Ľudské telo je pomerne zložitý a vyvážený systém, ktorý funguje v súlade s jasnými pravidlami. A navonok sa zdá, že všetko je celkom jednoduché, ale v skutočnosti je naše telo úžasnou interakciou každej bunky a orgánu. Celý tento „orchester“ riadi nervový systém, ktorý pozostáva z neurónov. Dnes vám prezradíme, čo sú neuróny a aké dôležité sú v ľudskom tele. Veď práve oni sú zodpovední za naše duševné a fyzické zdravie.
Každý žiak vie, že mozog a nervová sústava nás riadi. Tieto dva bloky nášho tela predstavujú bunky, z ktorých každá sa nazýva nervový neurón. Tieto bunky sú zodpovedné za príjem a prenos impulzov z neurónu do neurónu a iných buniek ľudských orgánov.
Pre lepšie pochopenie toho, čo sú neuróny, môžu byť reprezentované ako dôležitý prvok nervový systém, ktorý plní nielen vodivú úlohu, ale aj funkčnú. Prekvapivo, neurovedci stále pokračujú v štúdiu neurónov a ich práce na prenos informácií. Samozrejme, dosiahli veľký úspech vo svojom vedeckom výskume a dokázali odhaliť mnohé tajomstvá nášho tela, no na otázku, čo sú to neuróny, stále nedokážu odpovedať raz a navždy.
Nervové bunky: vlastnosti
Neuróny sú bunky a sú v mnohom podobné svojim ostatným „bratom“, ktorí tvoria naše telo. Ale majú množstvo funkcií. Vďaka svojej štruktúre takéto bunky v ľudskom tele, ktoré sa spájajú, vytvárajú nervové centrum.
Neurón má jadro a je obklopený ochranným plášťom. Vďaka tomu je podobná všetkým ostatným bunkám, ale tu sa podobnosti končia. Zostávajúce vlastnosti nervovej bunky ju robia skutočne jedinečnou:
- Neuróny sa nedelia
Neuróny mozgu (mozog a miecha) sa nedelia. Je to prekvapujúce, ale takmer okamžite po objavení sa prestanú vyvíjať. Vedci sa domnievajú, že určitá progenitorová bunka dokončí delenie skôr, ako sa neurón úplne vyvinie. V budúcnosti si buduje len spojenia, ale nie jeho množstvo v tele. S týmto faktom sú spojené mnohé ochorenia mozgu a centrálneho nervového systému. S vekom časť neurónov odumiera a zvyšné bunky si kvôli nízkej aktivite samotného človeka nedokážu vybudovať spojenia a nahradiť svojich „bratov“. To všetko vedie k nerovnováhe v tele a v niektorých prípadoch k smrti.
- Nervové bunky prenášajú informácie
Neuróny môžu prenášať a prijímať informácie pomocou procesov - dendritov a axónov. Sú schopní vnímať určité údaje pomocou chemické reakcie a premeniť ho na elektrický impulz, ktorý zasa prechádza cez synapsie (spojenia) do potrebných buniek tela.
Vedci dokázali jedinečnosť nervových buniek, no v skutočnosti dnes vedia o neurónoch len 20 % z toho, čo v skutočnosti skrývajú. Potenciál neurónov ešte nebol odhalený, vo vedeckom svete existuje názor, že odhalenie jedného tajomstva fungovania nervových buniek sa stáva začiatkom ďalšieho tajomstva. A tento proces v v súčasnosti zdá sa nekonečný.
Koľko neurónov je v tele?
Táto informácia nie je s určitosťou známa, ale neurofyziológovia predpokladajú, že v ľudskom tele je viac ako sto miliárd nervových buniek. Jedna bunka má zároveň schopnosť vytvárať až desaťtisíc synapsií, čo umožňuje rýchlu a efektívnu komunikáciu s inými bunkami a neurónmi.
Štruktúra neurónov
Každá nervová bunka sa skladá z troch častí:
- neurónové telo (soma);
- dendrity;
- axóny.
Stále nie je známe, ktorý z procesov sa v bunkovom tele rozvinie ako prvý, no rozdelenie zodpovedností medzi nimi je celkom zrejmé. Proces neurónového axónu sa zvyčajne tvorí v jednej kópii, ale môže tam byť veľa dendritov. Ich počet niekedy dosahuje niekoľko stoviek, čím viac dendritov má nervová bunka, tým viac buniek sa s ňou môže spájať. Rozsiahla sieť pobočiek navyše umožňuje odovzdať množstvo informácií v čo najkratšom čase.
Vedci sa domnievajú, že pred vytvorením procesov sa neurón šíri po celom tele a od okamihu, keď sa objavia, je už na jednom mieste bez zmeny.
Prenos informácií nervovými bunkami
Aby sme pochopili, aké dôležité sú neuróny, je potrebné pochopiť, ako vykonávajú svoju funkciu prenosu informácií. Neurónové impulzy sú schopné pohybovať sa v chemickom a elektricky... Proces dendritu neurónu prijíma informáciu ako stimul a prenáša ju do tela neurónu, axón ju prenáša ako elektronický impulz do iných buniek. Dendrity iného neurónu dostanú elektronický impulz okamžite alebo pomocou neurotransmiterov (chemických vysielačov). Neurotransmitery sú zachytené neurónmi a neskôr použité ako ich vlastné.
Typy neurónov podľa počtu procesov
Vedci, ktorí pozorujú prácu nervových buniek, vyvinuli niekoľko typov ich klasifikácie. Jeden z nich rozdeľuje neuróny podľa počtu procesov:
- unipolárne;
- pseudo-unipolárne;
- bipolárny;
- multipolárny;
- bez osí.
Multipolárny neurón sa považuje za klasický, má jeden krátky axón a sieť dendritov. Najmenej študované sú neaxónové nervové bunky, vedci poznajú iba ich umiestnenie - miecha.
Reflexný oblúk: definícia a stručný popis
V neurofyzike existuje taký termín ako "reflexné oblúkové neuróny". Bez nej je dosť ťažké získať ucelený obraz o práci a význame nervových buniek. Dráždivé látky, ktoré ovplyvňujú nervový systém, sa nazývajú reflexy. Toto je hlavná činnosť nášho centrálneho nervového systému, vykonáva sa pomocou reflexného oblúka. Možno si to predstaviť ako akúsi dráhu, po ktorej impulz prechádza z neurónu do akcie (reflexu).
Túto cestu možno rozdeliť do niekoľkých etáp:
- vnímanie podráždenia dendritmi;
- prenos impulzov do tela bunky;
- transformácia informácií na elektrický impulz;
- prenos impulzu do orgánu;
- zmeny v činnosti orgánov (fyzická reakcia na podnet).
Reflexné oblúky môžu byť rôzne a pozostávajú z niekoľkých neurónov. Napríklad jednoduchý reflexný oblúk je vytvorený z dvoch nervových buniek. Jeden z nich dostáva informácie, zatiaľ čo druhý núti ľudské orgány vykonávať určité činnosti. Zvyčajne sa to nazýva nepodmienený reflex. Vzniká vtedy, keď človeka zasiahne napr patela a v prípade dotyku s horúcim povrchom.
V podstate jednoduchý reflexný oblúk vedie impulzy cez procesy miechy, zložitý reflexný oblúk vedie impulz priamo do mozgu, ktorý ho následne spracuje a môže sa uložiť. Neskôr, po prijatí podobného impulzu, mozog vyšle príkaz, ktorý chcete orgánom na výkon určitého súboru úkonov.
Funkčná klasifikácia neurónov
Neuróny je možné klasifikovať podľa ich bezprostredného účelu, pretože každá skupina nervových buniek je určená na určité akcie. Typy neurónov sú prezentované nasledovne:
- Citlivý
Tieto nervové bunky sú navrhnuté tak, aby vnímali podráždenie a transformovali ho na impulz, ktorý je presmerovaný do mozgu.
Vnímajú informácie a prenášajú impulz do svalov, ktoré uvádzajú do pohybu časti tela a orgány človeka.
