Človeško telo je dokaj zapleten in uravnotežen sistem, ki deluje v skladu z jasnimi pravili. Poleg tega se navzven zdi, da je vse precej preprosto, v resnici pa je naše telo neverjetna interakcija vsake celice in organa. Ves ta "orkester" vodi živčni sistem, sestavljen iz nevronov. Danes vam bomo povedali, kaj so nevroni in kako pomembni so v človeškem telesu. Navsezadnje so odgovorni za naše duševno in fizično zdravje.
Vsak učenec ve, da nam upravljajo možgani in živčni sistem. Ta dva bloka našega telesa predstavljata celice, od katerih se vsaka imenuje živčni nevron. Te celice so odgovorne za sprejemanje in prenos impulzov od nevrona do nevrona in drugih celic človeških organov.
Da bi bolje razumeli, kaj so nevroni, jih lahko predstavimo kot največ pomemben element živčni sistem, ki opravlja ne le prevodno vlogo, ampak tudi funkcionalno. Presenetljivo je, da nevrofiziologi do zdaj še naprej preučujejo nevrone in njihovo delo pri prenosu informacij. Seveda so v svojih znanstvenih raziskavah dosegli velik uspeh in uspeli odkriti številne skrivnosti našega telesa, vendar še vedno ne morejo enkrat za vselej odgovoriti na vprašanje, kaj so nevroni.
Živčne celice: značilnosti
Nevroni so celice in so v marsičem podobni svojim drugim "bratom", ki sestavljajo naše telo. Imajo pa številne lastnosti. Zaradi svoje strukture takšne celice v človeškem telesu, ko se združijo, ustvarijo živčni center.
Nevron ima jedro in je obdan z zaščitno ovojnico. Zaradi tega je povezan z vsemi drugimi celicami, vendar se podobnost tam konča. Druge značilnosti živčne celice jo naredijo resnično edinstveno:
- Nevroni se ne delijo
Nevroni možganov (možgani in hrbtenjača) se ne delijo. To je presenetljivo, vendar se skoraj takoj po pojavu prenehajo razvijati. Znanstveniki verjamejo, da določena predhodna celica zaključi delitev, še preden se nevron popolnoma razvije. V prihodnosti povečuje le povezave, ne pa tudi njegove količine v telesu. S tem dejstvom so povezane številne bolezni možganov in centralnega živčnega sistema. S starostjo del nevronov odmre, preostale celice pa zaradi nizke aktivnosti same osebe ne morejo vzpostaviti povezav in nadomestiti svojih "bratov". Vse to vodi do neravnovesja v telesu in v nekaterih primerih do smrti.
- Živčne celice prenašajo informacije
Nevroni lahko prenašajo in sprejemajo informacije s pomočjo procesov – dendritov in aksonov. Določene podatke so sposobni zaznati s pomočjo kemične reakcije in ga pretvori v električni impulz, ki pa prehaja skozi sinapse (povezave) do potrebnih telesnih celic.
Znanstveniki so dokazali edinstvenost živčnih celic, v resnici pa zdaj vedo o nevronih le 20 % tistega, kar dejansko skrivajo. Potencial nevronov še ni razkrit, v znanstvenem svetu obstaja mnenje, da razkritje ene skrivnosti delovanja živčnih celic postane začetek druge skrivnosti. In ta proces je ta trenutek zdi se neskončno.
Koliko nevronov je v telesu?
Te informacije niso zagotovo znane, vendar nevrofiziologi kažejo, da je v človeškem telesu več kot sto milijard živčnih celic. Hkrati ima ena celica sposobnost tvorbe do deset tisoč sinaps, kar vam omogoča hitro in učinkovito komunikacijo z drugimi celicami in nevroni.
Struktura nevronov
Vsaka živčna celica ima tri dele:
- nevronsko telo (soma);
- dendriti;
- aksonov.
Še vedno ni znano, kateri od procesov se najprej razvijejo v telesu celice, vendar je porazdelitev odgovornosti med njimi precej očitna. Aksonski nevronski proces se običajno oblikuje v eni kopiji, vendar je lahko veliko dendritov. Njihovo število včasih doseže več sto, več dendritov ima živčna celica, z več celicami je lahko povezana. Poleg tega vam obsežna mreža poslovalnic omogoča prenos veliko informacij v najkrajšem možnem času.
Znanstveniki verjamejo, da se nevron pred nastankom procesov naseli po telesu in od trenutka, ko se pojavijo, je že na enem mestu brez sprememb.
Prenos informacij z živčnimi celicami
Da bi razumeli, kako pomembni so nevroni, je treba razumeti, kako opravljajo svojo funkcijo prenosa informacij. Nevronski impulzi se lahko premikajo v kemični in električna oblika. Proces nevronskega dendrita prejme informacijo kot dražljaj in jo posreduje telesu nevrona, akson jo kot elektronski impulz posreduje drugim celicam. Dendriti drugega nevrona zaznajo elektronski impulz takoj ali s pomočjo nevrotransmiterjev (kemičnih prenašalcev). Nevrotransmiterje ujamejo nevroni in jih nato uporabijo kot lastne.
Vrste nevronov po številu procesov
Znanstveniki, ki opazujejo delo živčnih celic, so razvili več vrst njihove klasifikacije. Eden od njih deli nevrone glede na število procesov:
- enopolarna;
- psevdo-unipolarni;
- bipolarni;
- multipolarni;
- brez aksonov.
Klasični nevron velja za multipolarnega, ima en kratek akson in mrežo dendritov. Najbolj slabo raziskane so neaksonske živčne celice, znanstveniki poznajo le njihovo lokacijo - hrbtenjača.
Refleksni lok: definicija in kratek opis
V nevrofiziki obstaja izraz "nevroni refleksnega loka". Brez tega je precej težko dobiti popolno sliko o delu in pomenu živčnih celic. Dražljaji, ki vplivajo na živčni sistem, se imenujejo refleksi. To je glavna dejavnost našega centralnega živčnega sistema, ki se izvaja s pomočjo refleksnega loka. Lahko ga predstavimo kot nekakšno cesto, po kateri prehaja impulz od nevrona do izvajanja akcije (refleksa).
To pot lahko razdelimo na več stopenj:
- zaznavanje draženja z dendriti;
- prenos impulzov v telo celice;
- pretvorba informacij v električni impulz;
- prenos impulza na telo;
- sprememba aktivnosti organa (fizična reakcija na dražljaj).
Refleksni loki so lahko različni in so sestavljeni iz več nevronov. Na primer, preprost refleksni lok nastane iz dveh živčnih celic. Eden od njih prejema informacije, drugi pa poskrbi, da človeški organi izvajajo določena dejanja. Običajno se takšna dejanja imenujejo brezpogojni refleks. Pojavi se, ko je oseba udarjena, na primer na koleno in v primeru dotika vroče površine.
V bistvu preprost refleksni lok vodi impulze skozi procese hrbtenjače, zapleten refleksni lok vodi impulz neposredno v možgane, ki ga nato obdelajo in lahko shranijo. Kasneje, ko prejmejo podoben impulz, možgani pošljejo želeni ukaz organom za izvedbo določenega sklopa dejanj.
Razvrstitev nevronov po funkcionalnosti
Nevrone lahko razvrstimo glede na njihov namen, saj je vsaka skupina živčnih celic zasnovana za določena dejanja. Vrste nevronov so predstavljene na naslednji način:
- občutljivo
Te živčne celice so zasnovane tako, da zaznajo draženje in ga pretvorijo v impulz, ki se preusmeri v možgane.
Zaznavajo informacije in prenašajo impulz v mišice, ki poganjajo dele telesa in človeške organe.
