Ľudské telo je pomerne zložitý a vyvážený systém, ktorý funguje v súlade s jasnými pravidlami. Navyše sa navonok zdá, že všetko je celkom jednoduché, ale v skutočnosti je naše telo úžasnou interakciou každej bunky a orgánu. Celý tento „orchester“ vedie nervový systém pozostávajúci z neurónov. Dnes vám povieme, čo sú neuróny a aké dôležité sú v ľudskom tele. Veď sú zodpovední za naše duševné a fyzické zdravie.

Každý študent vie, že nám vládne náš mozog a nervový systém. Tieto dva bloky nášho tela predstavujú bunky, z ktorých každá sa nazýva nervový neurón. Tieto bunky sú zodpovedné za príjem a prenos impulzov z neurónu do neurónu a iných buniek ľudských orgánov.

Pre lepšie pochopenie toho, čo sú neuróny, môžu byť reprezentované ako najdôležitejší prvok nervového systému, ktorý plní nielen vodiacu úlohu, ale aj funkčnú. Prekvapivo až doteraz neurofyziológovia pokračujú v štúdiu neurónov a ich práce pri prenose informácií. Samozrejme, vo svojom vedeckom bádaní dosiahli veľké úspechy a podarilo sa im odhaliť mnohé tajomstvá nášho tela, no stále nedokážu raz a navždy odpovedať na otázku, čo sú neuróny.

Nervové bunky: vlastnosti

Neuróny sú bunky a sú v mnohom podobné svojim ostatným „bratom“, ktorí tvoria naše telo. Ale majú množstvo funkcií. Vďaka svojej štruktúre takéto bunky v ľudskom tele po spojení vytvárajú nervové centrum.

Neurón má jadro a je obklopený ochranným plášťom. Vďaka tomu súvisí so všetkými ostatnými bunkami, ale tým sa podobnosť končí. Vďaka ďalším vlastnostiam nervovej bunky je skutočne jedinečná:

• Neuróny sa nedelia

Neuróny mozgu (mozog a miecha) sa nedelia. To je prekvapujúce, ale prestávajú sa vyvíjať takmer okamžite po ich objavení. Vedci sa domnievajú, že určitá prekurzorová bunka dokončí delenie ešte pred úplným vývojom neurónu. V budúcnosti zvyšuje iba spojenia, ale nie jeho množstvo v tele. S týmto faktom sú spojené mnohé ochorenia mozgu a centrálneho nervového systému. S vekom časť neurónov odumiera a zvyšné bunky v dôsledku nízkej aktivity samotného človeka nedokážu nadviazať spojenia a nahradiť svojich „bratov“. To všetko vedie k nerovnováhe v tele a v niektorých prípadoch k smrti.

• Nervové bunky prenášajú informácie

Neuróny môžu prenášať a prijímať informácie pomocou procesov - dendritov a axónov. Dokážu pomocou chemických reakcií vnímať určité údaje a premieňať ich na elektrický impulz, ktorý cez synapsie (spojenia) prechádza do požadovaných buniek tela.

Vedci dokázali jedinečnosť nervových buniek, no v skutočnosti dnes vedia o neurónoch len 20 % z toho, čo v skutočnosti skrývajú. Potenciál neurónov ešte nebol odhalený, vo vedeckom svete existuje názor, že odhalenie jedného tajomstva fungovania nervových buniek sa stáva začiatkom ďalšieho tajomstva. A zdá sa, že tento proces je nekonečný.

Koľko neurónov je v tele?

Táto informácia nie je s určitosťou známa, ale neurofyziológovia predpokladajú, že v ľudskom tele je viac ako sto miliárd nervových buniek. Jedna bunka má zároveň schopnosť vytvárať až desaťtisíc synapsií, čo vám umožňuje rýchlo a efektívne komunikovať s inými bunkami a neurónmi.

Štruktúra neurónov

Každá nervová bunka má tri časti:

• neurónové telo (soma);
• dendrity;
• axóny.

Stále nie je známe, ktorý z procesov sa v bunkovom tele rozvinie ako prvý, ale rozdelenie zodpovedností medzi nimi je celkom zrejmé. Proces axónových neurónov sa zvyčajne tvorí v jednej kópii, ale môže tam byť veľa dendritov. Ich počet niekedy dosahuje niekoľko stoviek, čím viac dendritov má nervová bunka, tým viac buniek sa s ňou môže spájať. Rozsiahla sieť pobočiek navyše umožňuje preniesť množstvo informácií v čo najkratšom čase.