3. Vkladanie
Tieto neuróny vykonávajú komplexnú prácu, sú umiestnené v strede reťazca medzi senzorickými a motorickými nervovými bunkami. Takéto neuróny prijímajú informácie, vykonávajú predbežné spracovanie a vysielajú impulzný príkaz.
4. Tajomstvo
Sekrečné nervové bunky syntetizujú neurohormóny a majú špeciálnu štruktúru s veľkým počtom membránových vakov.
Motorické neuróny: vlastnosti
Eferentné neuróny (motorické) majú štruktúru identickú s inými nervovými bunkami. Ich sieť dendritov je najviac rozvetvená a axóny siahajú do svalových vlákien. Spôsobujú stiahnutie a narovnanie svalu. Najdlhší axón v ľudskom tele je práve axón motorického neurónu, ktorý ide do palec nohy od bedrový... V priemere je jeho dĺžka asi jeden meter.
Takmer všetky eferentné neuróny sa nachádzajú v mieche, pretože práve on je zodpovedný za väčšinu našich nevedomých pohybov. To platí nielen pre nepodmienené reflexy (napríklad žmurkanie), ale aj pre akékoľvek akcie, na ktoré nemyslíme. Keď sa pozrieme na objekt, vysiela impulzy optický nerv mozog. Ale ten pohyb očná buľva vľavo a vpravo sa vykonáva prostredníctvom príkazov miechy, sú to nevedomé pohyby. Preto s pribúdajúcim vekom, keď sa zvyšuje celkový počet nevedomých zvyčajných akcií, sa dôležitosť motorických neurónov ukazuje v novom svetle.
Typy motorických neurónov
Na druhej strane eferentné bunky majú určitú klasifikáciu. Sú rozdelené do nasledujúcich dvoch typov:
- a-motorické neuróny;
- y-motorické neuróny.
Prvý typ neurónov má hustejšiu štruktúru vlákien a pripája sa k rôznym svalovým vláknam. Jeden takýto neurón môže využívať iný počet svalov.
Y-motorické neuróny sú o niečo slabšie ako ich „náprotivky“, nedokážu využívať viacero svalových vlákien súčasne a sú zodpovedné za svalové napätie. Dá sa povedať, že oba typy neurónov sú riadiacim orgánom motorickej aktivity.
Na ktoré svaly sa pripájajú motorické neuróny?
Axóny neurónov sú spojené s niekoľkými typmi svalov (fungujú), ktoré sú klasifikované ako:
- zviera;
- vegetatívny.
Prvá svalová skupina je kostrová, zatiaľ čo druhá patrí do kategórie hladkého svalstva. Rozdielne sú aj spôsoby uchytenia na svalové vlákno. Kostrové svaly tvoria určitý druh plaku v mieste kontaktu s neurónmi. Autonómne neuróny komunikujú s hladkým svalstvom prostredníctvom malých vydutín alebo vezikúl.
Záver
Je nemožné si predstaviť, ako by naše telo fungovalo bez nervových buniek. Každú sekundu robia neuveriteľne ťažkú prácu a majú na starosti našu emocionálny stav, chuťové preferencie a fyzická aktivita. Neuróny zatiaľ neprezrádzajú mnohé zo svojich tajomstiev. Dokonca aj tá najjednoduchšia teória neurónového neobnovenia spôsobuje medzi niektorými vedcami veľa kontroverzií a otázok. Sú pripravení dokázať, že v niektorých prípadoch sú nervové bunky schopné nielen vytvárať nové spojenia, ale aj reprodukovať sa. Samozrejme, toto je zatiaľ len teória, ale môže sa ukázať, že je životaschopná.
Štúdium fungovania centrálneho nervového systému je mimoriadne dôležité. Vďaka objavom v tejto oblasti budú totiž lekárnici schopní vyvinúť nové lieky na aktiváciu činnosti mozgu a psychiatri lepšie pochopia podstatu mnohých chorôb, ktoré sa dnes zdajú byť nevyliečiteľné.
Ekológia života. Veda a objavy: Človek ovládol hlbiny mora a vzdušné priestory, prenikol do tajov vesmíru a útrob zeme. Naučil sa odolávať mnohým chorobám
Človek ovládol morské hlbiny a vzdušné priestory, prenikol do tajov vesmíru a zemského vnútra.Naučil sa odolávať mnohým chorobám a začal žiť dlhšie.Snaží sa manipulovať s génmi, „pestovať“ orgány na transplantáciu a klonovaním „vytvárať“ živé bytosti.
Ale pre neho stále zostáva najväčšou záhadou, ako funguje jeho vlastný mozog, ako pomocou bežných elektrických impulzov a malého súboru neurotransmiterov nervový systém nielen koordinuje prácu miliárd telesných buniek, ale poskytuje aj schopnosť spoznávať, myslieť, pamätať si, prežívať najširšiu škálu emócií...
Na ceste k pochopeniu týchto procesov musí človek predovšetkým pochopiť, ako fungujú jednotlivé nervové bunky (neuróny).
Najväčšia záhada - Ako funguje mozog
Živé elektrické siete
Podľa hrubých odhadov v ľudskom nervovom systéme je viac ako 100 miliárd neurónov... Všetky štruktúry nervovej bunky sú zamerané na vykonávanie najdôležitejšej úlohy pre telo - prijímanie, spracovanie, vedenie a prenos informácií zakódovaných vo forme elektrických alebo chemických signálov ( nervové impulzy).
Neurón pozostáva z telesa s priemerom 3 až 100 mikrónov, obsahujúceho jadro, vyvinutý aparát na syntézu proteínov a ďalšie organely, ako aj procesy: jeden axón a niekoľko, zvyčajne rozvetvených dendritov. Dĺžka axónov je zvyčajne výrazne väčšia ako veľkosť dentritov, v niektorých prípadoch dosahuje desiatky centimetrov alebo dokonca metrov.
Napríklad obrovský axón chobotnice je hrubý asi 1 mm a dlhý niekoľko metrov; experimentátorom sa nepodarilo použiť takýto pohodlný model a experimenty s neurónmi chobotnice slúžili na objasnenie mechanizmu prenosu nervových vzruchov.
Vonku je nervová bunka obklopená membránou (cytolemou), ktorá zabezpečuje nielen výmenu látok medzi bunkou a životné prostredie ale je tiež schopný viesť nervový impulz.
Faktom je, že medzi vnútorným povrchom neurónovej membrány a vonkajším prostredím sa neustále udržiava rozdiel elektrického potenciálu. Je to kvôli práci takzvaných "iónových púmp" - proteínových komplexov, ktoré aktívne transportujú kladne nabité ióny draslíka a sodíka cez membránu.
Tento aktívny prenos, ako aj neustále prúdiaca pasívna difúzia iónov cez póry v membráne spôsobujú v pokoji záporný náboj vzhľadom na vonkajšie prostredie. vnútri neurónové membrány.
Ak stimulácia neurónu prekročí určitú prahovú hodnotu, potom v mieste stimulácie dôjde k sérii chemických a elektrické zmeny(aktívny vstup sodíkových iónov do neurónu a krátkodobá zmena náboja z vnútornej strany membrány z negatívneho na pozitívny), ktoré sa šíria po celej nervovej bunke.
Na rozdiel od jednoduchého elektrického výboja, ktorý vplyvom odporu neurónu postupne slabne a dokáže prekonať len krátku vzdialenosť, nervový impulz v procese šírenia sa neustále obnovuje.
Hlavné funkcie nervovej bunky sú:
- vnímanie vonkajších podnetov (funkcia receptora),
- ich spracovanie (integračná funkcia),
- vysielať nervové vplyvy k iným neurónom alebo rôznym pracovným orgánom (funkcia efektora).
Pozdĺž dendritov - inžinieri by ich nazvali "prijímače" - impulzy vstupujú do tela nervovej bunky a pozdĺž axónu - "vysielača" - idú z jej tela do svalov, žliaz alebo iných neurónov.