3. Vstavljanje
Ti nevroni opravljajo kompleksno delo, so v središču verige med senzoričnimi in motoričnimi živčnimi celicami. Takšni nevroni sprejemajo informacije, izvajajo predhodno obdelavo in prenašajo impulz-ukaz.
4. Tajniška
Sekretorne živčne celice sintetizirajo nevrohormone in imajo posebno strukturo z velikim številom membranskih vrečk.
Motorični nevroni: značilnost
Eferentni nevroni (motorni) imajo enako strukturo kot druge živčne celice. Njihova mreža dendritov je najbolj razvejana, aksoni pa segajo do mišičnih vlaken. Povzročajo krčenje in zravnanje mišic. Najdaljši v človeškem telesu je samo akson motoričnega nevrona, ki gre v palec noge stran ledveno. V povprečju je njegova dolžina približno en meter.
Skoraj vsi eferentni nevroni se nahajajo v hrbtenjači, saj je odgovorna za večino naših nezavednih gibov. To ne velja samo za brezpogojne reflekse (na primer utripanje), temveč tudi za vsa dejanja, o katerih ne razmišljamo. Ko gledamo predmet, mu ta pošilja impulze oftalmični živec možgani. In tukaj je gibanje zrklo levo in desno se izvaja preko ukazov hrbtenjače, to so nezavedni gibi. Torej, ko se staramo, ko se nabor nezavednih navad povečuje, se pomen motoričnih nevronov vidi v novi luči.
Vrste motoričnih nevronov
Po drugi strani imajo eferentne celice določeno klasifikacijo. Razdeljeni so na naslednji dve vrsti:
- a-motonevroni;
- y-motorni nevroni.
Prva vrsta nevrona ima gostejšo strukturo vlaken in se veže na različna mišična vlakna. En tak nevron lahko uporablja različno število mišic.
Y-motonevroni so nekoliko šibkejši od svojih "bratov", ne morejo uporabljati več mišičnih vlaken hkrati in so odgovorni za mišično napetost. Lahko rečemo, da sta obe vrsti nevronov nadzorni organ motorične aktivnosti.
Katere mišice so pritrjene na motorične nevrone?
Aksoni nevronov so povezani z več vrstami mišic (so delavci), ki so razvrščene kot:
- žival;
- vegetativno.
Prvo skupino mišic predstavljajo skeletne mišice, drugo pa spada v kategorijo gladkih mišic. Različni so tudi načini pritrditve na mišično vlakno. Skeletne mišice na mestu stika z nevroni tvorijo nekakšne plake. Avtonomni nevroni komunicirajo z gladkimi mišicami prek majhnih oteklin ali veziklov.
Zaključek
Nemogoče si je predstavljati, kako bi naše telo delovalo brez živčnih celic. Vsako sekundo opravljajo neverjetno zapleteno delo in so odgovorni za naše čustveno stanje, okusne preference in telesna aktivnost. Nevroni še niso razkrili veliko svojih skrivnosti. Konec koncev, tudi najpreprostejša teorija o neobnovi nevronov povzroča veliko polemik in vprašanj med nekaterimi znanstveniki. Pripravljeni so dokazati, da so v nekaterih primerih živčne celice sposobne ne le tvoriti nove povezave, ampak se tudi sami razmnoževati. Seveda je to za zdaj le teorija, vendar se lahko izkaže za izvedljivo.
Delo na preučevanju delovanja centralnega živčnega sistema je izjemno pomembno. Zahvaljujoč odkritjem na tem področju bodo lahko farmacevti razvili nova zdravila za aktiviranje možganske aktivnosti, psihiatri pa bodo bolje razumeli naravo številnih bolezni, ki se zdaj zdijo neozdravljive.
Ekologija življenja. Znanost in odkritja: Človek je obvladal globine morja in zračnih prostorov, prodrl v skrivnosti vesolja in zemeljske črevesje. Naučil se je upreti številnim boleznim
Človek je obvladal globine morja in zračnih prostorov, prodrl v skrivnosti vesolja in zemeljske črevesja.Naučil se je upreti številnim boleznim in začel živeti dlje.Poskuša manipulirati z geni, "gojiti" organe za presaditev in "ustvarjati" živa bitja s kloniranjem.
Toda zanj še vedno ostaja največja skrivnost, kako delujejo njegovi lastni možgani, kako živčni sistem s pomočjo običajnih električnih impulzov in majhnega nabora nevrotransmiterjev ne le usklajuje delo milijard telesnih celic, ampak tudi zagotavlja sposobnost učenja, razmišljanja, spominjanja, doživljanja najširšega spektra čustev. .
Na poti do razumevanja teh procesov mora človek najprej razumeti, kako delujejo posamezne živčne celice (nevroni).
Največja skrivnost - Kako delujejo možgani
Živa električna omrežja
Po grobih ocenah, V človeškem živčnem sistemu je več kot 100 milijard nevronov. Vse strukture živčne celice so osredotočene na opravljanje najpomembnejše naloge za telo - sprejemanje, obdelava, prevajanje in prenos informacij, kodiranih v obliki električnih ali kemičnih signalov ( živčni impulzi).
Nevron je sestavljen iz telesa s premerom od 3 do 100 mikronov, ki vsebuje jedro, razvit aparat za sintezo beljakovin in druge organele, pa tudi procese: en akson in več, praviloma razvejanih dendritov. Dolžina aksonov običajno opazno presega velikost dendritov in v nekaterih primerih doseže več deset centimetrov ali celo metrov.
Na primer, akson orjaškega lignja je debel približno 1 mm in dolg nekaj metrov; eksperimentatorji niso zamudili izkoristiti tako priročnega modela, poskusi z nevroni lignjev pa so služili za razjasnitev mehanizma prenosa živčnih impulzov.
Zunaj je živčna celica obdana z membrano (citolema), ki ne zagotavlja le izmenjave snovi med celico in okolje, vendar je sposoben tudi prevajati živčne impulze.
Dejstvo je, da se med notranjo površino nevronske membrane in zunanjim okoljem nenehno ohranja razlika v električnih potencialih. To je posledica delovanja tako imenovanih "ionskih črpalk" - proteinskih kompleksov, ki aktivno prenašajo pozitivno nabite kalijeve in natrijeve ione skozi membrano.
Takšen aktivni prenos, kot tudi stalna pasivna difuzija ionov skozi pore v membrani, v mirovanju povzroči negativni naboj glede na zunanje okolje. znotraj nevronske membrane.
Če stimulacija nevrona preseže določeno mejno vrednost, se izvede vrsta kemičnih in električne spremembe(aktiven vstop natrijevih ionov v nevron in kratkotrajna sprememba naboja na notranji strani membrane iz negativnega v pozitiven), ki se širijo po živčni celici.
Za razliko od preproste električne razelektritve, ki bo zaradi odpornosti nevrona postopoma oslabila in bo lahko premagala le kratko razdaljo, živčni impulz v procesu širjenja se nenehno obnavlja.
Glavne funkcije živčne celice so:
- zaznavanje zunanjih dražljajev (funkcija receptorjev),
- njihova obdelava (integrativna funkcija),
- oddaja živčni vplivi na drugih nevronih ali različnih delovnih organih (efektorska funkcija).
Dendriti – inženirji bi jim rekli »sprejemniki« – pošiljajo impulze v telo živčne celice, medtem ko akson – »oddajnik« – gre iz telesa v mišice, žleze ali druge nevrone.
V kontaktnem območju
Akson ima na tisoče vej, ki segajo do dendritov drugih nevronov. Območje funkcionalnega stika med aksoni in dendriti se imenuje sinapso.