Vedci sa domnievajú, že pred tvorbou procesov sa neurón usadí v celom tele a od okamihu, keď sa objavia, je už na jednom mieste bez zmeny.

Prenos informácií nervovými bunkami

Aby sme pochopili, aké dôležité sú neuróny, je potrebné pochopiť, ako vykonávajú svoju funkciu prenosu informácií. Neurónové impulzy sa môžu pohybovať v chemickej a elektrickej forme. Proces dendritu neurónu prijíma informáciu ako stimul a prenáša ju do tela neurónu, axón ju prenáša ako elektronický impulz do iných buniek. Dendrity iného neurónu vnímajú elektronický impulz okamžite alebo pomocou neurotransmiterov (chemických vysielačov). Neurotransmitery sú zachytené neurónmi a potom použité ako ich vlastné.

Typy neurónov podľa počtu procesov

Vedci, ktorí pozorujú prácu nervových buniek, vyvinuli niekoľko typov ich klasifikácie. Jeden z nich rozdeľuje neuróny podľa počtu procesov:

• unipolárne;
• pseudo-unipolárne;
• bipolárny;
• multipolárny;
• bez axónov.

Klasický neurón je považovaný za multipolárny, má jeden krátky axón a sieť dendritov. Najslabšie prebádané sú neaxónové nervové bunky, vedci poznajú len ich umiestnenie – miechu.

Reflexný oblúk: definícia a stručný popis

V neurofyzike existuje taký termín ako "reflexné oblúkové neuróny". Bez nej je dosť ťažké získať úplný obraz o práci a význame nervových buniek. Podnety, ktoré ovplyvňujú nervový systém, sa nazývajú reflexy. Toto je hlavná činnosť nášho centrálneho nervového systému, vykonáva sa pomocou reflexného oblúka. Môže byť reprezentovaný ako druh cesty, po ktorej impulz prechádza z neurónu k realizácii akcie (reflex).

Túto cestu možno rozdeliť do niekoľkých etáp:

• vnímanie podráždenia dendritmi;
• prenos impulzov do tela bunky;
• transformácia informácie na elektrický impulz;
• prenos impulzu do tela;
• zmena činnosti orgánu (fyzická reakcia na podnet).

Reflexné oblúky môžu byť rôzne a pozostávajú z niekoľkých neurónov. Napríklad jednoduchý reflexný oblúk je vytvorený z dvoch nervových buniek. Jeden z nich prijíma informácie a druhý núti ľudské orgány vykonávať určité činnosti. Zvyčajne sa takéto akcie nazývajú nepodmienený reflex. Vyskytuje sa pri zásahu človeka napríklad do kolennej jamky a pri dotyku s horúcim povrchom.

V podstate jednoduchý reflexný oblúk vedie impulzy cez procesy miechy, zložitý reflexný oblúk vedie impulz priamo do mozgu, ktorý ho naopak spracuje a môže uložiť. Neskôr, po prijatí podobného impulzu, mozog vyšle potrebný príkaz orgánom, aby vykonali určitý súbor akcií.

Klasifikácia neurónov podľa funkčnosti

Neuróny možno klasifikovať podľa zamýšľaného účelu, pretože každá skupina nervových buniek je určená na určité akcie. Typy neurónov sú prezentované nasledovne:

1. citlivý

Tieto nervové bunky sú navrhnuté tak, aby vnímali podráždenie a transformovali ho na impulz, ktorý je presmerovaný do mozgu.

Vnímajú informácie a prenášajú impulz do svalov, ktoré uvádzajú do pohybu časti tela a ľudské orgány.

3. Vkladanie

Tieto neuróny vykonávajú komplexnú prácu, sú v strede reťazca medzi senzorickými a motorickými nervovými bunkami. Takéto neuróny prijímajú informácie, vykonávajú predbežné spracovanie a vysielajú impulzný príkaz.

4. Tajomstvo

Sekrečné nervové bunky syntetizujú neurohormóny a majú špeciálnu štruktúru s veľkým počtom membránových vakov.