V kontaktnej zóne
Axón má tisíce vetiev, ktoré siahajú k dendritom iných neurónov. Zóna funkčného kontaktu medzi axónmi a dendritmi sa nazýva synapsia.
Čím viac synapsií na nervovej bunke, tým viac rôznych podnetov je vnímaných a následne tým širšia sféra vplyvu na jej činnosť a možnosť účasti nervovej bunky na rôznych reakciách organizmu. Telá veľkých motoneurónov miechy môžu mať až 20 tisíc synapsií.
Na synapsii sa elektrické signály premieňajú na chemické signály a naopak. Prenos vzruchu sa uskutočňuje pomocou biologicky účinných látok- neurotransmitery (acetylcholín, adrenalín, niektoré aminokyseliny, neuropeptidy atď.). Onie sú obsiahnuté v špeciálnych vezikulách umiestnených na zakončeniach axónov - presynaptická časť.
Keď nervový impulz dosiahne presynaptickú časť, neurotransmitery sa uvoľnia do synaptickej štrbiny, viažu sa na receptory umiestnené na tele alebo procesy druhého neurónu (postsynaptická časť), čo vedie ku generovaniu elektrického signálu - postsynaptického potenciálu.
Veľkosť elektrického signálu je priamo úmerná množstvu neurotransmiteru.
Niektoré synapsie spôsobujú depolarizáciu neurónov, iné hyperpolarizáciu; prvé sú vzrušujúce, druhé sú inhibičné.
Po zastavení uvoľňovania mediátora sa jeho zvyšky zo synaptickej štrbiny odstránia a receptory postsynaptickej membrány sa vrátia do počiatočný stav... O tom, či bude v tento moment generovať nervový impulz.
Neuropočítače
Pokus o simuláciu princípov fungovania biologických neurónových sietí viedol k vytvoreniu takého zariadenia na spracovanie informácií, ako je neuropočítač .
Na rozdiel od digitálnych systémov, ktoré sú kombináciou procesorových a pamäťových jednotiek, neuroprocesory obsahujú pamäť distribuovanú v spojeniach (druh synapsií) medzi veľmi jednoduchými procesormi, ktoré možno formálne nazvať neurónmi.
Neuropočítače neprogramujú v tradičnom zmysle slova, ale „učia“, upravujúc efektivitu všetkých „synaptických“ spojení medzi ich zložkami „neurónmi“.
Hlavné oblasti použitia neuropočítačov, ich vývojári vidia:
- rozpoznávanie vizuálnych a zvukových obrazov;
- ekonomické, finančné, politické prognózy;
- riadenie výrobných procesov, rakiet, lietadiel v reálnom čase;
- optimalizácia pri projektovaní technických zariadení a pod.
"Hlava je temná téma..."
Neuróny možno rozdeliť do troch veľkých skupín:
- receptor,
- stredný,
- efektor.
Receptorové neuróny poskytujú vstup do mozgu senzorických informácií. Transformujú signály prichádzajúce do zmyslových orgánov (optické signály v sietnici, akustické signály v ušnom slimáku, čuchové signály v chemoreceptoroch nosa atď.) na elektrické impulzy ich axónov.
Medziľahlé neuróny spracovanie informácií prijatých z receptorov a generovanie riadiacich signálov pre efektory. Neuróny tejto skupiny tvoria centrálny nervový systém (CNS).
Efektorové neuróny prenášať signály, ktoré k nim prichádzajú, výkonným orgánom. Výsledkom činnosti nervovej sústavy je tá či oná činnosť, ktorá je založená na stiahnutí alebo uvoľnení svalov alebo na sekrécii alebo zastavení sekrécie žliaz. S prácou svalov a žliaz je spojený akýkoľvek spôsob nášho sebavyjadrenia.
Ak sú princípy fungovania receptorových a efektorových neurónov pre vedcov viac-menej jasné, potom medzistupeň, v ktorom telo „strávi“ prijatú informáciu a rozhodne sa, ako na ňu zareaguje, je pochopiteľný len na úrovni tých najjednoduchších. reflexné oblúky.
Vo väčšine prípadov zostáva neurofyziologický mechanizmus vzniku určitých reakcií záhadou. Nie nadarmo sa v populárno-náučnej literatúre ľudský mozog často prirovnáva k „čiernej skrinke“.
„... Vo vašej hlave je 30 miliárd neurónov, ktoré uchovávajú vaše vedomosti, zručnosti a nahromadené životné skúsenosti. Po 25 rokoch uvažovania sa mi táto skutočnosť nezdá menej zarážajúca ako predtým.Najtenší film, pozostávajúci z nervových buniek, vidí, cíti, vytvára náš svetonázor. Je to neuveriteľné!Užívanie si tepla letného dňa a smelé sny o budúcnosti – všetko je vytvorené týmito bunkami... Nič iné neexistuje: žiadna mágia, žiadna špeciálna omáčka, iba neuróny vykonávajúce informačný tanec,“ napísal známy počítačový vývojár, zakladateľ Redwood Institute of Neurology (USA) Jeff Hawkins.
Už viac ako polstoročie sa tisíce neurofyziológov po celom svete snažia pochopiť choreografiu tohto „informačného tanca“, no dnes sú známe len jeho jednotlivé figúry a kroky, ktoré neumožňujú vytvoriť univerzálnu teóriu fungovania mozog.
Treba si uvedomiť, že mnohé práce z oblasti neurofyziológie sa venujú tzv "Funkčná lokalizácia" - zistenie, ktorý neurón, skupina neurónov resp celú oblasť mozog sa v určitých situáciách aktivuje.
Dnes sa nahromadilo obrovské množstvo informácií o tom, ktoré neuróny u ľudí, potkanov, opíc sa selektívne aktivujú pri pozorovaní rôznych predmetov, vdychovaní feromónov, počúvaní hudby, učení básničiek atď.
Pravda, niekedy sa takéto experimenty zdajú byť trochu kuriózne. V 70-tych rokoch minulého storočia jeden z výskumníkov objavil „zelené krokodílie neuróny“ v mozgu potkana: tieto bunky sa aktivovali, keď zviera prechádzajúce bludiskom, okrem iných predmetov, narazilo na známu hračku malý zelený krokodíl.
A ďalší vedci neskôr lokalizovali neurón v ľudskom mozgu, ktorý „reagoval“ na fotografiu amerického prezidenta Billa Clintona.
Všetky tieto údaje podporujú teóriu, že neuróny v mozgu sú špecializované, však nijako nevysvetľujú, prečo a ako k tejto špecializácii dochádza.
Vedci rozumejú neurofyziologickým mechanizmom učenia a pamäti len všeobecne. Predpokladá sa, že v procese zapamätania si informácií vznikajú nové funkčné kontakty medzi neurónmi mozgovej kôry.
Inými slovami, synapsie sú neurofyziologickou „stopou“ pamäte. Čím viac nových synapsií sa objavuje, tým je pamäť jednotlivca „bohatšia“. Typická bunka v mozgovej kôre tvorí niekoľko (až 10) tisíc synapsií. Ak vezmeme do úvahy celkový počet neurónov v kortexe, ukazuje sa, že celkovo tu môžu vzniknúť stovky miliárd funkčných kontaktov!
Pod vplyvom akýchkoľvek vnemov dochádza k myšlienkam alebo emóciám spomínanie- excitácia jednotlivých neurónov aktivuje celý súbor zodpovedný za ukladanie tej či onej informácie.
V roku 2000 švédsky farmakológ Arvid Karlsson a americkí neurovedci Paul Greengard a Eric Kendel získali Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu za objavy týkajúce sa „prenosu signálov v nervovom systéme“.
Vedci to dokázali pamäť väčšiny živých vecí funguje vďaka pôsobeniu takzvaných neurotransmiterov – dopamín, norepinefrín a serotonín, ktorého účinok sa na rozdiel od klasických neurotransmiterov nevyvíja v milisekundách, ale v stovkách milisekúnd, sekúnd a dokonca hodín. To určuje ich dlhodobý, modulačný účinok na funkcie nervových buniek, ich úlohu pri zvládaní zložitých stavov nervovej sústavy – spomienky, emócie, nálady.