Več sinaps je na živčni celici, več različnih dražljajev je zaznanih in posledično širše je področje vpliva na njeno delovanje in možnost sodelovanja živčne celice v različnih reakcijah telesa. Na telesih velikih motoričnih nevronov hrbtenjače je lahko do 20 tisoč sinaps.
Sinapsa pretvarja električne signale v kemične signale in obratno. Prenos vzbujanja se izvaja s pomočjo biološkega aktivne snovi- nevrotransmiterji (acetilholin, adrenalin, nekatere aminokisline, nevropeptidi itd.). OVsebujejo jih posebni mehurčki, ki se nahajajo na koncih aksonov - presinaptični del.
Ko živčni impulz doseže presinaptični del, se v sinaptično špranjo sprostijo nevrotransmiterji, ki se vežejo na receptorje, ki se nahajajo na telesu ali procese drugega nevrona (postsinaptični del), kar vodi do tvorbe električnega signala – postsinaptičnega potenciala.
Velikost električnega signala je neposredno sorazmerna s količino nevrotransmiterja.
Nekatere sinapse povzročajo depolarizacijo nevronov, druge hiperpolarizacijo; prvi so ekscitatorni, drugi zaviralni.
Po prenehanju sproščanja mediatorja se njegovi ostanki odstranijo iz sinaptične razpoke in receptorji postsinaptične membrane se vrnejo v začetno stanje. Rezultat seštevanja na stotine in tisoče vzbujevalnih in zaviralnih impulzov, ki sočasno tečejo do nevrona, določa, ali bo v ta trenutek ustvariti živčni impulz.
Nevroračunalniki
Poskus modeliranja principov delovanja bioloških nevronskih mrež je pripeljal do izdelave takšne naprave za obdelavo informacij, kot je nevroračunalnik .
Za razliko od digitalnih sistemov, ki so kombinacije procesorja in pomnilniških enot, nevroprocesorji vsebujejo pomnilnik, razporejen v povezavah (neke sinapse) med zelo preprostimi procesorji, ki jih formalno lahko imenujemo nevroni.
Nevroračunalniki ne programirajo v tradicionalnem pomenu besede, ampak "trenirajo" s prilagajanjem učinkovitosti vseh "sinaptičnih" povezav med "nevroni", ki jih sestavljajo.
Njihovi razvijalci vidijo glavna področja uporabe nevroračunalnikov:
- prepoznavanje vizualnih in zvočnih podob;
- gospodarsko, finančno, politično napovedovanje;
- nadzor v realnem času proizvodnih procesov, raket, letal;
- optimizacija pri oblikovanju tehničnih naprav itd.
"Glava je temen predmet ..."
Nevrone lahko razdelimo v tri velike skupine:
- receptor,
- vmesno,
- efektor.
Receptorski nevroni zagotavljajo vnos senzoričnih informacij možganov. Pretvorijo signale, ki jih prejmejo čutilni organi (optične signale v očesni mrežnici, akustični signali v polžu, vohalne signale v kemoreceptorjih nosu itd.) v električne impulze svojih aksonov.
vmesni nevroni izvajajo obdelavo informacij, prejetih od receptorjev, in ustvarjajo kontrolne signale za efektorje. Nevroni te skupine tvorijo centralni živčni sistem (CNS).
efektorski nevroni signale, ki prihajajo do njih, posredujejo izvršilnim organom. Rezultat delovanja živčnega sistema je taka ali drugačna aktivnost, ki temelji na krčenju ali sprostitvi mišic oziroma izločanju oziroma prenehanju izločanja žlez. Prav z delovanjem mišic in žlez je povezan vsak način našega samoizražanja.
Če so načela delovanja receptorskih in efektorskih nevronov znanstvenikom bolj ali manj jasna, potem je vmesna stopnja, na kateri telo "prebavi" prihajajoče informacije in se odloči, kako se nanje odzvati, razumljiva le na ravni najpreprostejših refleksnih lokov. .
V večini primerov nevrofiziološki mehanizem nastanka določenih reakcij ostaja skrivnost. Ni zaman, da se v poljudnoznanstveni literaturi človeške možgane pogosto primerjajo s "črno skrinjico".
»...30 milijard nevronov živi v tvoji glavi, hrani tvoje znanje, veščine, nabrane življenjske izkušnje. Po 25 letih razmišljanja me to dejstvo preseneča kot vedno.Najtanjši film, sestavljen iz živčnih celic, vidi, čuti, ustvarja naš pogled na svet. To je preprosto neverjetno!Uživanje v toplini poletnega dne in drznih sanjah o prihodnosti - vse ustvarjajo te celice ... Nič drugega ne obstaja: nobena čarovnija, nobena posebna omaka, le nevroni, ki izvajajo informativni ples, «je zapisal slavni računalniški razvijalec, ustanovitelj Inštitut Redwood v svoji knjigi "On Intelligence". Inštitut za nevrologijo (ZDA) Jeff Hawkins.
Več kot pol stoletja se na tisoče nevrofiziologov po vsem svetu trudi razumeti koreografijo tega »informacijskega plesa«, danes pa so znane le njegove posamezne figure in koraki, ki ne omogočajo ustvarjanja univerzalne teorije delovanja možgani.
Opozoriti je treba, da je veliko del s področja nevrofiziologije posvečenih t.i "funkcionalna lokalizacija" – ugotavljanje, kateri nevron, skupina nevronov oz celotno območje možgani se v določenih situacijah aktivirajo.
Do danes se je nabralo ogromno informacij o tem, kateri nevroni pri ljudeh, podganah in opicah se selektivno aktivirajo pri opazovanju različnih predmetov, vdihavanju feromonov, poslušanju glasbe, učenju pesmi ipd.
Res je, včasih se takšni poskusi zdijo nekoliko radovedni. Tako je v 70. letih prejšnjega stoletja eden od raziskovalcev v možganih podgane našel "zelene krokodilske nevrone": te celice so se aktivirale, ko je žival, ki teče skozi labirint, med drugimi predmeti naletela na majhnega zelenega krokodila. igrača, ki mu je že znana.
In drugi znanstvenik je kasneje v človeških možganih lociral nevron, ki "reagira" na fotografijo ameriškega predsednika Billa Clintona.
Vsi ti podatki podpirajo teorijo, da nevroni v možganih so specializirani, nikakor pa ne razloži, zakaj in kako do te specializacije pride.
Znanstveniki razumejo nevrofiziološke mehanizme učenja in spomina le na splošno. Domneva se, da se v procesu pomnjenja informacij oblikujejo novi funkcionalni stiki med nevroni možganske skorje.
Z drugimi besedami, sinapse so nevrofiziološka "sled" spomina. Več ko nastane novih sinaps, »bogatejši« je spomin posameznika. Tipična celica v možganski skorji tvori več (do 10) tisoč sinaps. Ob upoštevanju skupnega števila kortikalnih nevronov se izkaže, da lahko tukaj nastane na stotine milijard funkcionalnih stikov!
Pod vplivom kakršnih koli občutkov, misli ali čustev se pojavi spomin- vzbujanje posameznih nevronov aktivira celoten ansambel, ki je odgovoren za shranjevanje te ali one informacije.
Leta 2000 sta švedski farmakolog Arvid Carlsson in ameriška nevroznanstvenika Paul Greengard in Eric Kendel prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino za svoja odkritja o "signalizaciji v živčnem sistemu".
Znanstveniki so to dokazali spomin večine živih bitij deluje zahvaljujoč delovanju tako imenovanih nevrotransmiterjev – dopamin, norepinefrin in serotonin, katerega učinek se za razliko od klasičnih nevrotransmiterjev ne razvije v milisekundah, temveč v stotih milisekundah, sekundah in celo urah. Ravno to je tisto, kar določa njihov dolgotrajen modulacijski učinek na funkcije živčnih celic, njihovo vlogo pri obvladovanju kompleksnih stanj živčnega sistema – spominov, čustev, razpoloženja.