Motorické neuróny: charakteristické

Eferentné neuróny (motorické) majú štruktúru identickú s ostatnými nervovými bunkami. Ich sieť dendritov je najviac rozvetvená a axóny siahajú až k svalovým vláknam. Spôsobujú stiahnutie a narovnanie svalu. Najdlhší v ľudskom tele je práve axón motorického neurónu, ktorý smeruje k palcu na nohe z bedrovej oblasti. V priemere je jeho dĺžka asi jeden meter.

Takmer všetky eferentné neuróny sa nachádzajú v mieche, pretože je zodpovedná za väčšinu našich nevedomých pohybov. To platí nielen pre nepodmienené reflexy (napríklad žmurkanie), ale aj pre akékoľvek akcie, na ktoré nemyslíme. Keď sa pozeráme na objekt, mozog vysiela impulzy do zrakového nervu. Ale pohyb očnej gule doľava a doprava sa vykonáva pomocou príkazov miechy, sú to nevedomé pohyby. Takže ako starneme, ako sa zvyšuje množstvo nevedomých zvyčajných akcií, dôležitosť motorických neurónov sa vidí v novom svetle.

Typy motorických neurónov

Na druhej strane eferentné bunky majú určitú klasifikáciu. Sú rozdelené do nasledujúcich dvoch typov:

• a-motoneuróny;
• y-motorické neuróny.

Prvý typ neurónu má hustejšiu štruktúru vlákien a pripája sa k rôznym svalovým vláknam. Jeden takýto neurón môže využívať iný počet svalov.

Y-motoneuróny sú o niečo slabšie ako ich „bratia“, nedokážu využívať viacero svalových vlákien súčasne a sú zodpovedné za svalové napätie. Dá sa povedať, že oba typy neurónov sú riadiacim orgánom motorickej aktivity.

Aké svaly sú pripojené k motorickým neurónom?

Axóny neurónov sú spojené s niekoľkými typmi svalov (sú to robotníci), ktoré sú klasifikované ako:

• zviera;
• vegetatívny.

Prvú skupinu svalov predstavujú kostrové svaly a druhá patrí do kategórie hladkých svalov. Rozdielne sú aj spôsoby uchytenia na svalové vlákno. Kostrové svaly v mieste kontaktu s neurónmi tvoria akési plaky. Autonómne neuróny komunikujú s hladkým svalstvom cez malé opuchy alebo vezikuly.

Záver

Je nemožné si predstaviť, ako by naše telo fungovalo bez nervových buniek. Každú sekundu vykonávajú neuveriteľne zložitú prácu, sú zodpovední za náš emocionálny stav, chuťové preferencie a fyzickú aktivitu. Neuróny zatiaľ mnohé zo svojich tajomstiev neodhalili. Koniec koncov, aj tá najjednoduchšia teória o neobnovení neurónov spôsobuje medzi niektorými vedcami veľa kontroverzií a otázok. Sú pripravení dokázať, že v niektorých prípadoch sú nervové bunky schopné nielen vytvárať nové spojenia, ale aj reprodukovať sa. Samozrejme, je to zatiaľ len teória, ale môže sa ukázať, že je životaschopná.

Práca na štúdiu fungovania centrálneho nervového systému je mimoriadne dôležitá. Vďaka objavom v tejto oblasti budú totiž lekárnici schopní vyvinúť nové lieky na aktiváciu mozgovej činnosti a psychiatri lepšie pochopia podstatu mnohých chorôb, ktoré sa dnes zdajú byť nevyliečiteľné.

Nervový systém je najzložitejšia a málo prebádaná časť nášho tela. Skladá sa zo 100 miliárd buniek – neurónov, a gliových buniek, ktorých je asi 30-krát viac. V súčasnosti sa vedcom podarilo študovať iba 5% nervových buniek. Všetko ostatné je stále záhadou, ktorú sa lekári snažia vyriešiť akýmikoľvek prostriedkami.

Neurón: štruktúra a funkcie

Neurón je hlavným štrukturálnym prvkom nervového systému, ktorý sa vyvinul z neurorefektorových buniek. Funkciou nervových buniek je reagovať na podnety kontrakciou. Ide o bunky, ktoré sú schopné prenášať informácie pomocou elektrického impulzu, chemických a mechanických prostriedkov.

Na vykonávanie funkcií sú neuróny motorické, senzorické a stredné. Senzorické nervové bunky prenášajú informácie z receptorov do mozgu, motorických buniek - do svalových tkanív. Medziľahlé neuróny sú schopné vykonávať obe funkcie.