Treba tiež poznamenať, že veľkosť signálu generovaného na postsynaptickej membráne môže byť odlišná aj pri rovnakej veľkosti počiatočného signálu, ktorý dosiahne presynaptickú časť. Tieto rozdiely sú určené takzvanou účinnosťou alebo hmotnosťou synapsie, ktorá sa môže počas fungovania medzineuronálneho kontaktu meniť.
Podľa mnohých výskumníkov má zmena účinnosti synapsií tiež dôležitú úlohu vo funkcii pamäte. Je možné, že informácie, ktoré človek často používa, sú uložené v neurónových sieťach prepojených vysoko účinnými synapsiami, a teda rýchlo a ľahko „zapamätateľné“. Zároveň sa synapsie zapojené do ukladania sekundárnych, zriedkavo „získaných“ údajov, zjavne vyznačujú nízkou účinnosťou.
A predsa sa zotavujú!
Jedným z medicínsky najzaujímavejších problémov v neurovede je možnosť regenerácie nervového tkaniva... Je známe, že prerezané alebo poškodené vlákna neurónov periférneho nervového systému, obklopené neurilemou (plášť špecializovaných buniek), sa môžu regenerovať, ak je bunkové telo zachované neporušené. Pod miestom transekcie zostáva neurilema vo forme tubulárnej štruktúry a časť axónu, ktorá zostáva spojená s bunkovým telom, rastie pozdĺž tejto trubice, až kým nedosiahne nervové zakončenie. Tak sa obnoví funkcia poškodeného neurónu.
Axóny v centrálnom nervovom systéme nie sú obklopené neurilemou, a preto zjavne nie sú schopné znovu rásť na miesto predchádzajúceho konca.
Neurofyziológovia sa zároveň donedávna domnievali, že počas života človeka sa v centrálnom nervovom systéme nevytvárajú nové neuróny.
"Nervové bunky sa nezotavia!" varovali nás vedci. Predpokladalo sa, že udržiavanie nervového systému v „pracovnom stave“ aj s vážnych chorôb a k poraneniu dochádza vďaka jeho výnimočnej plasticite: funkcie mŕtvych neurónov preberajú ich prežívajúci „kolegovia“, ktorí sa zväčšujú a vytvárajú nové spojenia.
Vysokú, no nie neobmedzenú účinnosť takejto kompenzácie možno ilustrovať na príklade Parkinsonovej choroby, pri ktorej dochádza k postupnému odumieraniu neurónov. Ukazuje sa, že kým nezomrie asi 90 % neurónov v mozgu, klinické príznaky choroby (chvenie končatín, neistá chôdza, demencia) sa neprejavujú, to znamená, že človek vyzerá prakticky zdravo. Ukazuje sa, že jedna živá nervová bunka dokáže funkčne nahradiť deväť mŕtvych!
Teraz je dokázané, že v mozgu dospelých cicavcov stále prebieha tvorba nových nervových buniek (neurogenéza). Už v roku 1965 sa ukázalo, že nové neuróny sa pravidelne objavujú u dospelých potkanov v hipokampe, mozgovej oblasti zodpovednej za rané fázy učenia a pamäte.
O 15 rokov neskôr vedci dokázali, že v mozgoch vtákov sa počas života objavujú nové nervové bunky. Štúdie neurogenézy mozgu dospelých primátov však nepriniesli povzbudivé výsledky.
Len asi pred 10 rokmi vyvinuli americkí vedci techniku, ktorá dokázala, že nové neuróny vznikajú z neurónových kmeňových buniek v mozgu opíc počas ich života. Vedci vpichli zvieratám špeciálnu označovaciu látku (brómdioxyuridín), ktorá bola súčasťou DNA iba deliacich sa buniek.
Tak sa zistilo, že nové bunky sa začali množiť v subventrikulárnej zóne a odtiaľ migrovali do kôry, kde dozreli do dospelého stavu. Nové neuróny sa našli v oblastiach mozgu spojených s kognitívnymi funkciami a nevznikli v oblastiach, ktoré implementujú primitívnejšiu úroveň analýzy.
V tejto súvislosti to vedci navrhli nové neuróny môžu byť dôležité pre učenie a pamäť.
Túto hypotézu podporuje aj nasledovné: veľké percento nových neurónov odumiera v prvých týždňoch po ich narodení; avšak v situáciách, kedy dochádza k sústavnému učeniu, je podiel prežívajúcich neurónov oveľa vyšší, ako keď po nich „nie je dopyt“ – keď je zviera zbavené možnosti vytvárať si nové skúsenosti.
K dnešnému dňu boli stanovené univerzálne mechanizmy smrti neurónov pri rôznych chorobách:
1) zvýšenie hladiny voľných radikálov a oxidačné poškodenie neurónových membrán;
2) narušenie aktivity mitochondrií neurónov;
3) nepriaznivý vplyv nadbytku excitačných neurotransmiterov glutamátu a aspartátu, čo vedie k hyperaktivácii špecifických receptorov, nadmernej akumulácii intracelulárneho vápnika, rozvoju oxidačného stresu a smrti neurónov (fenomén excitotoxicity).
Na základe toho ako lieky - neuroprotektory v neurológii sa používajú:
- prípravky s antioxidačnými vlastnosťami (vitamíny E a C atď.),
- korektorov tkanivové dýchanie(koenzým Q10, kyselina jantárová, riboflavini atď.),
- ako aj blokátory glutamátových receptorov (memantín a pod.).
Približne v rovnakom čase bola potvrdená možnosť objavenia sa nových neurónov z kmeňových buniek v mozgu dospelých: patologická štúdia pacientov, ktorí počas života dostávali bromodioxyuridín na terapeutické účely, ukázala, že neuróny obsahujúce túto značkovú látku sa nachádzajú takmer vo všetkých časti mozgu vrátane mozgovej kôry.
Tento fenomén sa komplexne skúma s cieľom liečby rôznych neurodegeneratívnych ochorení, predovšetkým Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby, ktoré sa stali skutočnou pohromou pre „starnúcu“ populáciu vyspelých krajín.
Pri pokusoch na transplantáciu sa používajú ako neurónové kmeňové bunky, ktoré sa nachádzajú v okolí mozgových komôr u embrya aj dospelého človeka, tak aj embryonálne kmeňové bunky, schopné premeny na takmer akékoľvek bunky tela.
Bohužiaľ, dnes lekári nedokážu vyriešiť hlavný problém spojený s transplantáciou neurónových kmeňových buniek: ich aktívna reprodukcia v tele príjemcu vedie v 30-40% prípadov k vzniku zhubných nádorov.
Napriek tomu odborníci nestrácajú optimizmus a transplantáciu kmeňových buniek označujú za jeden z najsľubnejších prístupov v liečbe neurodegeneratívnych ochorení.publikovaný . Ak máte nejaké otázky k tejto téme, opýtajte sa ich na špecialistov a čitateľov nášho projektu .
Neurón je elektricky excitovateľná bunka, ktorá spracováva, ukladá a prenáša informácie pomocou elektrických a chemických signálov. Bunka obsahuje jadro, telo bunky a procesy (dendrity a axóny). Ľudský mozog má v priemere asi 65 miliárd neurónov. Neuróny sa navzájom spájajú, a tak tvoria ľudské mozgové funkcie, pamäť, delenia a vedomie.