Prav tako je treba opozoriti, da je vrednost signala, ki nastane na postsinaptični membrani, lahko različna tudi pri enaki vrednosti začetnega signala, ki doseže presinaptični del. Te razlike določa tako imenovana učinkovitost ali teža sinapse, ki se lahko spreminja med delovanjem mednevronskega stika.
Po mnenju mnogih raziskovalcev ima spreminjanje učinkovitosti sinaps tudi pomembno vlogo pri delovanju spomina. Možno je, da so informacije, ki jih človek pogosto uporablja, shranjene v nevronskih mrežah, povezanih z visoko učinkovitimi sinapsami, in se zato hitro in enostavno »zapomnijo«. Hkrati se zdi, da je za sinapse, ki sodelujejo pri shranjevanju sekundarnih, redko "pridobljenih" podatkov, značilna nizka učinkovitost.
Pa vendarle okrevajo!
Eden od medicinsko najbolj vznemirljivih problemov v nevroznanosti je sposobnost regeneracije živčnega tkiva. Znano je, da se lahko prerezana ali poškodovana vlakna nevronov perifernega živčnega sistema, ki jih obdaja nevrilema (plašč specializiranih celic), regenerirajo, če se celično telo ohrani nedotaknjeno. Pod mestom transekcije je nevrilema ohranjena kot cevasta struktura in tisti del aksona, ki ostane povezan s telesom celice, raste vzdolž te cevi, dokler ne doseže živčnega končiča. Tako se obnovi funkcija poškodovanega nevrona.
Aksoni v osrednjem živčevju niso obdani z nevrilemo in zato očitno ne morejo zrasti nazaj na mesto prejšnjega zaključka.
Hkrati so nevrofiziologi do nedavnega verjeli, da se novi nevroni v CNS ne tvorijo v človekovem življenju.
“Živčne celice se ne obnavljajo!” so nas opozorili znanstveniki. Domnevalo se je, da ohranjanje živčnega sistema v "delovnem stanju" tudi s resne bolezni poškodbe pa zaradi izjemne plastičnosti: funkcije odmrlih nevronov prevzamejo njihovi preživeli »kolegi«, ki se povečajo in tvorijo nove povezave.
Visoko, a ne neomejeno učinkovitost takšne kompenzacije lahko ponazorimo s primerom Parkinsonove bolezni, pri kateri pride do postopnega odmiranja nevronov. Izkazalo se je, da dokler približno 90% nevronov v možganih ne umre, klinični simptomi bolezni (tresenje okončin, nestabilna hoja, demenca) se ne manifestirajo, torej je oseba videti praktično zdrava. Izkazalo se je, da lahko ena živa živčna celica funkcionalno nadomesti devet mrtvih!
Zdaj je bilo dokazano, da se v možganih odraslih sesalcev dogaja nastanek novih živčnih celic (nevrogeneza). Leta 1965 se je pokazalo, da se novi nevroni redno pojavljajo pri odraslih podganah v hipokampusu, predelu možganov, ki je odgovoren za zgodnje faze učenja in spomina.
Petnajst let pozneje so znanstveniki pokazali, da se v možganih ptic vse življenje pojavljajo nove živčne celice. Vendar študije možganov odraslih primatov za nevrogenezo niso dale spodbudnih rezultatov.
Šele pred približno 10 leti so ameriški znanstveniki razvili tehniko, ki je dokazala, da se novi nevroni proizvajajo iz nevronskih matičnih celic v možganih opic skozi vse življenje. Raziskovalci so živalim injicirali posebno označevalno snov (bromdioksiuridin), ki je bila vključena v DNK le celic, ki se delijo.
Tako je bilo ugotovljeno, da so se nove celice začele razmnoževati v subventrikularni coni in od tam migrirale v skorjo, kjer so dozorele v odraslo stanje. Nove nevrone so našli na področjih možganov, povezanih s kognitivnimi funkcijami, in se niso pojavili na področjih, ki izvajajo bolj primitivno raven analize.
Zaradi tega so znanstveniki domnevali, da novi nevroni so lahko pomembni za učenje in spomin.
V prid tej hipotezi govori tudi naslednje: velik odstotek novih nevronov odmre v prvih tednih po rojstvu; vendar je v tistih situacijah, ko se pojavlja nenehno učenje, delež preživelih nevronov veliko večji kot takrat, ko po njih »niso povpraševanja« – ko je žival prikrajšana za možnost oblikovanja nove izkušnje.
Do danes so bili ugotovljeni univerzalni mehanizmi nevronske smrti pri različnih boleznih:
1) povečanje ravni prostih radikalov in oksidativne poškodbe nevronskih membran;
2) motnje aktivnosti mitohondrijev nevronov;
3) škodljiv učinek presežka ekscitatornih nevrotransmiterjev glutamata in aspartata, kar vodi do hiperaktivacije specifičnih receptorjev, prekomernega kopičenja znotrajceličnega kalcija, razvoja oksidativnega stresa in smrti nevronov (fenomen ekscitotoksičnosti).
Na podlagi tega, kot zdravila - nevroprotektorji v nevrološki uporabi:
- pripravki z antioksidativnimi lastnostmi (vitamini E in C itd.),
- korektorji tkivno dihanje(koencim Q10, jantarna kislina, riboflavini itd.),
- kot tudi blokatorji glutamatnih receptorjev (memantin itd.).
Približno v istem času je bila potrjena možnost nastanka novih nevronov iz matičnih celic v možganih odraslih: patoanatomska študija bolnikov, ki so v življenju prejemali bromdiooksiuridin v terapevtske namene, je pokazala, da se nevroni, ki vsebujejo to oznako, nahajajo v skoraj vseh delih. možganov, vključno z možgansko skorjo.
Ta pojav se celovito preučuje z namenom zdravljenja različnih nevrodegenerativnih bolezni, predvsem Alzheimerjeve in Parkinsonove bolezni, ki sta postali prava nadloga »starajočega se« prebivalstva razvitih držav.
Pri poskusih za presaditev se uporabljajo tako nevronske matične celice, ki se nahajajo okoli možganskih ventriklov tako pri zarodku kot pri odraslem, kot tudi embrionalne matične celice, ki se lahko spremenijo v skoraj vsako celico v telesu.
Na žalost zdravniki danes ne morejo rešiti glavnega problema, povezanega s presaditvijo nevronskih matičnih celic: njihova aktivna reprodukcija v telesu prejemnika v 30-40% primerov vodi v nastanek malignih tumorjev.
Kljub temu strokovnjaki ne izgubljajo optimizma in imenujejo presaditev matičnih celic eden najbolj obetavnih pristopov pri zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni.objavljeno . Če imate kakršna koli vprašanja o tej temi, jih postavite strokovnjakom in bralcem našega projekta .
Nevron je električno razdražljiva celica, ki obdeluje, shranjuje in prenaša informacije z uporabo električnih in kemičnih signalov. Celica vsebuje jedro, celično telo in procese (dendrite in aksone). Človeški možgani imajo v povprečju 65 milijard nevronov. Nevroni se med seboj povezujejo in tako tvorijo funkcije človeških možganov, spomin, delitve in zavest.