Anatomicky sa neuróny skladajú z tela a dvoch typov procesov - axónov a dendritov. Dendritov je často niekoľko, ich funkciou je zachytávať signál z iných neurónov a vytvárať spojenia medzi neurónmi. Axóny sú navrhnuté tak, aby prenášali rovnaký signál do iných nervových buniek. Vonku sú neuróny pokryté špeciálnou membránou, vyrobenou zo špeciálneho proteínu - myelínu. Je náchylný na sebaobnovu počas celého ľudského života.

Ako to vyzerá prenos rovnakého nervového vzruchu? Predstavme si, že položíte ruku na rozpálenú rukoväť panvice. V tom momente reagujú receptory umiestnené v svalovom tkanive prstov. Pomocou impulzov posielajú informácie do hlavného mozgu. Tam sa informácia „strávi“ a vytvorí sa odozva, ktorá sa pošle späť do svalov, subjektívne sa prejaví pálením.

Neuróny, zotavujú sa?

Aj v detstve nám mama hovorila: starajte sa o nervový systém, bunky sa nezotavujú. Potom takáto fráza znela akosi desivo. Ak sa bunky neobnovia, čo robiť? Ako sa chrániť pred ich smrťou? Na takéto otázky by mala odpovedať moderná veda. Vo všeobecnosti nie je všetko také zlé a desivé. Celé telo má veľkú schopnosť obnovy, prečo nemôžu nervové bunky. Vskutku, po traumatických poraneniach mozgu, mozgových príhodách, keď dôjde k výraznému poškodeniu mozgového tkaniva, nejakým spôsobom získa späť svoje stratené funkcie. V dôsledku toho sa niečo deje v nervových bunkách.

Už pri počatí je v tele „naprogramovaná“ smrť nervových buniek. Niektoré štúdie hovoria o smrti 1 % neurónov ročne. V tomto prípade by sa za 20 rokov mozog opotreboval, až by bolo pre človeka nemožné robiť tie najjednoduchšie veci. Ale to sa nestane a mozog je schopný plne fungovať v starobe.

Najprv vedci vykonali štúdiu obnovy nervových buniek u zvierat. Po poškodení mozgu u cicavcov sa ukázalo, že existujúce nervové bunky sa rozdelili na polovicu a vytvorili sa dva plnohodnotné neuróny, v dôsledku čoho sa obnovili funkcie mozgu. Je pravda, že takéto schopnosti sa našli iba u mladých zvierat. Rast buniek u starých cicavcov nenastal. Neskôr sa uskutočnili experimenty na myšiach, boli vypustené do veľkého mesta, čím ich prinútili hľadať cestu von. A všimli si zaujímavú vec, počet nervových buniek u pokusných myší sa zvýšil, na rozdiel od tých, ktoré žili za normálnych podmienok.

vo všetkých telesných tkanivách, oprava prebieha delením existujúcich buniek. Po vykonaní výskumu neurónu lekári pevne uviedli: nervová bunka sa nedelí. To však nič neznamená. Nové bunky sa môžu tvoriť neurogenézou, ktorá začína v prenatálnom období a pokračuje počas celého života. Neurogenéza je syntéza nových nervových buniek z prekurzorov – kmeňových buniek, ktoré následne migrujú, diferencujú sa a menia sa na zrelé neuróny. Prvá správa o takejto obnove nervových buniek sa objavila v roku 1962. Nebolo to ale ničím podložené, takže to bolo jedno.

Asi pred dvadsiatimi rokmi to ukázal nový výskum neurogenéza existuje v mozgu. U vtákov, ktoré začali na jar veľa spievať, sa počet nervových buniek zdvojnásobil. Po skončení obdobia spevu sa počet neurónov opäť znížil. Neskôr sa ukázalo, že neurogenéza môže nastať len v niektorých častiach mozgu. Jednou z nich je oblasť okolo komôr. Druhým je hipokampus, ktorý sa nachádza v blízkosti laterálnej komory mozgu a je zodpovedný za pamäť, myslenie a emócie. Preto sa schopnosť zapamätať si a reflektovať, meniť počas života, vplyvom rôznych faktorov.

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného, ​​hoci mozog ešte nie je na 95% preštudovaný, existuje dostatok faktov, ktoré potvrdzujú, že nervové bunky sú obnovené.

