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, ki je sestavljen iz nevronov. Danes vam bomo povedali, kaj so nevroni in kako pomembni so v človeškem telesu. Navsezadnje so prav oni odgovorni za naše duševno in fizično zdravje.
Vsak učenec ve, da so za nas zadolženi 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 pomemben element živčni sistem, ki opravlja ne le prevodno vlogo, ampak tudi funkcionalno. Presenetljivo je, da nevroznanstveniki še vedno preučujejo nevrone in njihovo delo pri prenosu informacij. Seveda so v svojih znanstvenih raziskavah dosegli velik uspeh in so lahko razkrili marsikatero skrivnost 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, ki se povezujejo, ustvarjajo živčni center.
Nevron ima jedro in je obdan z zaščitno ovojnico. Zaradi tega je podoben vsem drugim celicam, vendar se tu podobnosti končajo. Preostale značilnosti živčne celice jo naredijo resnično edinstveno:
- Nevroni se ne delijo
Nevroni možganov (možgani in hrbtenica) se ne delijo. Presenetljivo je, vendar se skoraj takoj po pojavu prenehajo razvijati. Znanstveniki verjamejo, da se določena matična celica konča z delitvijo, preden se nevron popolnoma razvije. V prihodnosti samo gradi povezave, ne pa tudi svoje količine v telesu. S tem dejstvom so povezane številne bolezni možganov in centralnega živčnega sistema. S starostjo nekateri nevroni odmrejo, preostale celice pa zaradi nizke aktivnosti samega človeka 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. Z uporabo lahko zaznajo določene podatke 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 v trenutno 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, ki omogočajo hitro in učinkovito komunikacijo z drugimi celicami in nevroni.
Struktura nevronov
Vsaka živčna celica je sestavljena iz treh delov:
- nevronsko telo (soma);
- dendriti;
- aksonov.
Še vedno ni znano, kateri od procesov se najprej razvijejo v celičnem telesu, vendar je porazdelitev odgovornosti med njimi precej očitna. Proces nevrona, aksona, se običajno oblikuje v eni sami 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 podružnic omogoča, da v najkrajšem možnem času posredujete veliko informacij.
Znanstveniki verjamejo, da se nevron pred nastankom procesov razširi po telesu, od trenutka, ko se pojavijo, pa 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 sprejema 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 zajamejo nevroni in jih kasneje 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 po številu procesov:
- enopolarna;
- psevdo-unipolarni;
- bipolarni;
- multipolarni;
- brez osi.
Multipolarni nevron velja za klasičen, ima en kratek akson in mrežo dendritov. Najmanj 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. Dražilne snovi, ki vplivajo na živčni sistem, se imenujejo refleksi. To je glavna dejavnost našega centralnega živčnega sistema, ki se izvaja s pomočjo refleksnega loka. Lahko si ga predstavljamo kot nekakšno pot, po kateri prehaja impulz iz nevrona v dejanje (refleks).
To pot lahko razdelimo na več stopenj:
- zaznavanje draženja z dendriti;
- prenos impulzov v telo celice;
- pretvorba informacij v električni impulz;
- prenos impulzov na organ;
- spremembe v aktivnosti organov (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 sili človeške organe, da izvajajo določena dejanja. To se običajno imenuje brezpogojni refleks. Pojavi se, ko je oseba udarjena, na primer na pogačica 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 se lahko shranijo. Kasneje, ko prejmejo podoben impulz, možgani pošljejo ukaz, ki ga želite organom za opravljanje določenega sklopa dejanj.
Funkcionalna klasifikacija nevronov
Nevrone je mogoče razvrstiti glede na njihov neposredni namen, saj je vsaka skupina živčnih celic zasnovana za določena dejanja. Vrste nevronov so predstavljene na naslednji način:
- Občutljiv
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 organe osebe.
3. Vstavljanje
Ti nevroni opravljajo kompleksno delo; nahajajo se v središču verige med senzoričnimi in motoričnimi živčnimi celicami. Takšni nevroni sprejemajo informacije, izvajajo predproceso in prenašajo impulzni ukaz.
4. Tajniška
Sekretorne živčne celice sintetizirajo nevrohormone in imajo posebno strukturo z velikim številom membranskih vrečk.