Vidite to sliko zgoraj? S to čudno sliko so nevroznanstveniki MIT lahko aktivirali posamezne možganske nevrone. Z uporabo najboljšega razpoložljivega modela možganske vizualne nevronske mreže so znanstveniki razvili nov način za natančen nadzor posameznih nevronov in njihovih populacij v sredini te mreže. S testiranjem na živalih je ekipa pokazala, da so informacije, zbrane iz računalniškega modela, omogočile ustvarjanje slik, ki so močno aktivirale določene možganske nevrone.
se danes pogosto uporabljajo v znanosti in računalništva. Najprej so pri ustvarjanju umetne inteligence pomembne umetne nevronske mreže. Zato je zelo pomembno, da raziskovalci razumejo, kaj se dogaja znotraj omrežja, ko le-ta na podlagi vhodnih podatkov sprejme določeno odločitev. Zaposleni v Laboratoriju za računalništvo in umetno inteligenco na Massachusetts Institute of Technology so se odločili, da bodo delo nevronskih omrežij naredili preglednejše za boljše razumevanje ljudi.
Z mojo vizijo, kako delujejo možgani in kakšni so možni načini za ustvarjanje umetne inteligence. Od takrat je bil dosežen pomemben napredek. Nekaj se je izkazalo za globlje razumljeno, nekaj je bilo simulirano na računalniku. Kar je lepo, pri delu na projektu aktivno sodelujejo somišljeniki.
V tej seriji člankov je načrtovano govoriti o konceptu inteligence, na katerem trenutno delamo, in prikazati nekatere rešitve, ki so bistveno nove na področju modeliranja možganov. Da pa bo pripoved razumljiva in konsistentna, ne bo vsebovala le opisa novih idej, temveč tudi zgodbo o delu možganov nasploh. Nekatere stvari, še posebej na začetku, se morda zdijo preproste in znane, vendar bi vam svetoval, da jih ne preskočite, saj v veliki meri določajo celoten dokaz zgodbe.
Splošno razumevanje možganov
Živčne celice, so tudi nevroni, skupaj s svojimi vlakni, ki prenašajo signale, tvorijo živčni sistem. Pri vretenčarjih se večina nevronov nahaja v lobanjski votlini in hrbtenični kanal. To se imenuje centralni živčni sistem. V skladu s tem so možgani in hrbtenjača ločeni kot njegovi sestavni deli.
Hrbtenjača zbira signale iz večine telesnih receptorjev in jih posreduje možganom. Skozi strukture talamusa se razporedijo in projicirajo na možgansko skorjo.
Poleg možganskih hemisfer so pri obdelavi informacij vključeni tudi mali možgani, ki so pravzaprav majhni samostojni možgani. Mali možgani zagotavljajo fine motorične sposobnosti in koordinacijo vseh gibov.
Vid, sluh in vonj zagotavljajo možganom tok informacij o zunanjem svetu. Vsaka od komponent tega toka, ki je prešla skozi svoj trakt, se projicira tudi na skorjo. Skorja je od 1,3 do 4,5 mm debela plast sive snovi, ki sestavlja zunanjo površino možganov. Zaradi zvitkov, ki jih tvorijo gube, je lubje pakirano tako, da zavzema trikrat manjšo površino kot razgrnjeno. Skupna površina skorje ene poloble je približno 7000 kvadratnih centimetrov.
Posledično se vsi signali projicirajo na skorjo. Projekcijo izvajajo snopi živčnih vlaken, ki so razporejena po omejenih območjih skorje. Območje, na katerega se projicirajo zunanje informacije ali informacije iz drugih delov možganov, tvori kortikalno območje. Glede na to, kateri signali so sprejeti za takšno območje, ima svojo specializacijo. Obstajajo področje motorične skorje, senzorično področje, Brocino področje, Wernickejevo področje, vidna področja, okcipitalni reženj, skupaj okoli sto različnih področij.
V navpični smeri je lubje običajno razdeljeno na šest plasti. Te plasti nimajo jasnih meja in so določene s prevlado ene ali druge vrste celic. V različnih predelih skorje so te plasti lahko različno izražene, močnejše ali šibkejše. Toda na splošno lahko rečemo, da je skorja precej univerzalna, in domnevamo, da je delovanje njenih različnih con podrejeno istim načelom.
Plasti lubja
Aferentna vlakna prenašajo signale v skorjo. Pridejo do III, IV ravni skorje, kjer se porazdelijo med nevrone, ki mejijo na mesto, kjer je udarilo aferentno vlakno. Večina nevronov ima aksonske povezave znotraj svojega območja skorje. Toda nekateri nevroni imajo aksone, ki segajo preko njega. Preko teh eferentnih vlaken gredo signali izven možganov, na primer v izvršilne organe, ali pa se projicirajo v druge dele skorje ene ali druge poloble. Glede na smer prenosa signala se eferentna vlakna običajno delijo na:
- asociativna vlakna, ki povezujejo posamezne dele skorje ene poloble;
- komisurna vlakna, ki povezujejo skorjo dveh hemisfer;
- projekcijska vlakna, ki povezujejo skorjo z jedri spodnjih delov centralnega živčnega sistema.
Možgansko skorjo si lahko predstavljate kot veliko platno, razrezano na ločena območja. Vzorec nevronske aktivnosti v vsaki od con kodira določene informacije. Snopi živčnih vlaken, ki jih tvorijo aksoni, ki segajo preko njihove kortikalne cone, tvorijo sistem projekcijskih povezav. Določene informacije se projicirajo na vsako od con. Poleg tega lahko ena cona hkrati sprejema več informacijskih tokov, ki lahko prihajajo tako iz območij lastne kot iz nasprotne poloble. Vsak tok informacij je kot nekakšna slika, ki jo nariše aktivnost aksonov živčnega snopa. Delovanje ločene cone skorje je sprejemanje številnih projekcij, pomnjenje informacij, njihova obdelava, oblikovanje lastne slike dejavnosti in nadaljnja projekcija informacij, ki izhajajo iz dela te cone.
Velik del možganov je bela snov. Sestavljajo ga aksoni nevronov, ki ustvarjajo enake projekcijske poti. Na spodnji sliki je belo snov mogoče videti kot svetlobno polnjenje med skorjo in notranjimi strukturami možganov.
Porazdelitev bele snovi v čelnem delu možganov
Z difuzno spektralno MRI je bilo mogoče zaslediti smer posameznih vlaken in zgraditi tridimenzionalni model povezljivosti kortikalnih con (projekt Connectomics (Connectome)).
Spodnje slike dajejo dobro predstavo o strukturi povezav (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012).
Pogled z leve hemisfere
Pogled od zadaj
Pogled z desne strani
Mimogrede, v pogledu od zadaj je jasno vidna asimetrija projekcijskih poti leve in desne hemisfere. Ta asimetrija v veliki meri določa razlike v funkcijah, ki jih hemisfere pridobijo, ko se učijo.
Nevron
Osnova možganov je nevron. Seveda se modeliranje možganov z uporabo nevronskih mrež začne z odgovorom na vprašanje, kakšen je princip njegovega delovanja.
Delovanje pravega nevrona temelji na kemični procesi. V mirovanju obstaja potencialna razlika med notranjim in zunanjim okoljem nevrona – membranski potencial, ki znaša približno 75 milivoltov. Nastane zaradi delovanja posebnih beljakovinskih molekul, ki delujejo kot natrijevo-kalijeve črpalke. Te črpalke zaradi energije nukleotida ATP poganjajo kalijeve ione v notranjost, natrijeve pa ven iz celice. Ker beljakovina v tem primeru deluje kot ATPaza, torej encim, ki hidrolizira ATP, se imenuje tako - "natrijeva-kalijeva ATPaza". Posledično se nevron spremeni v nabit kondenzator z negativnim nabojem znotraj in pozitivnim nabojem zunaj.