S mojou víziou, ako funguje mozog a aké sú možné spôsoby vytvorenia umelej inteligencie. Odvtedy sa dosiahol významný pokrok. Niečo sa ukázalo byť hlbšie pochopené, niečo bolo simulované na počítači. Čo je pekné, na práci na projekte sa aktívne podieľajú ľudia s podobným zmýšľaním.

V tejto sérii článkov sa plánuje hovoriť o koncepte inteligencie, na ktorom v súčasnosti pracujeme, a demonštrovať niektoré riešenia, ktoré sú zásadne nové v oblasti modelovania mozgu. Ale aby bolo rozprávanie zrozumiteľné a konzistentné, bude obsahovať nielen popis nových myšlienok, ale aj príbeh o práci mozgu vo všeobecnosti. Niektoré veci, najmä na začiatku, sa môžu zdať jednoduché a známe, no odporučil by som vám ich nepreskakovať, keďže do značnej miery určujú celkovú svedectvo deja.

Všeobecné chápanie mozgu

Nervové bunky, to sú tiež neuróny, spolu s ich vláknami, ktoré prenášajú signály, tvoria nervový systém. U stavovcov je väčšina neurónov sústredená v lebečnej dutine a miechovom kanáli. Toto sa nazýva centrálny nervový systém. Podľa toho sa mozog a miecha rozlišujú ako jeho zložky.

Miecha zhromažďuje signály z väčšiny telesných receptorov a prenáša ich do mozgu. Prostredníctvom štruktúr talamu sú distribuované a premietané do mozgovej kôry.

Okrem mozgových hemisfér sa na spracovaní informácií podieľa aj mozoček, čo je v skutočnosti malý nezávislý mozog. Mozoček zabezpečuje jemnú motoriku a koordináciu všetkých pohybov.

Zrak, sluch a čuch poskytujú mozgu prúd informácií o vonkajšom svete. Každá zo zložiek tohto prúdu, ktorá prešla vlastným traktom, sa premieta aj do kôry. Kôra je 1,3 až 4,5 mm hrubá vrstva šedej hmoty, ktorá tvorí vonkajší povrch mozgu. Vďaka záhybom vytvoreným záhybmi je kôra zabalená tak, že zaberá trikrát menšiu plochu ako v rozvinutom stave. Celková plocha kôry jednej hemisféry je približne 7000 cm2.

V dôsledku toho sa všetky signály premietajú do kôry. Projekcia sa uskutočňuje pomocou zväzkov nervových vlákien, ktoré sú rozmiestnené v obmedzených oblastiach kôry. Oblasť, na ktorú sa premietajú buď externé informácie alebo informácie z iných častí mozgu, tvorí kortikálnu oblasť. Podľa toho, aké signály sa pre takúto zónu prijímajú, má svoju špecializáciu. Ide o oblasť motorickej kôry, zmyslovú oblasť, Brocovu oblasť, Wernickeho oblasť, zrakové oblasti, okcipitálny lalok, celkovo asi sto rôznych oblastí.

Vo vertikálnom smere je kôra zvyčajne rozdelená do šiestich vrstiev. Tieto vrstvy nemajú jasné hranice a sú určené prevahou jedného alebo druhého typu bunky. V rôznych oblastiach kôry môžu byť tieto vrstvy vyjadrené rôzne, silnejšie alebo slabšie. Vo všeobecnosti však môžeme povedať, že kôra je celkom univerzálna a predpokladáme, že fungovanie jej rôznych zón podlieha rovnakým princípom.

Vrstvy kôry

Aferentné vlákna prenášajú signály do kôry. Dostanú sa do úrovne III, IV kôry, kde sú rozdelené medzi neuróny susediace s miestom, kde zasiahlo aferentné vlákno. Väčšina neurónov má axonálne spojenia vo svojej oblasti kôry. Ale niektoré neuróny majú axóny presahujúce za ne. Prostredníctvom týchto eferentných vlákien smerujú signály buď mimo mozog, napríklad do výkonných orgánov, alebo sa premietajú do iných častí kôry jednej alebo druhej hemisféry. V závislosti od smeru prenosu signálu sa eferentné vlákna zvyčajne delia na:

• asociatívne vlákna, ktoré spájajú jednotlivé časti kôry jednej hemisféry;
• komisurálne vlákna, ktoré spájajú kôru dvoch hemisfér;
• projekčné vlákna, ktoré spájajú kôru s jadrami dolných častí centrálneho nervového systému.