Motorični nevroni: značilnosti
Eferentni (motorični) nevroni imajo strukturo, ki je enaka drugim živčnim celicam. Njihova mreža dendritov je najbolj razvejana, aksoni pa segajo do mišičnih vlaken. Povzročajo krčenje in zravnanje mišic. Najdaljši v človeškem telesu je ravno akson motoričnega nevrona, ki gre v palec noge od ledveno... V povprečju je njegova dolžina približno en meter.
Skoraj vsi eferentni nevroni se nahajajo v hrbtenjači, saj je prav on odgovoren 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 pogledamo predmet, se mu pošljejo impulzi optični živec možgani. Ampak gibanje zrklo levo in desno se izvaja preko ukazov hrbtenjače, to so nezavedni gibi. Zato se s starostjo, ko se celota nezavednih navadnih dejanj povečuje, pomen motoričnih nevronov predstavi v novi luči.
Vrste motoričnih nevronov
Po drugi strani imajo eferentne celice določeno klasifikacijo. Razdeljeni so na naslednji dve vrsti:
- a-motorni nevroni;
- y-motorni nevroni.
Prva vrsta nevronov ima gostejšo strukturo vlaken in se veže na različna mišična vlakna. En tak nevron lahko uporablja različno število mišic.
Y-motorični nevroni so nekoliko šibkejši od svojih "kolegov", ne morejo uporabljati več mišičnih vlaken hkrati in so odgovorni za mišično napetost. Lahko rečemo, da sta obe vrsti nevronov nadzorni organ motorične aktivnosti.
Na katere mišice se vežejo motorični nevroni?
Aksoni nevronov so povezani z več vrstami mišic (delujejo), ki so razvrščene kot:
- žival;
- vegetativno.
Prva skupina mišic je skeletna, druga pa spada v kategorijo gladkih mišic. Različni so tudi načini pritrditve na mišično vlakno. Skeletne mišice tvorijo nekakšen plak na mestu stika z nevroni. Avtonomni nevroni komunicirajo z gladkimi mišicami prek majhnih izboklin ali veziklov.
Zaključek
Nemogoče si je predstavljati, kako bi naše telo delovalo brez živčnih celic. Vsako sekundo opravljajo neverjetno težko delo, zadolženi so za naše čustveno stanje, okusne preference in telesna aktivnost. Nevroni še ne razkrivajo veliko svojih skrivnosti. Dejansko tudi najpreprostejša teorija nevronske neobnovitve povzroča številne polemike in vprašanja med nekaterimi znanstveniki. Pripravljeni so dokazati, da so v nekaterih primerih živčne celice sposobne ne le tvoriti nove povezave, ampak se tudi reproducirati. Seveda je to zaenkrat le teorija, vendar se lahko izkaže za izvedljivo.
Proučevanje 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 nedra zemlje. Naučil se je upreti številnim boleznim
Človek je obvladal morske in zračne globine, prodrl v skrivnosti vesolja in nedra zemlje.Naučil se je upreti številnim boleznim in začel živeti dlje.Poskuša manipulirati z geni, "gojiti" organe za presaditev in s kloniranjem "ustvarjati" živa bitja.
Toda zanj še vedno ostaja največja skrivnost, kako delujejo njegovi lastni možgani, kako s pomočjo običajnih električnih impulzov in majhnega nabora nevrotransmiterjev živčni sistem ne le usklajuje delo milijard telesnih celic, ampak tudi zagotavlja sposobnost spoznavanja, razmišljanja, spominjanja, doživljanja širokega 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, običajno razvejanih, dendritov. Dolžina aksonov je običajno opazno večja od velikosti dentritov, 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 pozabili uporabiti 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 prevajati tudi živčni impulz.
Dejstvo je, da se med notranjo površino nevronske membrane in zunanjim okoljem nenehno vzdržuje električna potencialna razlika. To je posledica delovanja tako imenovanih "ionskih črpalk" - proteinskih kompleksov, ki aktivno prenašajo pozitivno nabite kalijeve in natrijeve ione skozi membrano.
Ta aktivni prenos, kot tudi nenehno tekoča pasivna difuzija ionov skozi pore v membrani, povzročata v mirovanju negativni naboj glede na zunanje okolje. znotraj nevronske membrane.
Če stimulacija nevrona preseže določeno mejno vrednost, se na točki stimulacije izvede serija 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 druge nevrone ali različne delovne organe (efektorska funkcija).