Vidíte tento obrázok vyššie? S týmto zvláštnym obrázkom dokázali neurovedci z MIT aktivovať jednotlivé neuróny v mozgu. Pomocou najlepšieho dostupného modelu zrakovej neurónovej siete mozgu vedci vyvinuli nový spôsob, ako presne kontrolovať jednotlivé neuróny a ich populácie uprostred tejto siete. Pri testovaní na zvieratách tím ukázal, že informácie z výpočtového modelu im umožnili vytvárať obrázky, ktoré silne aktivovali určité neuróny v mozgu.
sú dnes široko používané vo vede a výpočtovej technike. V prvom rade sú pri vytváraní umelej inteligencie dôležité umelé neurónové siete. Preto je veľmi dôležité, aby výskumníci pochopili, čo sa deje vo vnútri siete, keď na základe vstupných údajov urobí konkrétne rozhodnutie. Výskumníci z Laboratória počítačovej vedy a umelej inteligencie Massachusetts Institute of Technology sa rozhodli sprehľadniť prácu neurónových sietí pre lepšie pochopenie ľudí.
S mojou víziou, ako funguje mozog a aké sú možné spôsoby vytvorenia umelej inteligencie. Odvtedy sa dosiahol významný pokrok. Niečo sa ukázalo byť hlbšie na pochopenie, niečo bolo simulované na počítači. Čo je fajn, sú tam rovnako zmýšľajúci ľudia, ktorí sa aktívne podieľajú na práci na projekte.
V tejto sérii článkov sa plánuje hovoriť o koncepte inteligencie, na ktorom teraz pracujeme, a ukázať niektoré riešenia, ktoré sú zásadne nové v oblasti modelovania práce mozgu. Ale aby bol príbeh jasný a konzistentný, bude obsahovať nielen popis nových myšlienok, ale aj príbeh o práci mozgu všeobecne. Niektoré veci, najmä na začiatku, sa môžu zdať jednoduché a známe, ale odporúčal by som ich nepreskakovať, keďže do značnej miery určujú celkový dôkaz deja.
Pochopenie mozgu
Nervové bunky, to sú tiež neuróny, spolu s ich vláknami, ktoré prenášajú signály, tvoria nervový systém. U stavovcov je väčšina neurónov sústredená v lebečnej dutine a miechový kanál... Toto sa nazýva centrálny nervový systém. Podľa toho sa mozog a miecha rozlišujú ako jeho zložky.
Miecha zhromažďuje signály z väčšiny telesných receptorov a prenáša ich do mozgu. Prostredníctvom štruktúr talamu sú distribuované a premietané do mozgovej kôry.
Informácie okrem mozgových hemisfér spracováva aj mozoček, čo je v skutočnosti malý nezávislý mozog. Mozoček zabezpečuje presnú motoriku a koordináciu všetkých pohybov.
Zrak, sluch a čuch poskytujú mozgu prúd informácií o vonkajšom svete. Každá zo zložiek tohto toku, prechádzajúca po svojej vlastnej dráhe, sa premieta aj do kôry. Kôra je 1,3 až 4,5 mm hrubá vrstva šedej hmoty, ktorá tvorí vonkajší povrch mozgu. V dôsledku záhybov tvorených záhybmi je kôra zabalená tak, že zaberá trikrát menšiu plochu ako v expandovanej forme. Celková plocha kôry jednej pologule je približne 7000 cm2.
V dôsledku toho sa všetky signály premietajú do kôry. Projekcia sa uskutočňuje pomocou zväzkov nervových vlákien, ktoré sú rozmiestnené v obmedzených oblastiach kôry. Oblasť, na ktorú sa premietajú externé informácie alebo informácie z iných častí mozgu, tvorí zónu kôry. Podľa toho, aké signály sa pre takúto zónu prijímajú, má svoju špecializáciu. Rozlišujte medzi zónou motorickej kôry, senzorickou zónou, Brocovou, Wernickeho zónami, zrakovými zónami, okcipitálnym lalokom, celkovo asi sto rôznymi zónami.
Vo vertikálnom smere je kôra zvyčajne rozdelená do šiestich vrstiev. Tieto vrstvy nemajú jasné hranice a sú určené prevahou jedného alebo druhého typu buniek. V rôznych zónach kôry môžu byť tieto vrstvy vyjadrené rôznymi spôsobmi, silnejšie alebo slabšie. Vo všeobecnosti však môžeme povedať, že kôra je celkom univerzálna a predpokladáme, že fungovanie jej rôznych zón podlieha rovnakým princípom.
Vrstvy kôry
Signály sú posielané do kôry cez aferentné vlákna. Dostanú sa do III, IV úrovne kôry, kde sú distribuované do neurónov blízko miesta, kam sa dostalo aferentné vlákno. Väčšina neurónov má vo svojej kôre axonálne spojenia. Ale niektoré neuróny majú axóny, ktoré presahujú. Prostredníctvom týchto eferentných vlákien idú signály buď mimo mozog, napríklad do výkonných orgánov, alebo sa premietajú do iných častí kôry jednej alebo druhej hemisféry. V závislosti od smeru prenosu signálu sa eferentné vlákna zvyčajne delia na:
- asociatívne vlákna, ktoré spájajú oddelené časti kôry jednej hemisféry;
- komisurálne vlákna, ktoré spájajú kôru dvoch hemisfér;
- projekčné vlákna, ktoré spájajú kôru s jadrami dolných častí centrálneho nervového systému.
Mozgovú kôru si môžete predstaviť ako veľké plátno, rozrezané na samostatné zóny. Obraz aktivity neurónov v každej zo zón kóduje určitú informáciu. Zväzky nervových vlákien tvorené axónmi presahujúcimi ich kortexovú zónu tvoria systém projekčných spojení. Do každej zo zón sa premietajú určité informácie. Okrem toho môže do jednej zóny súčasne vstúpiť niekoľko informačných tokov, ktoré môžu pochádzať zo zón ich vlastnej aj opačnej hemisféry. Každý prúd informácií vyzerá ako akýsi obraz nakreslený aktivitou axónov nervového zväzku. Fungovanie samostatnej zóny kôry je príjem mnohých projekcií, zapamätanie si informácií, ich spracovanie, vytvorenie vlastného obrazu o činnosti a ďalšie premietanie informácií získaných ako výsledok práce tejto zóny.
Významnú časť mozgu tvorí biela hmota. Tvoria ho axóny neurónov, ktoré vytvárajú samotné projekčné dráhy. Na obrázku nižšie je bielu hmotu vidieť ako ľahkú výplň medzi kôrou a vnútornými štruktúrami mozgu.
Distribúcia bielej hmoty v prednej časti mozgu
Pomocou difúzneho spektrálneho MRI bolo možné vysledovať smer jednotlivých vlákien a zostaviť trojrozmerný model konektivity kortexových zón (projekt Connectomics).
Obrázky nižšie poskytujú predstavu o štruktúre dlhopisov (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012) .
Pohľad na ľavú hemisféru
Pohľad zozadu
Pravý pohľad
Mimochodom, pri pohľade zozadu je jasne viditeľná asymetria projekčných dráh ľavej a pravej hemisféry. Táto asymetria do značnej miery určuje rozdiely v tých funkciách, ktoré hemisféry získavajú, keď sa učia.
Neuron
Základom mozgu je neurón. Prirodzene, modelovanie mozgu pomocou neurónových sietí začína odpoveďou na otázku, aký je princíp jeho práce.
Práca skutočného neurónu je založená na chemické procesy... V pokoji je medzi vnútorným a vonkajším prostredím neurónu potenciálny rozdiel – membránový potenciál, ktorý je asi 75 milivoltov. Vzniká vďaka práci špeciálnych proteínových molekúl, ktoré fungujú ako sodno-draselné pumpy. Tieto pumpy vďaka energii nukleotidu ATP poháňajú draselné ióny dovnútra a sodíkové ióny mimo bunky. Keďže proteín v tomto prípade pôsobí ako ATP-áza, teda enzým, ktorý hydrolyzuje ATP, nazýva sa „sodno-draselná ATP-áza“. Výsledkom je, že neurón sa zmení na nabitý kondenzátor s negatívnym nábojom vo vnútri a pozitívnym na vonkajšej strane.
