Как нейрон осуществляет передачу информации
Человеку, не искушенному медицинскими и научными терминами, вряд ли придётся вспоминать, что такое нейрон. Это понятие осталось где-то на затворках памяти ещё со школьного курса биологии.
Но если возникло желание или необходимость разобраться в тонком искусстве головного мозга – изучим строение нервных клеток организма поподробнее.
Общая информация
Говоря кратко, это – единица составляющей нервной системы. Как есть тысячи маленьких деталей в огромном механизме, так и неисчисляемое (буквально, ученые высчитывают около десяти единиц в одиннадцатой степени) количество нейронов находится и в человеческой нервной системе. И каждая клетка отвечает за получение информации, её переработку, переадресацию другим «собратьям», сохранение в памяти организма.
В головном мозге сосредоточенно примерно 86 миллиардов от общего количества.
Всё достаточно просто: вы щёлкнули выключатель, за доли секунды ток пробежал по проводам до лампочки, и свет загорелся. Аналогично произошла реакция нервных окончаний в организме: вы дотронулись до выключателя, и за пару мгновений мозг уже знает, что выключатель слегка шершавый и комнатной температуры. Вот и вся «магия» нервов.
Как устроен
Каждая клетка по своей составляющей напоминает примитивный одноклеточный организм. По форме различают огромное количество разновидностей: зернистые, пирамидные, неправильные. Есть и звездчатые, сферические, грушевидные, веретеновидные. Размерный диапазон тела нейрона также существенно большой. Существуют как маленькие (от 5 микрометров) клетки вида зернистой формы, так и огромные (120-150 микрометров) пирамидовидные окончания.
Внутри клетки находится основополагающая частица – ядро, окруженная ядерными порами, и цитоплазма (всё вместе — протоплазма) – главная отвечающая за все импульсы нейрона. Именно в ядре располагается генетическая информация. В цитоплазме также находятся органеллы (микроэлементы, отвечающие за работоспособность элемента); электронный парамагнитный резонанс; рибосома, которая, как и ядро, не играет активной функции в клетке, но поддерживает её жизнедеятельность; митохондрии, и выводящий из микроорганизма синтезируемые вещества аппарат Гольджи. Снаружи она окружена двойным защитным слоем, состоящим из липидов (жиров).
Помимо защитной функции, оболочка позволяет клетке питаться липидорастворимыми веществами. Примечательно, что некоторые диетологи часто игнорируют эту информацию, прописывая пациентам рацион питания, который максимально исключает жиры. А ведь именно они питают мозг (точнее, нейроны в мозгу) и позволяют ему слаженно функционировать.
Особое внимание уделяется дендритам и аксонам– специфическим отросткам на теле нейрона. Они и отвечают за получение и отдачу информации.
Через этот аксон и проходит возбуждающий сигнал по эфферентному импульсному направлению. В месте, где аксон отходит от самого тела микроорганизма, находится аксонный холмик – это и есть место возникновения возбуждения. Эту зону также называют триггерной (от англ. Trigger – приводящий в действие). Несмотря на существование коротких аксонов, чаще всего нейроны имеют длинные отростки. Самый продолжительный, почти метровый (0,91м) аксон находится в нижней части позвоночника и длится аж до большого пальца ноги.
Дендритов на теле нейрона намного больше, так как они отвечают за получение информации в ядро клетки. При принятии сигнала действует уже афферентное импульсное направление. Нейрону необходимо достаточно большое количество дендритов для получения наиболее развернутой информации из внешней среды и от остальных клеток, иначе работа нейронной сети будет неполноценной. По виду эти отростки намного короче аксонов и имеют большое число разветвлений.
Место, где происходит непосредственное слияние дендритов и аксонов, а также нейронов с другими «собратьями» принято называть синапсом. Синапсы способны активизировать клетки, то есть вызвать сильное возбуждение нервных окончаний (в биологии это понятие деполяризации) и противоположное первому действию – практически полностью отключить их, привезти к торможению (иначе – к гиперполяризации). Но для этого недостаточно работы только одного синапса. Возбудить нейрон могут лишь сразу несколько задействованных соединений. За это отвечают терминальные ветви – образования на кончиках аксонов.