Ob dendritih – inženirji bi jim rekli »sprejemniki« – impulzi vstopajo v telo živčne celice, vzdolž aksona – »oddajnika« – pa gredo iz njenega 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 s tem širša sfera vpliva na njeno delovanje in možnost sodelovanja živčne celice v različnih reakcijah telesa. Telesa velikih motonevronov hrbtenjače imajo lahko do 20 tisoč sinaps.
V sinapsi se električni signali pretvorijo v kemične signale in obratno. Prenos vzbujanja se izvaja biološko aktivne snovi- nevrotransmiterji (acetilholin, adrenalin, nekatere aminokisline, nevropeptidi itd.). Oniso v posebnih veziklih, 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 vznemirljivi, drugi zaviralni.
Po prenehanju sproščanja mediatorja se njegovi ostanki odstranijo iz sinaptične razpoke in receptorji postsinaptične membrane se vrnejo v začetno stanje... Rezultat seštevanja sto tisoč vzbujajočih in zaviralnih impulzov, ki hkrati tečejo v nevron, določa, ali bo v ta trenutek ustvariti živčni impulz.
Nevroračunalniki
Poskus simulacije 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 procesnih in pomnilniških enot, nevroprocesorji vsebujejo pomnilnik, porazdeljen v povezavah (neke sinapse) med zelo preprostimi procesorji, ki jih formalno lahko imenujemo nevroni.
Nevroračunalniki ne programirajo v tradicionalnem pomenu besede, ampak »učijo«, prilagajajo učinkovitost vseh »sinaptičnih« povezav med svojimi sestavnimi »nevroni«.
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 subjekt ..."
Nevrone lahko razdelimo v tri velike skupine:
- receptor,
- vmesno,
- efektor.
Receptorski nevroni zagotavljajo vnos senzoričnih informacij v možgane. Pretvorijo signale, ki prihajajo do čutil (optične signale v očesni mrežnici, akustični signali v polžu, vohalne signale v kemoreceptorjih nosu itd.) v električne impulze svojih aksonov.
Vmesni nevroni obdelava informacij, prejetih od receptorjev, in generiranje kontrolnih signalov 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 delom 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" prejete informacije in se odloči, kako se nanje odzvati, razumljiva le na ravni najpreprostejšega. refleksni loki.
V večini primerov pa nevrofiziološki mehanizem nastanka določenih reakcij ostaja skrivnost. Ni zaman v poljudnoznanstveni literaturi človeške možgane pogosto primerjajo s "črno skrinjico".
»…V vaši glavi je 30 milijard nevronov, ki shranjujejo vaše znanje, veščine in nabrane življenjske izkušnje. Po 25 letih razmišljanja se to dejstvo ne zdi nič manj osupljivo kot prej.Najtanjši film, sestavljen iz živčnih celic, vidi, čuti, ustvarja naš pogled na svet. To je preprosto neverjetno!Uživanje v toplini poletnega dneva in drznih sanjah o prihodnosti – vse ustvarjajo te celice ... Nič drugega ne obstaja: nobene čarovnije, nobene posebne omake, le nevroni, ki izvajajo informacijski ples,« je zapisal slavni računalniški razvijalec. ustanovitelj Inštituta za nevrologijo Redwood (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.
Danes se je nabralo ogromno informacij o tem, kateri nevroni pri ljudeh, podganah, 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 odkril "zelene krokodilske nevrone": te celice so se aktivirale, ko je žival, ki teče skozi labirint, med drugimi predmeti naletela na igračo majhen zeleni krokodil, ki mu je bil že znan.
In drugi znanstveniki so kasneje lokalizirali nevron v človeških možganih, ki je "odzval" na fotografijo ameriškega predsednika Billa Clintona.
Vsi ti podatki podpirajo teorijo, da nevroni v možganih so specializirani, vendar nikakor ne pojasnjujejo, zakaj in kako do te specializacije pride.
Znanstveniki razumejo le na splošno nevrofiziološke mehanizme učenja in spomina. Domneva se, da se v procesu pomnjenja informacij oblikujejo novi funkcionalni stiki med nevroni v možganski skorji.