Diagram nevrona (Mariana Ruiz Villarreal)
Površina nevrona je prekrita z razvejanimi procesi - dendriti. Konci aksonov drugih nevronov mejijo na dendrite. Mesta, kjer se povezujejo, se imenujejo sinapse. S sinaptično interakcijo se nevron lahko odzove na dohodne signale in v določenih okoliščinah ustvari lasten impulz, ki se imenuje konica.
Prenos signala v sinapsah se pojavi zaradi snovi, imenovanih nevrotransmiterji. Ko živčni impulz vstopi v sinapso vzdolž aksona, sprosti molekule nevrotransmiterja, značilne za to sinapso, iz posebnih veziklov. Na membrani nevrona, ki sprejema signal, so beljakovinske molekule - receptorji. Receptorji sodelujejo z nevrotransmiterji.
kemična sinapsa
Receptorji, ki se nahajajo v sinaptični razcepi, so ionotropni. To ime poudarja dejstvo, da so tudi ionski kanali, ki lahko premikajo ione. Nevrotransmiterji delujejo na receptorje tako, da se njihovi ionski kanali odprejo. V skladu s tem se membrana bodisi depolarizira ali hiperpolarizira, odvisno od tega, kateri kanali so prizadeti in v skladu s tem kakšen tip te sinapse. V ekscitatornih sinapsah se odprejo kanali, ki omogočajo kationom vstop v celico – membrana se depolarizira. V zaviralnih sinapsah se odprejo anionsko prevodni kanali, kar vodi do hiperpolarizacije membrane.
V določenih okoliščinah lahko sinapse spremenijo svojo občutljivost, kar imenujemo sinaptična plastičnost. To vodi v dejstvo, da sinapse enega nevrona pridobijo različno dovzetnost za zunanje signale.
Hkrati veliko signalov vstopi v sinapse nevrona. Inhibitorne sinapse potegnejo membranski potencial v smeri kopičenja naboja znotraj celice. Aktiviranje sinaps, nasprotno, poskuša izprazniti nevron (slika spodaj).
Vzbujanje (A) in inhibicija (B) ganglijskih celic mrežnice (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Ko skupna aktivnost preseže iniciacijski prag, pride do razelektritve, ki se imenuje akcijski potencial ali konica. Konica je ostra depolarizacija nevronske membrane, ki ustvarja električni impulz. Celoten proces generiranja impulza traja približno 1 milisekundo. Hkrati pa niti trajanje niti amplituda impulza nista odvisni od tega, kako močni so bili vzroki, ki so ga povzročili (slika spodaj).
Registracija akcijskega potenciala ganglijske celice (Nicolls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Po konici ionske črpalke zagotovijo ponovni privzem nevrotransmiterja in čiščenje sinaptične špranje. V ognjevzdržnem obdobju po konici nevron ne more ustvariti novih impulzov. Trajanje tega obdobja določa največjo frekvenco generiranja, ki jo je nevron sposoben.
Konice, ki nastanejo kot posledica aktivnosti na sinapsah, se imenujejo evocirane. Izzvana frekvenca konic kodira, kako dobro se dohodni signal ujema z nastavitvijo občutljivosti nevronskih sinaps. Ko vhodni signali padejo ravno na občutljive sinapse, ki aktivirajo nevron, in to ne moti signalov, ki prihajajo do zaviralnih sinaps, je odziv nevrona maksimalen. Slika, ki jo opisujejo takšni signali, se imenuje dražljaj, značilen za nevron.
Seveda ideje o delovanju nevronov ne smemo preveč poenostavljati. Informacije med nekaterimi nevroni se lahko prenašajo ne le s konicami, ampak tudi po kanalih, ki povezujejo njihovo znotrajcelično vsebino in neposredno prenašajo električni potencial. Takšno širjenje imenujemo postopno, sama povezava pa se imenuje električna sinapsa. Dendriti so glede na razdaljo do telesa nevrona razdeljeni na proksimalne (bližnje) in distalne (oddaljene). Distalni dendriti lahko tvorijo odseke, ki delujejo kot polavtonomne enote. Poleg sinaptičnih poti vzbujanja obstajajo ekstrasinaptični mehanizmi, ki povzročajo metabotropne konice. Poleg izzvane aktivnosti obstaja tudi spontana aktivnost. In končno, možganski nevroni so obkroženi z glialnimi celicami, ki prav tako pomembno vplivajo na tekoče procese.
Dolga pot evolucije je ustvarila številne mehanizme, ki jih možgani uporabljajo pri svojem delu. Nekatere od njih je mogoče razumeti sami, pomen drugih postane jasen šele, ko upoštevamo precej zapletene interakcije. Zato zgornjega opisa nevrona ne smemo jemati kot izčrpnega. Da bi prešli na globlje modele, moramo najprej razumeti "osnovne" lastnosti nevronov.
Leta 1952 sta Alan Lloyd Hodgkin in Andrew Huxley opisala električne mehanizme, ki urejajo generiranje in prenos živčnega signala v aksonu velikanskega lignja (Hodgkin, 1952). Kaj je bilo cenjeno Nobelova nagrada 1963 doktorirala iz fiziologije ali medicine. Hodgkin-Huxleyjev model opisuje obnašanje nevrona s sistemom navadnih diferencialnih enačb. Te enačbe ustrezajo avtovalovnemu procesu v aktivnem mediju. Upoštevajo številne komponente, od katerih ima vsaka svojega biofizičnega dvojnika v resnični celici (slika spodaj). Ionske črpalke ustrezajo trenutnemu viru I p. Notranji lipidni sloj celična membrana tvori kondenzator s kapaciteto C m . Zagotavljajo ionske kanale sinaptičnih receptorjev električna prevodnost g n , ki je odvisna od uporabljenih signalov, ki se spreminjajo s časom t, in skupne vrednosti membranskega potenciala V. Uhajajoči tok membranskih por ustvari prevodnik g L . Gibanje ionov po ionskih kanalih nastane pod delovanjem elektrokemijskih gradientov, ki ustrezajo napetostnim virom z elektromotorno silo E n in E L .
Glavne komponente modela Hodgkin-Huxley
Seveda pri ustvarjanju nevronskih mrež obstaja želja po poenostavitvi nevronskega modela, pri čemer ostanejo v njem le najbolj bistvene lastnosti. Najbolj znan in priljubljen poenostavljen model je McCulloch-Pittsov umetni nevron, razvit v zgodnjih štiridesetih letih prejšnjega stoletja (McCulloch J., Pitts W., 1956). 
Formalni McCulloch-Pittsov nevron
Signali se pošiljajo na vhode takega nevrona. Ti signali so ponderirani sešteti. Nadalje se za to linearno kombinacijo uporabi določena nelinearna aktivacijska funkcija, na primer sigmoidna. Logistična funkcija se pogosto uporablja kot sigmoidna funkcija: 
Logistična funkcija
V tem primeru je aktivnost formalnega nevrona zapisana kot
Posledično se tak nevron spremeni v seštevalnik pragov. Pri dovolj strmi mejni funkciji je izhodni signal nevrona 0 ali 1. Utežena vsota vhodnega signala in uteži nevrona je konvolucija dveh slik: slike vhodnega signala in slike, ki jo opisuje uteži nevrona. Rezultat konvolucije je višji, bolj natančna je korespondenca teh slik. To pomeni, da nevron dejansko določa, kako podoben je podani signal sliki, posneti na njegovih sinapsah. Ko vrednost konvolucije preseže določeno raven in se funkcija praga preklopi na eno, lahko to razlagamo kot močno izjavo nevrona, da je prepoznal predstavljeno sliko.