Neurónový diagram (Mariana Ruiz Villarreal)
Povrch neurónu je pokrytý vetviacimi procesmi - dendritmi. Axonálne zakončenia iných neurónov susedia s dendritmi. Ich spojenia sa nazývajú synapsie. Prostredníctvom synaptickej interakcie je neurón schopný reagovať na prichádzajúce signály a za určitých okolností generovať vlastný impulz, nazývaný hrot.
Signalizácia na synapsiách prebieha prostredníctvom látok nazývaných neurotransmitery. Keď nervový impulz vstúpi do synapsie pozdĺž axónu, uvoľní molekuly neurotransmiterov zo špeciálnych vezikúl, ktoré sú charakteristické pre túto synapsiu. Na membráne neurónu, ktorá prijíma signál, sa nachádzajú proteínové molekuly – receptory. Receptory interagujú s neurotransmitermi.
Chemická synapsia
Receptory nachádzajúce sa v synaptickej štrbine sú ionotropné. Tento názov zdôrazňuje skutočnosť, že sú to aj iónové kanály schopné pohybovať iónmi. Neurotransmitery pôsobia na receptory tak, že sa ich iónové kanály otvoria. V súlade s tým sa membrána buď depolarizuje alebo hyperpolarizuje - v závislosti od toho, ktoré kanály sú ovplyvnené, a podľa toho, aký typ tejto synapsie. V excitačných synapsiách sa kanály otvárajú, umožňujú katiónom vstúpiť do bunky a membrána je depolarizovaná. V inhibičných synapsiách sa otvárajú kanály, ktoré vedú anióny, čo vedie k hyperpolarizácii membrány.
Za určitých okolností môžu synapsie zmeniť svoju citlivosť, čo sa nazýva synaptická plasticita. To vedie k tomu, že synapsie jedného neurónu získavajú rôznu citlivosť na vonkajšie signály.
Zároveň do synapsií neurónu prichádza veľa signálov. Inhibičné synapsie ťahajú membránový potenciál smerom k akumulácii náboja vo vnútri klietky. Na druhej strane, aktivačné synapsie sa snažia vybiť neurón (obrázok nižšie).
Excitácia (A) a inhibícia (B) gangliových buniek sietnice (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Keď celková aktivita prekročí iniciačný prah, dôjde k výboju, ktorý sa nazýva akčný potenciál alebo špička. Hrot je prudká depolarizácia membrány neurónu, ktorá generuje elektrický impulz. Celý proces generovania impulzu trvá približne 1 milisekundu. V tomto prípade ani trvanie, ani amplitúda impulzu nezávisia od toho, aké silné boli príčiny, ktoré ho spôsobili (obrázok nižšie).
Registrácia akčného potenciálu gangliovej bunky (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Po adhézii zabezpečujú iónové pumpy spätné vychytávanie neurotransmiteru a vyčistenie synaptickej štrbiny. Počas refraktérneho obdobia nasledujúceho po špičke neurón nie je schopný generovať nové impulzy. Trvanie tohto obdobia určuje maximálnu frekvenciu generovania, ktorej je neurón schopný.
Adhézie, ktoré vznikajú v dôsledku aktivity na synapsiách, sa nazývajú evokované. Vyvolaná frekvencia opakovania špičiek kóduje, ako dobre sa prichádzajúci signál zhoduje s nastavením citlivosti neurónových synapsií. Keď prichádzajúce signály dopadajú presne na citlivé synapsie, ktoré aktivujú neurón, a signály prichádzajúce do inhibičných synapsií to nerušia, potom je odozva neurónu maximálna. Obraz, ktorý je popísaný takýmito signálmi, sa nazýva stimul charakteristický pre neurón.
Samozrejme, myšlienka fungovania neurónov by sa nemala príliš zjednodušovať. Informácie medzi niektorými neurónmi sa môžu prenášať nielen hrotmi, ale aj kanálmi, ktoré spájajú ich vnútrobunkový obsah a priamo prenášajú elektrický potenciál. Toto šírenie sa nazýva postupné a samotné spojenie sa nazýva elektrická synapsia. Dendrity sa v závislosti od vzdialenosti od tela neurónu delia na proximálne (blízke) a distálne (vzdialené). Distálne dendrity môžu tvoriť časti, ktoré pôsobia ako poloautonómne prvky. Okrem synaptických dráh excitácie existujú aj extrasynaptické mechanizmy, ktoré spôsobujú metabotropné adhézie. Okrem vyvolanej aktivity existuje aj spontánna aktivita. A nakoniec, neuróny mozgu sú obklopené gliovými bunkami, ktoré majú tiež významný vplyv na prebiehajúce procesy.
Dlhá cesta evolúcie vytvorila mnoho mechanizmov, ktoré mozog využíva pri svojej práci. Niektoré z nich možno pochopiť samy o sebe, význam iných je jasný až pri zvažovaní pomerne zložitých interakcií. Preto by sa vyššie uvedený popis neurónu nemal brať ako vyčerpávajúci. Aby sme prešli k hlbším modelom, musíme najprv pochopiť „základné“ vlastnosti neurónov.
V roku 1952 Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley opísali elektrické mechanizmy, ktoré určujú tvorbu a prenos nervových signálov v axóne obrovskej chobotnice (Hodgkin, 1952). Čo bolo hodnotené nobelová cena vo fyziológii a medicíne v roku 1963. Hodgkin - Huxley model popisuje správanie neurónu systémom obyčajných diferenciálnych rovníc. Tieto rovnice zodpovedajú procesu autovln v aktívnom médiu. Zohľadňujú mnohé zložky, z ktorých každá má svoj biofyzikálny náprotivok v reálnej bunke (obrázok nižšie). Iónové čerpadlá zodpovedajú zdroju prúdu I p. Vnútorná lipidová vrstva bunková membrána tvorí kondenzátor s kapacitou C m. Iónové kanály synaptických receptorov poskytujú elektrická vodivosť g n, ktorý závisí od použitých signálov, meniacich sa s časom t, a celkovej hodnoty membránového potenciálu V. Zvodový prúd membránových pórov vytvára vodič g L. Pohyb iónov pozdĺž iónových kanálov nastáva pôsobením elektrochemických gradientov, ktoré zodpovedajú zdrojom napätia s elektromotorickou silou E n a EL.
Hlavné komponenty modelu Hodgkin-Huxley
Prirodzene, pri vytváraní neurónových sietí existuje túžba zjednodušiť model neurónov a ponechať v ňom len tie najpodstatnejšie vlastnosti. Najznámejším a najpopulárnejším zjednodušeným modelom je McCulloch-Pitts umelý neurón, vyvinutý začiatkom 40. rokov 20. storočia (McCulough J., Pitts W., 1956). 
Formálny neurón McCulloch - Pitts
Na vstupy takéhoto neurónu sa posielajú signály. Tieto signály sú vážene sčítané. Ďalej sa na túto lineárnu kombináciu aplikuje určitá nelineárna aktivačná funkcia, napríklad sigmoidálna. Logistická funkcia sa často používa ako sigmoidálna: 
Logistická funkcia
V tomto prípade sa aktivita formálneho neurónu zapíše ako
V dôsledku toho sa takýto neurón zmení na prahovú sčítačku. Pri dostatočne strmej prahovej funkcii je výstupný signál neurónu buď 0 alebo 1. Vážený súčet vstupného signálu a váh neurónov je konvolúciou dvoch obrazov: obrazu vstupného signálu a obrazu opísaného váhami neurónov. Čím presnejšia je zhoda týchto obrázkov, tým vyšší je výsledok konvolúcie. To znamená, že neurón v skutočnosti určuje, do akej miery je vstupný signál podobný obrazu zaznamenanému na jeho synapsiách. Keď hodnota konvolúcie prekročí určitú úroveň a prahová funkcia sa prepne na jednu, môže to byť interpretované ako rozhodujúce vyhlásenie neurónu, že rozpoznal prezentovaný obraz.