Z drugimi besedami, sinapse so nevrofiziološka "sled" spomina. Več ko se pojavlja novih sinaps, »bogatejši« je spomin posameznika. Tipična celica v možganski skorji tvori več (do 10) tisoč sinaps. Ob upoštevanju skupnega števila nevronov v skorji se izkaže, da se lahko tukaj ustvari 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 teh ali onih informacij.
Leta 2000 sta švedski farmakolog Arvid Karlsson in ameriška nevroznanstvenika Paul Greengard in Eric Kendel prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino za svoja odkritja o "prenosu signalov 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. 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 lahko velikost signala, ustvarjenega na postsinaptični membrani, različna tudi pri enaki velikosti 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 pomembno vlogo tudi pri delovanju spomina. Možno je, da so informacije, ki jih človek pogosto uporablja, shranjene v nevronskih mrežah, povezanih z visoko učinkovitimi sinapsami, in si jih zato hitro in enostavno »zapomnijo«. Hkrati je za sinapse, ki sodelujejo pri shranjevanju sekundarnih, redko "pridobljenih" podatkov, očitno značilna nizka učinkovitost.
Pa vendarle okrevajo!
Eden od medicinsko najbolj motečih problemov v nevroznanosti je možnost regeneracije živčnega tkiva... Znano je, da se lahko prerezana ali poškodovana vlakna nevronov perifernega živčnega sistema, ki jih obdaja nevrilema (obloga specializiranih celic), regenerirajo, če se celično telo ohrani nedotaknjeno. Pod mestom transekcije ostane nevrilema v obliki cevaste strukture, del aksona, ki ostane povezan s telesom celice, pa raste vzdolž te cevi, dokler ne doseže živčnega končiča. Tako se obnovi funkcija poškodovanega nevrona.
Aksoni v osrednjem živčnem sistemu niso obdani z nevrilemo in zato očitno ne morejo ponovno zrasti na mesto prejšnjega konca.
Hkrati so do nedavnega nevrofiziologi verjeli, da se v človekovem življenju v osrednjem živčnem sistemu ne tvorijo novi nevroni.
"Živčne celice si ne opomorejo!", so nas opozorili znanstveniki. Domnevalo se je, da vzdrževanje živčnega sistema v "delovnem stanju" tudi s resne bolezni travma pa nastane zaradi njene izjemne plastičnosti: funkcije odmrlih nevronov prevzamejo njihovi preživeli »kolegi«, ki se povečajo in tvorijo nove povezave.
Visoko, a ne neskončno 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 udov, nestabilna hoja, demenca) se ne pojavijo, torej je oseba videti praktično zdrava. Izkazalo se je, da lahko ena živa živčna celica funkcionalno nadomesti devet mrtvih!
Zdaj je dokazano, da se v možganih odraslih sesalcev še vedno pojavlja nastanek novih živčnih celic (nevrogeneza). Leta 1965 se je pokazalo, da se novi nevroni redno pojavljajo pri odraslih podganah v hipokampusu, možganski regiji, ki je odgovorna za zgodnje faze učenja in spomina.
15 let pozneje so znanstveniki dokazali, da se nove živčne celice pojavljajo v možganih ptic skozi vse življenje. Vendar študije možganov odraslih primatov za nevrogenezo niso prinesle 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 snov za označevanje (bromodioksiuridin), 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 odkrili na področjih možganov, povezanih s kognitivnimi funkcijami, in niso nastali na območjih, ki izvajajo bolj primitivno raven analize.
V zvezi s tem so znanstveniki predlagali, da novi nevroni so lahko pomembni za učenje in spomin.
To hipotezo podpira tudi naslednje: velik odstotek novih nevronov umre v prvih tednih po rojstvu; vendar je v situacijah, ko se pojavlja kontinuirano učenje, delež preživelih nevronov veliko večji kot takrat, ko po njih »niso povpraševanja« – ko je žival prikrajšana za možnost oblikovanja novih izkušenj.
Do danes so bili ugotovljeni univerzalni mehanizmi nevronske smrti pri različnih boleznih:
1) povečane ravni prostih radikalov in oksidativne poškodbe nevronskih membran;
2) kršitev aktivnosti mitohondrijev nevronov;
3) neugoden 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 nevrologiji se uporabljajo:
- pripravki z antioksidativnimi lastnostmi (vitamini E in C itd.),
- lektorji 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: patološka študija bolnikov, ki so v življenju prejemali bromodioksiuridin v terapevtske namene, je pokazala, da se nevroni, ki vsebujejo to označevalno snov, nahajajo v skoraj vseh dele 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 za »starajoče se« prebivalstvo razvitih držav.