Pravi nevroni so na nek način podobni McCulloch-Pittsovim nevronom. Amplituda njihovih konic ni odvisna od tega, kateri signali na sinapsah so jih povzročili. Ali imaš konico ali pa je nimaš. Toda pravi nevroni se na dražljaj ne odzovejo z enim samim impulzom, temveč z zaporedjem impulzov. V tem primeru je frekvenca impulzov višja, bolj natančno je prepoznana slika, značilna za nevron. To pomeni, da če zgradimo nevronsko mrežo iz takšnih mejnih seštevalnikov, potem s statičnim vhodnim signalom, čeprav bo dal nekakšen izhodni rezultat, ta rezultat še zdaleč ne bo reproduciral, kako delujejo resnični nevroni. Da bi nevronsko mrežo približali biološkemu prototipu, moramo simulirati delo v dinamiki ob upoštevanju časovnih parametrov in reproduciranju frekvenčnih lastnosti signalov.
Lahko pa greste v drugo smer. Na primer, lahko izpostavimo posplošeno značilnost aktivnosti nevrona, ki ustreza frekvenci njegovih impulzov, to je številu konic v določenem časovnem obdobju. Če gremo k takšnemu opisu, potem si lahko nevron predstavljamo kot preprost linearni seštevalec.
Linearni seštevalec
Izhodni in s tem vhodni signali za takšne nevrone niso več dihatomični (0 ali 1), ampak so izraženi z določeno skalarno vrednostjo. Aktivacijska funkcija je nato zapisana kot
Linearnega seštevalnika ne bi smeli dojemati kot nekaj bistveno drugačnega v primerjavi z impulznim nevronom, preprosto omogoča daljše časovne intervale pri modeliranju ali opisovanju. In čeprav je opis impulza pravilnejši, je prehod na linearni seštevalnik v mnogih primerih upravičen z močno poenostavitvijo modela. Poleg tega so nekatere pomembne lastnosti, ki jih je težko opaziti v nihajočem nevronu, precej očitne za linearni seštevalnik.
Človeški možgani so osrednji del živčnega sistema. Tukaj se vsi procesi, ki se dogajajo v telesu, nadzorujejo na podlagi informacij, prejetih iz zunanjega sveta.
Nevroni možganov so strukturne funkcionalne enote živčnega tkiva, ki zagotavljajo sposobnost živih organizmov, da se prilagajajo spremembam v zunanjem okolju. Človeški možgani so sestavljeni iz nevronov.
Funkcije možganskih nevronov:
- prenos informacij o spremembah v zunanjem okolju;
- shranjevanje informacij za dolgo časa;
- ustvarjanje podobe zunanjega sveta na podlagi prejetih informacij;
- organizacija optimalnega človeškega vedenja.
Vse te naloge so podrejene enemu cilju - zagotoviti uspeh živega organizma v boju za obstoj.
Ta članek bo obravnaval naslednje značilnosti nevronov:
- struktura;
- medsebojno povezovanje;
- vrste;
- razvoj v različnih obdobjih človekovega življenja.
Leva hemisfera možganov vsebuje 200.000.000 nevronov več kot desna.
Struktura živčne celice
Nevroni v možganih so nepravilne oblike, lahko so videti kot list ali cvet, imajo različne brazde in zvitke. Tudi barvna paleta je pestra. Znanstveniki verjamejo, da obstaja povezava med barvo in obliko celice ter njenim namenom.
Na primer, receptivna polja celic v projekcijskem območju vidne skorje imajo podolgovato obliko, ki jim pomaga, da se selektivno odzovejo na posamezne fragmente črt z različnimi orientacijami v prostoru.
Vsaka celica ima telo in procese. V možganskem tkivu je običajno izolirati sivo in belo snov. Telesa nevronov skupaj z glialnimi celicami, ki zagotavljajo zaščito, izolacijo in ohranjanje strukture živčnega tkiva, tvorijo Siva snov. Procesi, organizirani v svežnje glede na funkcionalni namen, je bela snov.
Razmerje nevronov in glije pri ljudeh je 1:10.
Vrste podružnic:
- aksoni - imajo podolgovat videz, na koncu se razcepijo v terminale - živčnih končičev, ki so potrebni za prenos impulzov na druge celice;
- dendriti - krajši od aksonov, imajo tudi razvejano strukturo; prek njih nevron sprejema informacije.
Zahvaljujoč tej strukturi nevroni v možganih "komunicirajo" med seboj in se združujejo v nevronske mreže, ki tvorijo možgansko tkivo. Tako dendriti kot aksoni nenehno rastejo. Ta plastičnost živčnega sistema je osnova razvoja inteligence.
Živec je skupek številnih aksonov, ki pripadajo različnim živčnim celicam.
sinaptične povezave
Oblikovanje nevronskih mrež temelji na električnem vzbujanju, ki je sestavljeno iz dveh procesov:
- začetek električnega vzbujanja iz energije zunanji vplivi- nastane zaradi posebne občutljivosti membran, ki se nahajajo na dendritih;
- sproži celično aktivnost na podlagi prejetega signala in vpliva na druge strukturne enote živčnega sistema.
Hitrost nevronov se izračuna v nekaj milisekundah.
Nevroni so med seboj povezani s posebnimi strukturami – sinapsami. Sestavljeni so iz presinaptične in postsinaptične membrane, med katerimi je sinaptična špranja, napolnjena s tekočino.
Po naravi delovanja so sinapse lahko ekscitatorne in zaviralne. Signalizacija je lahko kemična ali električna.
V prvem primeru se na presinaptični membrani sintetizirajo nevrotransmiterji, ki iz posebnih veziklov - veziklov vstopijo v receptorje postsinaptične membrane druge celice. Po njihovem udarcu lahko ioni določene vrste množično vstopijo v sosednji nevron. To počne preko kalijevih in natrijevih kanalov. V normalnem stanju so zaprti, znotraj celice so negativno nabiti ioni, zunaj pa pozitivno. Posledično na lupini nastane razlika napetosti. To je potencial počitka. Ko pozitivno nabiti ioni vstopijo v telo, nastane akcijski potencial - živčni impulz.
Ravnovesje celice se vzpostavi s pomočjo specializiranih beljakovin – kalij-natrijevih črpalk.
Lastnosti kemičnih sinaps:
- vzbujanje se izvaja samo v eni smeri;
- prisotnost zamude pri prenosu signala od 0,5 do 2 ms, ki je povezana s trajanjem procesov sproščanja mediatorja, njegovega prenosa, interakcije z receptorjem in tvorbe akcijskega potenciala;
- utrujenost se lahko pojavi zaradi izčrpanja zalog oddajnika ali pojava vztrajne depolarizacije membrane;
- visoka občutljivost na strupe, zdravila in druge biološko aktivne snovi.
Trenutno je znanih več kot 100 nevrotransmiterjev. Primeri teh snovi so dopamin, norepinefrin, acetilholin.
Za električni prenos je značilna ozka sinaptična špranja in zmanjšan upor med membranami. V tem primeru potencial, ustvarjen na presinaptični membrani, povzroči širjenje vzbujanja na postsinaptični membrani.
Lastnosti električnih sinaps:
- hitrost prenosa informacij je višja kot pri kemičnih sinapsah;
- možen je tako enosmerni kot dvosmerni prenos signala (v nasprotni smeri).
Obstajajo tudi mešane sinapse, pri katerih se vzbujanje lahko prenaša tako s pomočjo nevrotransmiterjev kot s pomočjo električnih impulzov.
Pomnilnik vključuje shranjevanje in reprodukcijo prejetih informacij. Kot rezultat treninga ostanejo tako imenovane sledi spomina, njihovi sklopi pa tvorijo engrame - "zapise". Nevronski mehanizem je naslednji: določeni impulzi večkrat preidejo skozi vezje, v sinapsah nastanejo strukturne in biokemične spremembe. Ta proces se imenuje konsolidacija. Ponavljajoča uporaba istih stikov ustvarja specifične beljakovine - to so sledi spomina.
