают изоляцию нейронов и волокон друг от друга, т.к. нейронам можно соприкасаться только в синапсах. Присутствуют и в ЦНС, и в ПНС (в виде шванновских клеток, выполняют трофическую функцию и участвуют в регенерации отростков нейронов);
  • микроглия выполняет функцию фагоцитоза чужеродных веществ, оказавшихся в нервной ткани. При повреждении нервной ткани и развитии воспаления глиоциты начинают делиться, увеличиваются в размерах, избавляются от большинства отростков и перемещаются в область воспаления. В дальнейшем с помощью фагоцитоза клетки микроглии устраняют чужеродные клетки, поврежденные собственные клетки, а также тканевые остатки. Осуществляют прунинг: если синапс  работает плохо,  микроглия дает сигнал на его уничтожение, а если нейрон теряет несколько  синапсов, он может умереть - это упрощение нейросети.

Глиальные клетки могут делиться.

c


Глоссарий:

Аксон - длинный отросток нервной клетки, по которому нервные импульсы идут от тела клетки (сомы) к иннервируемым органам и другим нервным клеткам

Афферентный сигнал - нейронный сигнал, поступающий от сенсорного органа в мозг.

Везикулы - относительно маленькие внутриклеточные органеллы, мембрано-защищённые сумки, в которых запасаются или транспортируются химические вещества.

ГАМК (Гамма-аминомасляная кислота) - органическое соединение, важнейший тормозной нейромедиатор центральной нервной системы (ЦНС).

ГЭБ (Гема́тоэнцефали́ческий барьер) - преграда между капиллярной кровью и нейронами центральной нервной системы. Нейроны не вступают в непосредственный контакт с капиллярной сетью, а взаимодействуют через посредников.

Глутамат - самый распространенный возбуждающий нейромедиатор в нервной системе.

Дендриты (dendrites, dendrons) — чувствительные отростки, которые считывают информацию рецепторами с других клеток, по ним нервные импульсы идут к телу клеток.

Нейромедиатор - химическое вещество, которое передает сигналы от одного нейрона к другому.

Нейроглия – вспомогательная ткань центральной нервной системы, которая выполняет множество функций, например, опорную, поддерживая нейроны, и трофическую, питая их.

Нейрон - клетка нервной системы, которая обрабатывает, хранит и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов.

Нейропластичность — свойство человеческого мозга, заключающееся в возможности изменяться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения или в качестве ответа на внешние воздействия. Процесс научения может происходить посредством изменения прочности связей между нейронами, возникновения или разрушения связей, а также процесса нейрогенеза. Нейропластичность относится к процессам возникновения/разрушения связей и нейрогенезу. В течение XX века было общепринятым мнение, что структура ствола мозга и неокортекса остаётся неизменной после завершения формирования в детстве. Это означало, что процессы научения там могут идти только посредством изменения прочности связей, в то время как области, ответственные за процессы памяти (гиппокамп и зубчатая извилина) и сохраняющие способность к нейрогенезу на протяжении всей жизни, являются высоко пластичными. Это мнение меняется под действием результатов новых исследований, утверждающих, что мозг сохраняет свою пластичность даже после периода детства. Нейропластичность может проявляться на разных уровнях, начиная с клеточных изменений мозга, вплоть до крупномасштабных изменений с переназначением ролей в коре головного мозга, как ответная реакция на повреждение конкретных отделов. Роль нейропластичности широко признается современной медициной, а также как явление используется в развитии памяти, обучении, и восстановлении поврежденного мозга.

Нейротрофический фактор мозга (также нейротропный фактор мозга; англ. brain-derived neurotrophic factor) — белок человека, кодируемый геном BDNF. BDNF — относится к нейротрофинам, веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов.BDNF действует на определенные нейроны центральной и периферической нервных систем, помогая выживать появляющимся нейронам, увеличивает численность и дифференциацию новых нейронов и синапсов. В головном мозге он активен в гиппокампе, коре и в переднем мозге — областях, отвечающих за обучение и память. Также он выражен в сетчатке, моторных нейронах, почках, слюне и простате.

Потенциал действия (action potential, ПД) — электрический импульс, который доставляет информацию от рецепторов к мозгу, и с помощью которого мозг управляет телом.

Рефлекс (reflex) — реакция организма на внешнее или внутреннее воздействие посредством центральной нервной системы.

Рефлекторная дуга - путь, по которому проходит нервный импульс от рецептора до эффектора (действующего органа).

Рецептор - концевое образование чувствительных нервных волокон, воспринимающее внешнее раздражение.

Синапс - место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой.

Синаптическая щель - это пространство между пресинаптической мембраной передающей импульс нервной клетки и постсинаптической мембраной принимающей нервной клетки.

Синаптический прунинг - сокращение числа синапсов или нейронов для повышения эффективности нейросети, удаления избыточных связей. 

Сома - тело нейрона.

Фaгoцитoз - (др.-греч. φαγεῖν «пожирать» + κύτος «клетка») — процесс, при котором клетки (простейшие, либо специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма — фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы.

Ферменты - специфически действующие биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие и направляющие все биохимические процессы.

Эфферентные сигналы - произвольные нейронные импульсы, поступающие от нервного центра к исполнительным органам.


Список литературы:

  1. Николлс Дж.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу. М.: Едиториал УРСС, 2003.
  2. Сазонов В.Ф. Нервная система [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2022: [сайт]
  3. Дубынин В. Гамма-аминомасляная кислота. 2016.
  4. Броуд У. Нa­учнa­я йo­гa­. Дe­миc­тификa­ция. M.: Рипол-классик, 2013. 
  5. Татаринов В.Г. Анатомия и физиология. М.: Медицина, 1967.
  6. Aгaджaнян Н.A., Хамчиев К.М., Тель Л.Г. Нoрмaльнaя физиoлoгия. Учебник. М.: ЛитТера, 2021.
  7. Шмидт Р., Тевс Г., Ульмер Х.Ф. Физиoлoгия чeлoвeкa. В 3 т. М.: Мир, 1996.
  8. Шувалова М. Промывка мозгов: Как работает глимфатическая система. 2021. 


Последнее изменение: вторник, 12 сентября 2023, 23:08