Pri poskusih za presaditev se uporabljajo tako nevronske matične celice, ki se nahajajo okoli možganskih prekatov pri zarodku in odrasli osebi, kot tudi embrionalne matične celice, ki se lahko preoblikujejo v skoraj vse celice telesa.
Žal danes zdravniki ne morejo rešiti glavnega problema, povezanega s presaditvijo nevronskih matičnih celic: njihova aktivna reprodukcija v telesu prejemnika vodi v nastanek malignih tumorjev v 30-40% primerov.
Kljub temu strokovnjaki ne izgubljajo optimizma in presaditev matičnih celic imenujejo eden najbolj obetavnih pristopov pri zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni.objavil . 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 približno 65 milijard nevronov. Nevroni se med seboj povezujejo in tako tvorijo človeške možganske funkcije, spomin, delitve in zavest.
Vidite to sliko zgoraj? S to čudno sliko so nevroznanstveniki MIT lahko aktivirali posamezne nevrone v možganih. 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. Pri testiranju na živalih je ekipa pokazala, da so jim informacije iz računalniškega modela omogočile ustvarjanje slik, ki so močno aktivirale določene nevrone v možganih.
danes se pogosto uporabljajo v znanosti in računalništvo. 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. Laboratorij MIT za računalništvo in umetno inteligenco se je odločil, da bo delo nevronskih omrežij postalo 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 za razumevanje, nekaj je bilo simulirano na računalniku. Kar je lepo, obstajajo somišljeniki, ki aktivno sodelujejo pri delu na projektu.
V tej seriji člankov nameravamo govoriti o konceptu inteligence, na katerem zdaj delamo, in prikazati nekatere rešitve, ki so bistveno nove na področju modeliranja dela možganov. Da pa bo zgodba jasna in dosledna, ne bo vsebovala le opisa novih idej, ampak tudi zgodbo o delu možganov na splošno. 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.
Razumevanje možganov
Živčne celice, so tudi nevroni, skupaj s svojimi vlakni, ki prenašajo signale, tvorijo živčni sistem. Pri vretenčarjih je večina nevronov koncentrirana 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 prenaša v možgane. Skozi strukture talamusa se razporedijo in projicirajo na možgansko skorjo.
Poleg možganskih hemisfer informacije obdelujejo tudi mali možgani, ki so v resnici majhni samostojni možgani. Mali možgani zagotavljajo natančne motorične sposobnosti in koordinacijo vseh gibov.
Vid, sluh in vonj zagotavljajo možganom tok informacij o zunanjem svetu. Vsaka od komponent tega toka, ki poteka po svoji poti, 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 skorja zapakirana tako, da zavzame trikrat manj površine kot v razširjeni obliki. 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 cono skorje. Glede na to, kateri signali so sprejeti za takšno območje, ima svojo specializacijo. Razlikujte med cono motorične skorje, senzorično cono, Brocino, Wernickejevo cono, vidne cone, okcipitalni reženj, skupaj približno sto različnih con.
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 conah skorje so lahko te plasti izražene na različne načine, 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
Signali se pošiljajo v skorjo preko aferentnih vlaken. Pridejo do III, IV nivoja skorje, kjer se porazdelijo po nevronih blizu mesta, kamor je prišlo aferentno vlakno. Večina nevronov ima aksonske povezave znotraj skorje. Toda nekateri nevroni imajo aksone, ki segajo preko njega. Preko teh eferentnih vlaken gredo signali bodisi izven možganov, na primer v izvršilne organe, ali pa se projicirajo na druge dele skorje ene ali druge poloble. Glede na smer prenosa signala se eferentna vlakna običajno delijo na:
- asociativna vlakna, ki povezujejo ločena področja 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. Slika aktivnosti nevronov v vsaki coni 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 v eno cono hkrati vstopi več informacijskih tokov, ki lahko prihajajo tako iz območij lastne kot iz nasprotne poloble. Vsak tok informacij je kot nekakšna slika, ki jo narišejo aktivnosti aksonov živčnega snopa. Delovanje ločene cone skorje je sprejemanje številnih projekcij, pomnjenje informacij, njihova obdelava, oblikovanje lastne slike dejavnosti in nadaljnja projekcija informacij, pridobljenih kot rezultat dela te cone.