Skutočné neuróny sú skutočne istým spôsobom podobné McCulloch-Pittsovým neurónom. Amplitúdy ich špičiek nezávisia od toho, aké signály na synapsiách ich spôsobili. Hrot je buď tam, alebo nie. Ale skutočné neuróny reagujú na podnet nie jediným impulzom, ale sledom impulzov. V tomto prípade je frekvencia impulzov tým vyššia, čím presnejšie je rozpoznaná obrazová charakteristika neurónu. To znamená, že ak vytvoríme neurónovú sieť z takýchto prahových sčítačiek, potom to poskytne nejaký výstupný výsledok so statickým vstupným signálom, ale tento výsledok bude ďaleko od reprodukovania toho, ako fungujú skutočné neuróny. Aby sme priblížili neurónovú sieť biologickému prototypu, musíme simulovať prácu v dynamike, berúc do úvahy časové parametre a reprodukovať frekvenčné vlastnosti signálov.
Ale môžete ísť aj inak. Napríklad je možné vyčleniť zovšeobecnenú charakteristiku aktivity neurónu, ktorá zodpovedá frekvencii jeho impulzov, to znamená počtu špičiek za určité časové obdobie. Ak prejdeme k takémuto popisu, potom si neurón môžeme predstaviť ako jednoduchú lineárnu sčítačku.
Lineárna sčítačka
Výstupné signály a teda aj vstupné signály pre takéto neuróny už nie sú dichatomické (0 alebo 1), ale sú vyjadrené určitou skalárnou veličinou. Aktivačná funkcia sa potom zapíše ako
Lineárna sčítačka by nemala byť vnímaná ako niečo zásadne odlišné od impulzného neurónu, len umožňuje pri modelovaní alebo popisovaní ísť do dlhších časových intervalov. A hoci je popis impulzu správnejší, prechod na lineárnu sčítačku je v mnohých prípadoch odôvodnený výrazným zjednodušením modelu. Navyše niektoré dôležité vlastnosti, ktoré je ťažké vidieť v pulznom neuróne, sú pre lineárnu sčítačku celkom zrejmé.
Ľudský mozog je centrálna časť nervového systému. Všetky procesy prebiehajúce v tele sú tu riadené na základe informácií z vonkajšieho sveta.
Mozgové neuróny sú štruktúrne funkčné jednotky nervového tkaniva, ktoré zabezpečujú schopnosť živých organizmov prispôsobiť sa zmenám vonkajšieho prostredia. Ľudský mozog sa skladá z neurónov.
Funkcie neurónov v mozgu:
- prenos informácií o zmenách vo vonkajšom prostredí;
- ukladanie informácií na dlhú dobu;
- vytváranie obrazu vonkajšieho sveta na základe prijatých informácií;
- organizácia optimálneho ľudského správania.
Všetky tieto úlohy sú podriadené jedinému cieľu – zabezpečiť úspech živého organizmu v boji o existenciu.
Tento článok bude diskutovať o nasledujúcich vlastnostiach neurónov:
- štruktúra;
- vzájomné prepojenie;
- názory;
- vývoj v rôznych obdobiach života človeka.
Ľavá mozgová hemisféra obsahuje o 200 000 000 neurónov viac ako pravá.
Štruktúra nervových buniek
Neuróny v mozgu majú nepravidelný tvar, môžu vyzerať ako list alebo kvet, majú rôzne ryhy a zákruty. Paleta farieb je tiež pestrá. Vedci sa domnievajú, že existuje vzťah medzi farbou a tvarom bunky a jej účelom.
Napríklad receptívne polia buniek projekčnej oblasti zrakovej kôry majú predĺžený tvar, ktorý im pomáha selektívne reagovať na jednotlivé fragmenty čiar s rôznou orientáciou v priestore.
Každá bunka má telo a procesy. V mozgovom tkanive je zvykom oddeľovať sivú a bielu hmotu. Telá neurónov spolu s gliovými bunkami, ktoré poskytujú ochranu, izoláciu a zachovanie štruktúry nervového tkaniva, tvoria šedá hmota... Procesy organizované vo zväzkoch v súlade s funkčný účel, Je biela látka.
Pomer neurónov a glií u ľudí je 1:10.
Typy procesov:
- axóny - majú predĺžený vzhľad, na konci sa rozvetvujú na terminály - nervových zakončení, ktoré sú potrebné na prenos impulzov do iných buniek;
- dendrity - kratšie ako axóny, majú tiež rozvetvenú štruktúru; ich prostredníctvom dostáva neurón informácie.
Vďaka tejto štruktúre neuróny v mozgu medzi sebou „komunikujú“ a spájajú sa do neurónových sietí, ktoré tvoria mozgové tkanivo. Dendrity aj axóny neustále rastú. Táto plasticita nervového systému je základom rozvoja inteligencie.
Nerv je súbor mnohých axónov patriacich rôznym nervovým bunkám.
Synaptické spojenia
Tvorba neurónových sietí je založená na elektrickom budení, ktoré pozostáva z dvoch procesov:
- spustenie elektrického budenia z energie vonkajšie vplyvy- vyskytuje sa v dôsledku špeciálnej citlivosti membrán umiestnených na dendritoch;
- spustenie bunkovej aktivity na základe prijatého signálu a ovplyvnenie ďalších štruktúrnych jednotiek nervového systému.
Rýchlosť neurónov sa vypočíta za niekoľko milisekúnd.
Neuróny sú navzájom spojené prostredníctvom špeciálnych štruktúr - synapsií. Pozostávajú z presynaptických a postsynaptických membrán, medzi ktorými je synaptická štrbina vyplnená tekutinou.
Podľa povahy účinku môžu byť synapsie excitačné a inhibičné. Signalizácia môže byť chemická alebo elektrická.
V prvom prípade sa na presynaptickej membráne syntetizujú neurotransmitery, ktoré vstupujú do receptorov postsynaptickej membrány inej bunky zo špeciálnych vezikúl - vezikúl. Po ich dopade môžu ióny určitého typu masívne vstúpiť do susedného neurónu. Robí to prostredníctvom draslíkových a sodíkových kanálov. V normálnom stave sú uzavreté, záporne nabité ióny sú vo vnútri bunky a kladne vonku. V dôsledku toho sa na plášti vytvorí rozdiel napätia. Toto je potenciál na odpočinok. Potom, čo sa pozitívne nabité ióny dostanú dovnútra, vzniká akčný potenciál - nervový impulz.
Bunková rovnováha sa obnovuje pomocou špecializovaných proteínov – draslíkovo-sodných púmp.
Vlastnosti chemickej synapsie:
- excitácia sa vykonáva iba v jednom smere;
- prítomnosť oneskorenia 0,5 až 2 ms pri prenose signálu spojeného s trvaním procesov uvoľňovania mediátora, jeho prenosom, interakciou s receptorom a tvorbou akčného potenciálu;
- únava môže nastať v dôsledku vyčerpania zásob vysielača alebo objavenia sa pretrvávajúcej depolarizácie membrány;
- vysoká citlivosť na jedy, lieky a iné biologicky aktívne látky.
V súčasnosti je známych viac ako 100 neurotransmiterov. Príkladmi týchto látok sú dopamín, norepinefrín, acetylcholín.
Elektrický prenos je charakterizovaný úzkou synaptickou medzerou a zníženým odporom medzi membránami. V tomto prípade potenciál vytvorený na presynaptickej membráne spôsobuje šírenie vzruchu na postsynaptickej membráne.
Vlastnosti elektrickej synapsie:
- rýchlosť prenosu informácií je vyššia ako pri chemických synapsiách;
- je možný jednosmerný aj obojsmerný prenos signálu (v opačnom smere).
Existujú aj zmiešané synapsie, v ktorých sa excitácia môže prenášať ako pomocou neurotransmiterov, tak aj pomocou elektrických impulzov.
Pamäť zahŕňa ukladanie a reprodukovanie prijatých informácií. V dôsledku tréningu zostávajú takzvané pamäťové stopy a ich súbory tvoria engramy - "záznamy". Nervový mechanizmus je nasledovný: určité impulzy prechádzajú okruhom mnohokrát, vytvárajú sa štrukturálne a biochemické zmeny v synapsiách. Tento proces sa nazýva konsolidácia. Opakované používanie tých istých kontaktov vytvára špecifické proteíny – to sú pamäťové stopy.