Для того, чтобы передать нужную информацию, в теле нейронов действуют химически активные вещества, называемые нейромедиаторами. Находятся они в мембранных пузырьках – везикулах нейрона. Нейротрансмиттер (другое название нейромедиатора) позволяет высвободиться подошедшему к синапсу потенциалу, стремящемуся к другому нейрону или клеткам организма. Несмотря на огромное количество функций, нейромедиаторы достаточно разделить на:
- Ингибирующие. Отвечают за нейтрализацию действия в клетке;
- Возбуждающие. Отвечают за выработку возможного потенциала в нервных окончаниях.
Но есть нейромедиаторы, относящие как к подавляющим, так и к возбуждающим, в зависимости от типа нейронных рецепторов. К ним относятся дофамин (или допамин), отвечающий за выработку приятных чувств и ощущений, и ацетилхолин, при помощи которого работают мышечные сокращения, память и способность к усвоению полученной информации. Именно его отсутствие приводит к болезни Альцгеймера. Ещё одним важным веществом в организме является эндорфин, который организм высвобождает в случае страха, либо травмы. По своей силе он превосходит даже эффект от морфия.
Процесс формирования
Тема регенерации нервных клеток до сих пор остается дискуссионной среди ученых. Большинство придерживается аксиомы, что нейроны приобретаются человеком только при рождении (неспроста их уже тогда насчитывается несколько миллиардов) и умирают на протяжении всей жизни. Поэтому важно беречь свою нервную систему и не поддаваться постоянным стрессам. Именно это в старости может привести к различным расстройствам центральной нервной системы.
Если рассматривать способность мозга восстанавливать и воссоздавать нервные клетки возможным – то такой процесс будет называться нейрогенезом. Несмотря на то, что принято считать зарождение нейронов единоразовым этапом ещё внутри утроба матери, некоторые ученые придерживаются вполне обоснованного мнения, что определенные участки мозга способны создавать нервные окончания в младенческом возрасте человека. Но, помимо этого, в 90х годах прошлого столетия был проведен эксперимент, вследствие которого выяснилось, что гиппокамп (часть головного мозга, отвечающая за способность к обучению, запоминанию и воспроизведению эмоций) способен генерировать новые нейроны на протяжении всей жизни. Такое открытие оказалось колоссально важным, ведь благодаря ему ученым открылся путь к изучению лечений дегенеративных недугов, таких как болезнь Паркинсона или Альцгеймера.
Основные функции
Как уже было сказано ранее, главной функцией нервных окончаний является получение, переработка, сохранение и отдача информации. Каждая группа микроорганизмов отвечает за определенные задачи в зависимости от их вида. Некоторые нейроны отвечают за восприятие раздражителей из внешней и внутренней среды и передачу информации в центральную нервную систему. После получения, уже другая группа нейронов в ЦНС обрабатывает полученный «запрос»: анализирует его в отделах головного и спинного мозга. После полного изучения, обратно отправляется ответ на первоначальный раздражитель при помощи уже третьей специализированной группы. Вся «транспортировка» данных происходит благодаря электрическим импульсам. Именно они осуществляют коммуникацию рецепторов.
Инстинкт самосохранения тоже можно присвоить нейронным импульсам. Дотрагиваясь, например, до слишком горячего объекта, человек невольно одёргивает конечность, так как чувствует чрезмерное тепло. За «невольное» одёргивание и отвечают нервные окончания, моментально получающие информацию о горячем объекте-раздражителе на теле, центральная нервная система обрабатывает полученные знания и отправляет ответ «опасно для целостности кожного покрова, устранить причину» через терминальные ветви. И – вуаля – конечность спасена.
Описание видов
Изучив функционирование нервных клеток, можно разобраться, какие из них отвечают за определенные реакционные действия организма.
Группы нейронных клеток главным образом делят на:
- афферентные (Также называются рецепторными, чувствительными, либо сенсорными). К ним относят клетки органов осязания, обоняния, зрения – всех органов чувств, и нейроны с дендритами, имеющими незаполненные окончания. Они передают возбуждение в ЦНС от рецепторов;
- эфферентные (иначе: моторные, эффекторные, а также двигательные). В их числе предпоследние нервные клетки – неультиматные, и считающиеся конечными – ультиматные. Они, наоборот, исходят из ЦНС ко всевозможным органам;
- промежуточные (вставочные, контактные, либо ассоциативные). Этот тип нейронов позволяет в равной степени осуществиться связям между различными эфферентными нервными клетками с афферентными. Главным образом, это головной мозг;
- секреторные – ими генерируются особо важные нейрогормоны. Хорошо развитым здесь принято считать комплекс Гольджи, а на самих кончиках аксона находится аксо-вазальный (связанный с кровеносной системой) синапс.