Velik del možganov je bela snov. Tvorijo ga aksoni nevronov, ki ustvarjajo same 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 slediti smeri posameznih vlaken in zgraditi tridimenzionalni model povezljivosti kortikalnih con (projekt Connectomics).
Spodnje slike dajejo predstavo o strukturi vezi (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012) .
Pogled na levo hemisfero
Pogled od zadaj
Pravi pogled
Mimogrede, v pogledu od zadaj je jasno vidna asimetrija projekcijskih poti leve in desne hemisfere. Ta asimetrija v veliki meri določa razlike v tistih 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, kakšno je načelo 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 navznoter, natrijeve ione pa navzven. Ker beljakovina v tem primeru deluje kot ATP-aza, torej encim, ki hidrolizira ATP, se imenuje "natrijeva-kalijeva ATP-aza". Posledično se nevron spremeni v nabit kondenzator z negativnim nabojem znotraj in pozitivnim na zunanji strani.
Nevronski diagram (Mariana Ruiz Villarreal)
Površina nevrona je prekrita z razvejanimi procesi - dendriti. Aksonski konci drugih nevronov so v bližini dendritov. Njihova stičišča se imenujejo sinapse. S sinaptično interakcijo se nevron lahko odzove na dohodne signale in v določenih okoliščinah ustvari lasten impulz, ki se imenuje konica.
Signalizacija v sinapsah poteka prek snovi, imenovanih nevrotransmiterji. Ko živčni impulz vstopi v sinapso vzdolž aksona, sprosti molekule nevrotransmiterja iz posebnih veziklov, ki so značilni za to sinapso. Na membrani nevrona, ki sprejema signal, so proteinske 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, da vstopijo v celico, in membrana se depolarizira. V zaviralnih sinapsah se odprejo kanali, ki vodijo anione, 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 pa v sinapse nevrona prispejo številni signali. Inhibitorne sinapse potegnejo membranski potencial proti kopičenju naboja v kletki. Aktiviranje sinaps pa 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. V tem primeru 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 (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)
Po adheziji ionske črpalke zagotovijo ponovni privzem nevrotransmiterja in čiščenje sinaptične razpoke. V ognjevzdržnem obdobju po konici nevron ne more ustvariti novih impulzov. Trajanje tega obdobja določa največjo frekvenco generiranja, ki jo je nevron sposoben.
Adhezije, ki nastanejo kot posledica aktivnosti na sinapsah, se imenujejo evocirane. Izzvana stopnja ponovitve konic kodira, kako dobro se dohodni signal ujema z nastavitvijo občutljivosti nevronskih sinaps. Ko vhodni signali pridejo ravno do občutljivih sinaps, ki aktivirajo nevron, in signali, ki prihajajo do zaviralnih sinaps, tega ne motijo, 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. To širjenje se imenuje 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 polavtonomni elementi. Poleg sinaptičnih poti vzbujanja obstajajo tudi ekstrasinaptični mehanizmi, ki povzročajo metabotropne adhezije. Poleg izzvane aktivnosti obstaja tudi spontana aktivnost. Nazadnje so nevroni možganov obkroženi z glialnimi celicami, ki prav tako pomembno vplivajo na potekajoče 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 ob upoštevanju precej zapletenih interakcij. Zato zgornjega opisa nevrona ne smemo jemati kot izčrpnega. Če želimo preiti na globlje modele, moramo najprej razumeti "osnovne" lastnosti nevronov.