Ak vezmeme smer kolmý na povrch kôry, potom si všimneme, že neuróny umiestnené pozdĺž tohto smeru reagujú na podobné podnety. Takéto vertikálne usporiadané skupiny neurónov sa nazývajú kortikálne stĺpce.

Mozgovú kôru si môžete predstaviť ako veľké plátno, rozrezané na samostatné zóny. Vzor neurónovej aktivity v každej zo zón kóduje určité informácie. Zväzky nervových vlákien tvorené axónmi presahujúcimi ich kortikálnu zónu tvoria systém projekčných spojení. Do každej zo zón sa premietajú určité informácie. Jedna zóna navyše môže súčasne prijímať niekoľko informačných tokov, ktoré môžu pochádzať zo zón vlastnej aj opačnej hemisféry. Každý tok informácií je ako akýsi obraz nakreslený činnosťou axónov nervového zväzku. Fungovanie samostatnej zóny kôry je príjem mnohých projekcií, zapamätanie si informácií, ich spracovanie, vytvorenie vlastného obrazu o činnosti a ďalšie premietanie informácií vyplývajúcich z práce tejto zóny.

Významnú časť mozgu tvorí biela hmota. Tvoria ho axóny neurónov, ktoré vytvárajú rovnaké projekčné dráhy. Na obrázku nižšie je bielu hmotu vidieť ako svetlú výplň medzi kôrou a vnútornými štruktúrami mozgu.

Distribúcia bielej hmoty v prednej časti mozgu

Pomocou difúzneho spektrálneho MRI bolo možné sledovať smer jednotlivých vlákien a zostaviť trojrozmerný model konektivity kortikálnych zón (projekt Connectomics (Connectome)).

Obrázky nižšie poskytujú dobrú predstavu o štruktúre odkazu (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012).

Pohľad z ľavej hemisféry

Pohľad zozadu

Pohľad z pravej strany

Mimochodom, pri pohľade zozadu je jasne viditeľná asymetria projekčných dráh ľavej a pravej hemisféry. Táto asymetria do značnej miery určuje rozdiely vo funkciách, ktoré hemisféry získavajú pri učení.

Neuron

Základom mozgu je neurón. Prirodzene, modelovanie mozgu pomocou neurónových sietí začína odpoveďou na otázku, aký je princíp jeho fungovania.

Fungovanie skutočného neurónu je založené na chemických procesoch. V pokoji je medzi vnútorným a vonkajším prostredím neurónu potenciálny rozdiel – membránový potenciál, ktorý je asi 75 milivoltov. Vzniká vďaka práci špeciálnych proteínových molekúl, ktoré fungujú ako sodno-draselné pumpy. Tieto pumpy vďaka energii nukleotidu ATP poháňajú draselné ióny dovnútra a sodíkové ióny - von z bunky. Keďže proteín v tomto prípade pôsobí ako ATPáza, teda enzým, ktorý hydrolyzuje ATP, nazýva sa to „sodno-draselná ATPáza“. V dôsledku toho sa neurón zmení na nabitý kondenzátor so záporným nábojom vo vnútri a kladným nábojom vonku.

Schéma neurónu (Mariana Ruiz Villarreal)

Povrch neurónu je pokrytý vetviacimi procesmi - dendritmi. Zakončenie axónov iných neurónov prilieha k dendritom. Miesta, kde sa spájajú, sa nazývajú synapsie. Prostredníctvom synaptickej interakcie je neurón schopný reagovať na prichádzajúce signály a za určitých okolností generovať vlastný impulz, nazývaný hrot.

K prenosu signálu v synapsiách dochádza v dôsledku látok nazývaných neurotransmitery. Keď nervový impulz vstúpi do synapsie pozdĺž axónu, uvoľní molekuly neurotransmiterov charakteristické pre túto synapsiu zo špeciálnych vezikúl. Na membráne neurónu prijímajúceho signál sa nachádzajú proteínové molekuly – receptory. Receptory interagujú s neurotransmitermi.

chemická synapsia

Receptory umiestnené v synaptickej štrbine sú ionotropné. Tento názov zdôrazňuje skutočnosť, že sú to aj iónové kanály schopné pohybovať iónmi. Neurotransmitery pôsobia na receptory tak, že sa ich iónové kanály otvoria. V súlade s tým sa membrána buď depolarizuje alebo hyperpolarizuje, v závislosti od toho, ktoré kanály sú ovplyvnené, a podľa toho, aký typ tejto synapsie. V excitačných synapsiách sa otvárajú kanály, ktoré umožňujú vstup katiónov do bunky - membrána sa depolarizuje. V inhibičných synapsiách sa otvárajú aniónové vodivé kanály, čo vedie k hyperpolarizácii membrány.