Ещё несколько, а точнее пять разновидностей нейронов стоит выделить вследствие разного количества выводящих в ЦНС и исходящих от него путей:
- безаксонные – этот вид ученые обнаружили в отсеках спинного мозга и околопозвоночных сплетениях нейронов с отсутствующими эфферентными отростками. В этих частях организма он чаще всего и находится;
- униполярные – особенностью этих нервных клеток будет наличие только одного уносящего отростка, либо приносящего. Основное их месторасположение — ганглии тройничного нерва, отвечающие за секрецию (например, слезы) и движение некоторых мышц лица;
- биполярные – с одним афферентным или эфферентным отростком. Находятся на сетчатке глаза;
- мультиполярные – Эти клетки особенно обильно распространены в головном мозге. Особенностью является наличие всего одного эфферентного и нескольких афферентных отростков;
- псевдоуниполярные – имеет всего один отросток до отхождения от клетки, а после делится подобно букве «т». Как и безаксонный, такой тип располагается в околопозвоночных сплетениях.
Но и без такой необходимости всегда интересно изучить, как устроен человеческий организм и что именно отвечает за те или иные его действия.
Источник
Нейрон и его регуляторная роль. Способы передачи информации от нейрона.
Нейрон- нервная клетка, основная функциональная и структурная единица нервной системы; принимает сигналы, поступающие от рецепторов. Нейрон перерабатывает их и в форме нервных импульсов передаёт к эффекторным нервным окончаниям, контролирующим деятельность исполнительных органов. Для восприятия информации развились ветвящиеся отростки — дендриты, обладающие избирательной чувствительностью к определённым сигналам.Процессы местного возбуждения и торможения с рецепторной мембраны, суммируясь, воздействуют на триггерную (пусковую) область — наиболее возбудимый участок поверхностной мембраны нейрона, служащий местом возникновения распространяющихся биоэлектрических потенциалов. Для их передачи служит длинный отросток — аксон. Достигнув концевых участков аксона, импульс нервный возбуждает секреторную мембрану, вследствие чего из нервных окончаний секретируется физиологически активное вещество — медиатор или нейрогормон. Сложность и многообразие функций нервной системы определяются взаимодействием между нейронами, которое, в свою очередь, представляют собой набор различных сигналов, передаваемых в рамках взаимодействия нейронов с другими нейронами или мышцами и железами. Сигналы испускаются и распространяются с помощью ионов, генерирующих электрический заряд, который движется вдоль нейрона. Передача информации в мозг при восприятии звука, прикосновения, запаха или зрительного образа требует последовательного вовлечения нейрона за нейроном, так же как и при выполнении простого произвольного движения.Информация от клетки к клетке передается через синапсы. Анализатор– совокупность центральных и периферических образований, воспринимающих и анализирующих изменения окружающей среды и внутренней среды организма. Периферический отдел анализатора представлен рецепторами . Рецепторы улавливают изменения показателей текущего состояния, а затем проводят первичный анализ информации: сравнивают полученные значения с генетически запрограммированными. Полученная информация через проводниковое звено анализатора посредством нервной, гормональной, метаболической систем регуляции передается в центры головного мозга отвечающие за сознание. Информация анализируется, после чего вырабатывается управляющий сигнал, поступающий посредством нервных, гормональных, метаболических механизмов к эффекторам. Эффекторы под влиянием управляющего воздействия корригируют параметры текущего состояния, подстраивая их до нормальных значений, что фиксируется рецепторами. В ответ на раздражение в рецепторах кодируется качественная характеристика раздражителя, сила, время и локализация его действия, а также месторасположение источника воздействия в окружающем пространстве. В проводниковом отделе анализатора при передаче сигнала от одного нейрона к другому происходит смена информационного кода. Таким образом, информация о внешнем стимуле многократно кодируется и перекодируется, пока сигнал возбуждения не достигнет центрального отдела анализатора. Отметим, что смысловое значение передаваемого сигнала обычно остается прежним, и лишь при определенных негативных обстоятельствах содержание информации может искажаться. Для каждого раздражителя эволюция нашла свой оптимальный способ передачи информации. Для многих нервных волокон была установлена логарифмическая зависимость между интенсивностью раздражителя и частотой вызываемых им вынужденных колебаний. В процессе передачи информации могут принимать участие одновременно множество рецепторов и нервных волокон . Ансамбль нейронов – это группа нейронов, имеющая общий для них раздражитель. Д. Хебб высказал предположение, что информация передается исключительно через возбуждение группы нейронов, он предложил рассматривать ансамбль нейронов в качестве основного способа кодирования и передачи информации. Такой способ передачи информации вполне надежен, так как не зависит от состояния одного нейрона. Нейроны — специализированные клетки, способные принимать, обрабатывать, кодировать, передавать и хранить информацию, организовывать реакции на раздражения, устанавливать контакты с другими нейронами, клетками органов. Уникальными особенностями нейрона являются способность генерировать электрические разряды и передавать информацию.