Leta 1952 sta Alan Lloyd Hodgkin in Andrew Huxley opisala električne mehanizme, ki določajo nastajanje in prenos živčnih signalov v aksonu velikanskega lignja (Hodgkin, 1952). Kaj je bilo ocenjeno Nobelova nagrada iz fiziologije in medicine leta 1963. Model Hodgkin - Huxley 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 kapacitivnostjo C m. Zagotavljajo ionski kanali sinaptičnih receptorjev električna prevodnost g n, ki je odvisna od uporabljenih signalov, ki se spreminjajo s časom t, in skupne vrednosti membranskega potenciala V. Tok puščanja membranskih por ustvari prevodnik g L. Gibanje ionov vzdolž ionskih kanalov se pojavi pod delovanjem elektrokemičnih 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 nevron McCulloch - Pitts
Signali se pošiljajo na vhode takega nevrona. Ti signali so tehtno sešteti. Nadalje se za to linearno kombinacijo uporabi določena nelinearna aktivacijska funkcija, na primer sigmoidna. Logistična funkcija se pogosto uporablja kot sigmoidna: 
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 nevronov je konvolucija dveh slik: slike vhodnega signala in slike, ki jo opisujejo uteži nevronov. Bolj natančna je korespondenca teh slik, višji je rezultat konvolucije. To pomeni, da nevron dejansko določa, kako podoben je dodan signal sliki, posneti na njegovih sinapsah. Ko vrednost konvolucije preseže določeno raven in se funkcija praga preklopi na eno, lahko to razlagamo kot odločilno izjavo nevrona, da je prepoznal predstavljeno sliko.
Pravi nevroni so na nek način podobni McCulloch-Pittsovim nevronom. Amplitude njihovih konic niso odvisne od tega, kateri signali na sinapsah so jih povzročili. Konica je tam ali pa ni. 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, bo dala nekaj izhodnega rezultata s statičnim vhodnim signalom, vendar 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. Izpostavite lahko na primer posplošeno značilnost aktivnosti nevrona, ki ustreza frekvenci njegovih impulzov, to je številu trnov v določenem časovnem obdobju. Če gremo k takšnemu opisu, si lahko nevron predstavljamo kot preprost linearni seštevalec.
Linearni seštevalec
Izhodni signali in s tem tudi vhodni signali za takšne nevrone niso več dihatomični (0 ali 1), ampak so izraženi z določeno skalarno količino. Aktivacijska funkcija je nato zapisana kot
Linearnega seštevalnika ne bi smeli dojemati kot nekaj bistveno drugačnega od impulznega nevrona, le dopušča pri modeliranju ali opisovanju prehod na daljše časovne intervale. 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 videti v impulznem nevronu, precej očitne za linearni seštevalnik.
Človeški možgani so osrednji del živčnega sistema. Vsi procesi, ki se dogajajo v telesu, so tukaj nadzorovani na podlagi informacij iz zunanjega sveta.
Možganski nevroni 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 nevronov v možganih:
- 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;
- pogledi;
- razvoj v različnih obdobjih človekovega življenja.
Leva hemisfera možganov vsebuje 200.000.000 nevronov več kot desna.
Struktura živčnih celic
Nevroni v možganih so nepravilne oblike, lahko izgledajo kot list ali cvet, imajo različne žlebove in zvitke. Tudi barvna paleta je raznolika. 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. Običajno je ločiti sivo in belo snov v možganskem tkivu. Telesa nevronov skupaj z glialnimi celicami, ki zagotavljajo zaščito, izolacijo in ohranjanje strukture živčnega tkiva, sestavljajo Siva snov... Procesi, organizirani v svežnje v skladu z funkcionalni namen, Je bela snov.
Razmerje nevronov in glije pri ljudeh je 1:10.
Vrste procesov:
- 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 zbirka 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, v celici so negativno nabiti ioni, zunaj pa pozitivno nabiti. Posledično na lupini nastane napetostna razlika. To je možnost za počitek. Ko pozitivno nabiti ioni vstopijo v notranjost, se pojavi akcijski potencial - živčni impulz.
Ravnovesje celic 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, povezane 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 električne sinapse:
- 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 spominske sledi, njihovi sklopi pa tvorijo engrame - "zapise". Nevralni mehanizem je naslednji: določeni impulzi večkrat preidejo skozi verigo, nastanejo strukturne in biokemične spremembe v sinapsah. 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 v 4. mesecu intrauterinega življenja z evolucijsko »starejšimi« možganskimi strukturami, ki so odgovorne za senzorične in motorične funkcije. V sistemih, ki nadzorujejo skeletne mišice - tik pred rojstvom dojenčka 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 povzročajo škodljiv učinek na možganih. Primerjamo ga lahko s prometno nesrečo: trčenje pri nizki hitrosti bo povzročilo manj škode kot pri visoki hitrosti. Torej tudi tukaj - poseg v aktivni proces zorenja lahko povzroči ogromno škodo in povzroči žalostne posledice - cerebralno paralizo, duševno zaostalost ali duševno zaostalost.