Vlastnosti vývoja mozgového tkaniva
Štruktúry mozgu sa naďalej formujú až do 3 rokov. Hmotnosť mozgu sa do konca prvého roku života dieťaťa zdvojnásobí.
Zrelosť nervového tkaniva je určená stupňom vývoja dvoch procesov:
- myelinizácia - tvorba izolačných membrán;
- synaptogenéza - tvorba synaptických spojení.
Myelinizácia začína v 4. mesiaci vnútromaternicového života evolučne „staršími“ mozgovými štruktúrami zodpovednými za senzorické a motorické funkcie. V systémoch, ktoré riadia kostrové svaly - krátko pred narodením dieťaťa a aktívne pokračuje počas prvého roka života. A v oblastiach spojených s vyššími mentálnymi funkciami, ako je učenie, reč, myslenie, sa myelinizácia začína až po narodení.
To je dôvod, prečo v tomto období, infekcie a vírusy, ktoré spôsobujú škodlivý účinok na mozgu. Dá sa to prirovnať k dopravnej nehode: zrážka pri nízkej rýchlosti spôsobí menšie škody ako pri vysokej rýchlosti. Takže aj tu - zásah do aktívneho procesu dozrievania môže spôsobiť obrovské škody a viesť k smutným následkom - detská mozgová obrna, mentálna retardácia alebo mentálna retardácia.
K stabilizácii psychofyziologických vlastností jedinca dochádza vo veku 20-25 rokov.
Vývoj individuálnej nervovej bunky začína formáciou, ktorá má špecifickú elektrickú aktivitu. Jeho procesy, ktoré sa naťahujú, prenikajú do okolitých tkanív a vytvárajú synaptické kontakty. Dochádza tak k inervácii (kontrole) všetkých orgánov a systémov tela. Tento proces riadi viac ako polovica ľudských génov.
Bunky sa spájajú do špeciálnych vzájomne prepojených štruktúr – neurónových sietí, ktoré vykonávajú špecifické funkcie.
Jedným z vedeckých predpokladov je, že hierarchia štruktúry neurónov v mozgu pripomína štruktúru vesmíru.
Vývoj neurónov, ich špecializácia, pokračuje počas celého života človeka. U dospelého a dojčaťa je počet neurónov približne rovnaký, ale dĺžka procesov a ich počet sa mnohokrát líšia. Súvisí to s učením sa a vytváraním nových spojení.
Trvanie existencie nervových buniek a ich hostiteľa sa najčastejšie zhoduje.
Typy nervových buniek
Každý prvok v nervovom systéme mozgu funguje špecifická funkcia... Zvážte, za čo sú zodpovedné určité typy neurónov.
Receptory
Väčšina receptorových neurónov sa nachádza v, ich funkciou je prenášať signál z receptorov zmyslových orgánov do centrálneho nervového systému.
Príkazové neuróny
Tu sú cesty z buniek detektora, krátkodobé a dlhodobá pamäť a rozhodnutie sa urobí ako odpoveď na prichádzajúci signál. Ďalej sa do predmotorických zón odošle príkaz a vytvorí sa reakcia.
Efektory
Prenášajú signál do orgánov a tkanív. Tieto neuróny majú dlhé axóny. Motorické neuróny sú efektorové bunky, ktorých axóny tvoria nervové vlákna vedúce do svalov. Efektorové neuróny, ktoré regulujú aktivitu autonómneho nervového systému (sem patrí metabolizmus, kontrola vnútorné orgány, dýchanie, tlkot srdca – všetko, čo sa deje bez vedomej kontroly) sú mimo mozgu.
Stredne pokročilý
Nazývajú sa aj kontaktné alebo vkladacie bunky – tieto bunky sú spojnicou medzi receptormi a efektormi.
Zrkadlové neuróny
Tieto neuróny sa nachádzajú v rôznych častiach centrálneho nervového systému. Predpokladá sa, že evolučne sa objavili, aby sa mláďatá lepšie a rýchlejšie usadili vo svete okolo nich.
Bunky boli nájdené ako výsledok experimentu s opicami. Zviera odoberalo jedlo z kŕmidla špeciálnymi nástrojmi. Keď vedkyňa urobila to isté, ukázalo sa, že u experimentálneho jedinca sa aktivujú určité časti kôry, ako keby to urobila ona sama.
Empatia, sociálne zručnosti, učenie, opakovanie, napodobňovanie sú založené na práci zrkadlových neurónov. Schopnosť predpovedať platí aj pre tieto bunky.
Vedci zistili, že jasne si predstaviť a urobiť je takmer to isté. Na tomto postuláte je postavená taká metóda psychoterapie ako vizualizácia.
Zrkadlové neuróny sú základom pre prenos kultúrnej vrstvy z generácie na generáciu a jej rast. Napríklad, keď sa učíme maľovať, najprv už opakujeme existujúce spôsoby, teda napodobňujeme. A potom na základe tejto skúsenosti vznikajú originálne diela.
Neuróny novosti a identity
Neuróny novosti boli prvýkrát objavené pri štúdiu žiab a následne boli nájdené u ľudí. Tieto bunky prestávajú reagovať na opakujúci sa podnet. Zmena signálu naopak vyvoláva ich aktiváciu.
Bunky identity detekujú opakujúci sa signál, ktorý umožňuje vyslať predtým použitú odpoveď, niekedy dokonca pred stimulom - extrapolárnu odpoveď.
Ich kombinované pôsobenie zdôrazňuje novosť, oslabuje vplyv zvyčajných podnetov a optimalizuje čas na vytvorenie responzívneho správania.
Choroby spojené s defektmi nervového tkaniva
Mnohé poruchy ľudského zdravia môžu byť spôsobené rôzne porušenia nervové spojenia mozgu.
autizmus
Vedci sa domnievajú, že autizmus je spojený s nedostatočným rozvojom alebo dysfunkciou zrkadlových neurónov. Dieťa pri pohľade na dospelého nedokáže pochopiť správanie a emócie inej osoby a predvídať jej činy. Vzniká strach. Ochranná reakcia je uzamknutie v sebe.
Parkinsonova choroba
Príčinou zhoršenej motorickej funkcie s týmto ochorením je poškodenie a smrť neurónov produkujúcich dopamín.
Alzheimerova choroba
Jednou z možných príčin je zníženie produkcie neurotransmiteru acetylcholínu. Druhou možnosťou je akumulácia v nervovom tkanive amyloidné plaky- patologický proteínový plak.
Schizofrénia
Jedna teória hovorí, že dochádza k poruche komunikácie medzi mozgovými bunkami schizofrenika. Štúdie ukázali, že u takýchto ľudí nesprávne fungujú gény zodpovedné za uvoľňovanie neurotransmiterov v synapsiách. Ďalšou verziou je nadmerná tvorba dopamínu. Treťou teóriou vzniku ochorenia je zníženie rýchlosti prenosu nervových vzruchov v dôsledku poškodenia myelínových obalov.
Neurodegeneratívne ochorenia (spojené so smrťou neurónov) sa prejavia, keď väčšina buniek odumrie, takže liečba začína v neskorších štádiách. Osoba vyzerá zdravo, nie sú na nej žiadne známky choroby a nebezpečný proces sa už začal. Je to spôsobené tým, že ľudský mozog je veľmi plastický a má silné kompenzačné mechanizmy. Príklad: keď neuróny produkujúce dopamín odumrú, zostávajúce bunky produkujú veľká kvantita látok. Zvyšuje sa aj citlivosť buniek prijímajúcich signál na neurotransmiter. Na chvíľu tieto procesy zabraňujú prejavom symptómov ochorenia.
Pri ochoreniach spôsobených chromozómovými abnormalitami (Downov syndróm, Williamsov syndróm), patologické druhy nervové bunky.