Za určitých okolností môžu synapsie zmeniť svoju citlivosť, čo sa nazýva synaptická plasticita. To vedie k tomu, že synapsie jedného neurónu získavajú rôznu citlivosť na vonkajšie signály.

Súčasne mnoho signálov vstupuje do synapsií neurónu. Inhibičné synapsie ťahajú membránový potenciál v smere akumulácie náboja vo vnútri bunky. Naopak, aktiváciou synapsií sa pokúste vybiť neurón (obrázok nižšie).

Excitácia (A) a inhibícia (B) gangliovej bunky sietnice (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)

Keď celková aktivita prekročí iniciačný prah, dôjde k výboju, ktorý sa nazýva akčný potenciál alebo špička. Hrot je prudká depolarizácia membrány neurónu, ktorá generuje elektrický impulz. Celý proces generovania impulzu trvá približne 1 milisekundu. Zároveň ani trvanie, ani amplitúda impulzu nezávisia od toho, aké silné boli príčiny, ktoré ho spôsobili (obrázok nižšie).

Registrácia akčného potenciálu gangliovej bunky (Nicolls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)

Po vrchole zaistia iónové pumpy spätné vychytávanie neurotransmiteru a vyčistenie synaptickej štrbiny. Počas refraktérneho obdobia nasledujúceho po špičke neurón nie je schopný generovať nové impulzy. Trvanie tohto obdobia určuje maximálnu frekvenciu generovania, ktorej je neurón schopný.

Hroty, ktoré vznikajú v dôsledku aktivity na synapsiách, sa nazývajú evokované. Vyvolaná špičková frekvencia kóduje, ako dobre sa prichádzajúci signál zhoduje s nastavením citlivosti synapsií neurónu. Keď prichádzajúce signály dopadajú presne na citlivé synapsie, ktoré aktivujú neurón, a to neinterferuje so signálmi prichádzajúcimi do inhibičných synapsií, potom je odozva neurónu maximálna. Obraz, ktorý je popísaný takýmito signálmi, sa nazýva stimul charakteristický pre neurón.

Samozrejme, myšlienka fungovania neurónov by sa nemala príliš zjednodušovať. Informácie medzi niektorými neurónmi sa môžu prenášať nielen hrotmi, ale aj kanálmi, ktoré spájajú ich vnútrobunkový obsah a prenášajú elektrický potenciál priamo. Takéto šírenie sa nazýva postupné a samotné spojenie sa nazýva elektrická synapsia. Dendrity sa v závislosti od vzdialenosti od tela neurónu delia na proximálne (blízke) a distálne (vzdialené). Distálne dendrity môžu tvoriť časti, ktoré fungujú ako semi-autonómne jednotky. Okrem synaptických dráh excitácie existujú aj extrasynaptické mechanizmy, ktoré spôsobujú metabotropné hroty. Okrem vyvolanej aktivity existuje aj spontánna aktivita. A nakoniec, neuróny mozgu sú obklopené gliovými bunkami, ktoré majú tiež významný vplyv na prebiehajúce procesy.

Dlhá cesta evolúcie vytvorila mnoho mechanizmov, ktoré mozog využíva pri svojej práci. Niektoré z nich je možné pochopiť samostatne, význam iných je jasný až pri zvažovaní pomerne zložitých interakcií. Preto by sa vyššie uvedený popis neurónu nemal brať ako vyčerpávajúci. Aby sme sa dostali k hlbším modelom, musíme najprv pochopiť „základné“ vlastnosti neurónov.