Stabilizacija psihofizioloških značilnosti posameznika se pojavi v starosti 20-25 let.
Razvoj posamezne živčne celice se začne s tvorbo, ki ima specifično električno aktivnost. Njegovi procesi, ki se raztezajo, prodrejo v okoliška tkiva in vzpostavijo sinaptične stike. Tako pride do inervacije (nadzora) vseh organov in sistemov telesa. Ta proces nadzoruje več kot polovica človeških genov.
Celice se združujejo v posebne med seboj povezane strukture - nevronske mreže, ki opravljajo določene funkcije.
Ena od znanstvenih predpostavk je, 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 specifično 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
Tu se zbližajo poti iz detektorjev celic, kratkoročnih in dolgotrajni spomin in odločitev se sprejme 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 (to vključuje presnovo, nadzor notranjih organov, dihanje, srčni utrip - vse, kar se zgodi brez zavestnega nadzora) so zunaj možganov.
Vmesno
Imenujejo jih tudi kontaktne ali vstavne celice – 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 s posebnim orodjem jemala hrano iz napajalnika. Ko je znanstvenica storila enako, se je pokazalo, da se pri poskusnem posamezniku aktivirajo določeni deli skorje, kot da bi to storila sama.
Empatija, socialne veščine, učenje, ponavljanje, posnemanje temeljijo na delu zrcalnih nevronov. Zmožnost napovedovanja velja tudi za te celice.
Znanstveniki so ugotovili, da je jasno predstavljati in narediti skoraj isto. 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 slikati, sprva že ponavljamo obstoječih načinov, torej posnemamo. In potem na podlagi te izkušnje nastanejo izvirna dela.
Nevroni novosti in identitete
Nevroni novosti so bili prvič odkriti pri preučevanju žab, nato pa so jih našli pri ljudeh. Te celice se prenehajo odzivati na ponavljajoče se dražljaje. Sprememba signala, nasprotno, izzove njihovo aktiviranje.
Identitetne celice zaznajo ponavljajoč se signal, ki omogoča oddajanje predhodno uporabljenega odziva, včasih celo pred dražljajem - ekstrapolarni odziv.
Njihovo kombinirano delovanje poudarja novost, slabi vpliv običajnih dražljajev in optimizira čas za oblikovanje odzivnega vedenja.
Bolezni, povezane z okvarami živčnega tkiva
Številne zdravstvene motnje so lahko podprte različne kršitve nevronske povezave možganov.
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. Pojavi se strah. Zaščitna reakcija je zaklepanje vase.
Parkinsonova bolezen
Vzrok motnje motorične funkcije pri tej bolezni je poškodba in smrt nevronov, ki proizvajajo dopamin.
Alzheimerjeva bolezen
Eden od možnih razlogov je zmanjšanje proizvodnje nevrotransmiterja acetilholina. Druga možnost je kopičenje v živčnem tkivu amiloidnih plakov- patološki proteinski plak.
shizofrenija
Ena teorija pravi, da pride do prekinitve komunikacije med možganskimi celicami shizofrenika. Študije so pokazale, da geni, ki so odgovorni za sproščanje nevrotransmiterjev v sinapsah, pri takšnih ljudeh ne delujejo pravilno. Druga različica je prekomerna proizvodnja dopamina. Tretja teorija nastanka bolezni je zmanjšanje hitrosti prenosa živčnih impulzov zaradi poškodbe mielinskih ovojnic.
Nevrodegenerativne bolezni (povezane s smrtjo nevronov) se občutijo, ko večina celic odmre, zato se zdravljenje začne v kasnejših fazah. Oseba je videti zdrava, ni znakov bolezni, nevaren proces pa se je že začel. To je posledica dejstva, da so človeški možgani zelo prožni in imajo močne kompenzacijske mehanizme. Primer: ko nevroni, ki proizvajajo dopamin, umrejo, nastanejo preostale celice velika količina snovi. Poveča se tudi občutljivost celic, ki sprejemajo signal na nevrotransmiter. Ti procesi nekaj časa preprečujejo, da bi se simptomi bolezni manifestirali.
Za bolezni, ki jih povzročajo kromosomske nepravilnosti (Downov sindrom, Williamsov sindrom), patološke vrsteživčne celice.