Способы: 1. Синаптическая передача 2.ИЭА
Действие медиатора на постсинаптическую мембрану заключается в повышении ее проницаемости для ионов натрия Возникновение потока ионов Иа + из синаптической щели через постсинаптическую мембрану ведет к ее деполяризации и вызывает генерацию возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП).
Считается, что переносчиком инф-ции яв-ся ПД, однако это не так (ПД один, инф-я различна, работает по з-ну все или ничего, скоросьт невысокая 30-120млс, не обладает св-вом быстродействия, не объясняет явление биорадиосвязи). Все это объясняет ИЭА-колебания м-ны нейронов (2,5мв-амплитуда, когда ПД 120 мв). Частоты от 0,3 до 70 имп/сек.(часто реагирует на состояние орг-мя: 10-12имп/с-норма, до 4-адаптация). Может распространяться на расстояния от мкм до км. Энергетика не завист от митохондр.акт-ти. Высок скорость. ИЭА возникает благодаря О2 и АФК- обеспечивают возн-ние ИЭзарядов, создают электрон-возбужденное состояние(ЭВС). При переходе О2 до ОН (одноэлектронный путь вос-ния О2 образуется 8 эВ(160ккал-16м-л АТФ). АФК вызывают открытие-закрытие м-н. Низк конц-я АФК-ад-ция, высок-патология. ЭВС сопровождаются акустическими импульсами.
35. Главные направления эволюции филогенетических групп-арогенез и аллогенез.Изучен особенностей развит отдельных стволов филогенетич древа показывает существован 2 главных направлений эволюции: 1)аллогенез – развитее группы внутри одной адаптивной зоны с возникновен близких форм, различающ-ся адаптациями одного масштаба; 2)арогенез – развитие группы с существ расширением адаптивной зоны и с выходом в др природн зоны. При выделении аллогенеза как типа развития группы принципиален не его масштаб, а хар-р развития дочерних филогенетич групп; в случае аллогенеза они различаются адаптациями одного и того же уровня, определяющ специализац в данной адаптивной зоне или ее части. Такие адаптации наз идиоадаптацией или алломорфозом. Аллогенез связан с специализацией каждой из филогенетич форм к каким-то определенным условиям внутри адаптивной зоны. Специализация – это крайний вариант аллогенеза, связан с приспособлен группы к очень узким условиям существован (сужение адаптивной зоны). Крупные, принципиальн адаптации, приводящие группу на путь арогенеза, наз ароморфозом. Прогресс – это лучшее, а не простое новое. К прогрессивн изменениям относятся возникновен полового процесса, многоклеточность, дифференциация нервной сис-мы, фотосинтез. Относительность – главная хар-ка прогрессивн изменений. Энгельс указывал, что «основн закон всякого прогресса в его относительности». Успех конкретного вида в борьбе за сущест-ние чаще всего выражается увеличением численности особей в популяциях, числа популяций, расширением ареала вида. Эти особенности и харак-ют биологич прогресс. Билогич прогресс достигается как усложнением, так и упрощением организации. Северцов показал конкретные пути достижения биологич прогресса посредством таких морфофизиологич изменений как ароморфоз, идиадаптация, общая дегенерация. Увеличен численности вида нельзя рассматривать как абсолютный критерий биологич прогресса. Увеличен числа особей любых видов должно иметь какую-то величину, ограничен хотя бы пространством Земли. Важным критерием биологич прогресса оказывается число дочерних форм, образовавшихся из родоначальных групп. Биологич прогресс отражает успех групп в борьбе за сущест-ние. Успех м/т достигаться упрощением и усложнением организации.
Источник