Značilnosti razvoja možganskega tkiva
Strukture možganov se oblikujejo do 3 leta. Masa možganov se do konca prvega leta otrokovega življenja podvoji.
Zrelost živčnega tkiva je določena s stopnjo razvoja dveh procesov:
- mielinizacija - tvorba izolacijskih membran;
- sinaptogeneza - nastanek sinaptičnih povezav.
Mielinizacija se začne pri 4 mesecih fetalnega življenja z evolucijsko starejšimi možganskimi strukturami, ki so odgovorne za senzorične in motorične funkcije. V sistemih, ki nadzorujejo skeletne mišice - tik pred rojstvom otroka in se aktivno nadaljuje v prvem letu življenja. In na področjih, povezanih z višjimi duševnimi funkcijami, kot so učenje, govor, mišljenje, se mielinizacija začne šele po rojstvu.
Zato v tem obdobju okužbe in virusi, ki imajo škodljiv učinek na možganih. To lahko primerjamo z prometno nesrečo: trčenje pri nizki hitrosti bo povzročilo manj škode kot pri visoki hitrosti. Torej tukaj - poseg v aktivni proces zorenja lahko povzroči veliko škodo in povzroči žalostne posledice - cerebralno paralizo, duševno zaostalost ali duševno zaostalost.
Stabilizacija psihofizioloških značilnosti posameznika se pojavi v 20-25 letih.
Proces razvoja ene same živčne celice se začne s tvorbo, ki ima specifično električno aktivnost. Njegovi procesi, ki se raztezajo, prodrejo v okoliška tkiva in vzpostavijo sinaptične stike. Na ta način pride do inervacije (nadzora) vseh organov in sistemov telesa. Ta proces nadzoruje več kot polovica človeških genov.
Celice so združene v posebne povezane strukture – nevronske mreže, ki opravljajo določene funkcije.
Ena od znanstvenih predpostavk pravi, da je hierarhija strukture nevronov v možganih podobna strukturi vesolja.
Razvoj nevronov, njihova specializacija, se nadaljuje skozi vse življenje osebe. Pri odraslem in dojenčku je število nevronov približno enako, vendar se dolžina procesov in njihovo število večkrat razlikujeta. Gre za učenje in ustvarjanje novih povezav.
Trajanje obstoja živčnih celic in njihovega gostitelja najpogosteje sovpada.
Vrste živčnih celic
Vsak element v živčnem sistemu možganov deluje določeno funkcijo. Razmislite, za kaj so odgovorne določene vrste nevronov.
Receptorji
Večina receptorskih nevronov se nahaja v, njihova funkcija je prenos signala iz receptorjev čutnih organov v centralni živčni sistem.
ukazovalni nevroni
Tukaj so poti iz detektorskih celic, kratkoročnih in dolgotrajni spomin in sprejemanje odločitve kot odgovor na dohodni signal. Nato se pošlje ukaz v premotorne cone in oblikuje se reakcija.
Efektorji
Prenašajo signal organom in tkivom. Ti nevroni imajo dolge aksone. Motorični nevroni so efektorske celice, katerih aksoni tvorijo živčna vlakna, ki vodijo do mišic. Efektorski nevroni, ki uravnavajo aktivnost avtonomnega živčnega sistema (vključuje presnovo, nadzor notranji organi, dihanje, srčni utrip - vse, kar se zgodi brez zavestnega nadzora) so zunaj možganov.
Vmesno
Imenujejo jih tudi kontaktne ali interkalarne – te celice so vez med receptorji in efektorji.
Zrcalni nevroni
Ti nevroni se nahajajo v različnih delih osrednjega živčnega sistema. Menijo, da so se evolucijsko pojavili, da bi se mladiči bolje in hitreje naselili v svetu okoli sebe.
Celice so odkrili kot rezultat poskusa z opicami. Žival je hrano dobivala iz napajalnika s posebnim orodjem. Ko je znanstvenik storil enako, je bilo ugotovljeno, da so se pri poskusnem posamezniku aktivirala določena področja skorje, kot da bi to počela sama.
Empatija, socialne veščine, učenje, ponavljanje, posnemanje temeljijo na delu zrcalnih nevronov. Zmožnost napovedovanja velja tudi za te celice.
Znanstveniki so ugotovili, da sta jasno predstavljanje in početje skoraj ista stvar. Takšna metoda psihoterapije, kot je vizualizacija, temelji na tem postulatu.
Zrcalni nevroni so osnova za prenos kulturne plasti iz generacije v generacijo in njeno rast. Na primer, ko se učimo slikarstva, sprva že ponavljamo obstoječih načinov, torej simuliramo. In potem na podlagi te izkušnje nastanejo izvirna dela.
Nevroni novosti in identitete
Nove nevrone so najprej odkrili pri žabah, nato pa so jih našli tudi pri ljudeh. Te celice se prenehajo odzivati na ponavljajoče se dražljaje. Sprememba signala, nasprotno, izzove njihovo aktiviranje.
Identitetne celice določajo ponavljajoč se signal, ki vam omogoča, da izdate predhodno uporabljen odziv, včasih celo pred dražljajem - ekstrapolarni odziv.
Njihovo skupno delovanje poudarja novost, slabi vpliv običajnih dražljajev in optimizira čas oblikovanja odzivnega vedenja.
Bolezni, povezane z okvarami živčnega tkiva
Številne zdravstvene motnje lahko temeljijo na različne kršitve nevronske povezave v možganih.
avtizem
Znanstveniki verjamejo, da je avtizem povezan z nerazvitostjo ali disfunkcijo zrcalnih nevronov. Otrok, ko gleda odraslega, ne more razumeti vedenja in čustev druge osebe ter predvideti njegova dejanja. Strah se rodi. Obrambna reakcija je zaprtje vase.
Parkinsonova bolezen
Vzrok za motnjo motorične funkcije pri tej bolezni je poškodba in smrt nevronov, ki proizvajajo dopamin.
Alzheimerjeva bolezen
Eden od možnih razlogov je zmanjšana proizvodnja nevrotransmiterja acetilholina. Druga možnost je kopičenje v živčnem tkivu amiloidnih plakov- patološki proteinski plak.
shizofrenija
Ena teorija pravi, da med možganskimi celicami shizofrenika pride do kršitve stikov. Študije so pokazale, da pri takšnih ljudeh geni, ki so odgovorni za sproščanje nevrotransmiterjev v sinapsah, ne delujejo pravilno. Druga različica je prekomerna proizvodnja dopamina. Tretja teorija nastanka bolezni je zmanjšanje hitrosti prehoda živčnih impulzov zaradi poškodbe mielinskih ovojnic.
Nevrodegerativne bolezni (povezane z odmiranjem nevronov) se pokažejo, ko večina celic odmre, zato se zdravljenje začne v kasnejših fazah. Oseba je videti zdrava, ni znakov bolezni, nevaren proces pa že teče. To izhaja iz dejstva, da so človeški možgani zelo plastični in imajo močne kompenzacijske mehanizme. Primer: ko nevroni, ki proizvajajo dopamin, umrejo pri , proizvajajo preostale celice velika količina snovi. Poveča se tudi občutljivost na nevrotransmiter celic, ki sprejemajo signal. Ti procesi nekaj časa ne omogočajo manifestacije simptomov bolezni.
Pri boleznih, ki jih povzročajo kromosomske nepravilnosti (Downov sindrom, Williamsov sindrom), patološke vrsteživčne celice.