V roku 1952 Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley opísali elektrické mechanizmy, ktoré riadia tvorbu a prenos nervových signálov v axóne chobotnice (Hodgkin, 1952). Ktorá bola v roku 1963 ocenená Nobelovou cenou za fyziológiu a medicínu. Hodgkin-Huxleyho model popisuje správanie neurónu systémom obyčajných diferenciálnych rovníc. Tieto rovnice zodpovedajú procesu autovln v aktívnom médiu. Zohľadňujú mnohé zložky, z ktorých každá má svoj biofyzikálny náprotivok v reálnej bunke (obrázok nižšie). Iónové čerpadlá zodpovedajú zdroju prúdu I p. Vnútornú lipidovú vrstvu bunkovej membrány tvorí kondenzátor s kapacitou C m . Iónové kanály synaptických receptorov zabezpečujú elektrickú vodivosť g n , ktorá závisí od použitých signálov, ktoré sa menia s časom t, a celkovej hodnoty membránového potenciálu V. Zvodový prúd membránových pórov vytvára vodič g L . K pohybu iónov cez iónové kanály dochádza pôsobením elektrochemických gradientov, ktoré zodpovedajú zdrojom napätia s elektromotorickou silou E n a EL .

Hlavné komponenty modelu Hodgkin-Huxley

Prirodzene, pri vytváraní neurónových sietí existuje túžba zjednodušiť model neurónov a ponechať v ňom len tie najpodstatnejšie vlastnosti. Najznámejším a najpopulárnejším zjednodušeným modelom je McCulloch-Pitts umelý neurón, vyvinutý začiatkom štyridsiatych rokov minulého storočia (McCulloch J., Pitts W., 1956).


Formálny McCulloch-Pittsov neurón

Na vstupy takéhoto neurónu sa posielajú signály. Tieto signály sú vážené sčítané. Ďalej sa na túto lineárnu kombináciu aplikuje určitá nelineárna aktivačná funkcia, napríklad sigmoidálna. Logistická funkcia sa často používa ako sigmoidálna funkcia:


Logistická funkcia

V tomto prípade sa aktivita formálneho neurónu zapíše ako

V dôsledku toho sa takýto neurón zmení na prahovú sčítačku. Pri dostatočne strmej prahovej funkcii je výstupný signál neurónu buď 0 alebo 1. Vážený súčet vstupného signálu a váh neurónu je konvolúciou dvoch obrazov: obrazu vstupného signálu a obrazu opísaného pomocou hmotnosti neurónu. Výsledok konvolúcie je tým vyšší, čím presnejšia je zhoda týchto obrázkov. To znamená, že neurón v skutočnosti určuje, do akej miery je dodávaný signál podobný obrazu zaznamenanému na jeho synapsiách. Keď hodnota konvolúcie prekročí určitú úroveň a prahová funkcia sa prepne na jednu, možno to interpretovať ako silné vyhlásenie neurónu, že rozpoznal prezentovaný obraz.

Skutočné neuróny sa nejakým spôsobom podobajú McCulloch-Pittsovým neurónom. Amplitúda ich špičiek nezávisí od toho, aké signály na synapsiách ich spôsobili. Buď máš špicu, alebo nie. Ale skutočné neuróny reagujú na stimul nie jediným impulzom, ale sekvenciou impulzov. V tomto prípade je frekvencia impulzov tým vyššia, čím presnejšie je rozpoznaná obrazová charakteristika neurónu. To znamená, že ak z takýchto prahových sčítačiek vybudujeme neurónovú sieť, potom so statickým vstupným signálom, hoci to dá nejaký výstupný výsledok, bude tento výsledok ďaleko od reprodukovania toho, ako fungujú skutočné neuróny. Aby sme neurónovú sieť priblížili biologickému prototypu, musíme simulovať prácu v dynamike, berúc do úvahy časové parametre a reprodukovať frekvenčné vlastnosti signálov.

Ale môžete ísť aj inak. Napríklad je možné určiť zovšeobecnenú charakteristiku aktivity neurónu, ktorá zodpovedá frekvencii jeho impulzov, to znamená počtu špičiek v určitom časovom období. Ak prejdeme k takémuto popisu, potom si neurón môžeme predstaviť ako jednoduchú lineárnu sčítačku.

Lineárna sčítačka

Výstupné a podľa toho aj vstupné signály pre takéto neuróny už nie sú dichatomické (0 alebo 1), ale sú vyjadrené určitou skalárnou hodnotou. Aktivačná funkcia sa potom zapíše ako

Lineárna sčítačka by nemala byť vnímaná ako niečo zásadne odlišné v porovnaní s impulzným neurónom, jednoducho umožňuje ísť do dlhších časových intervalov pri modelovaní či popisovaní. A hoci je opis impulzu správnejší, prechod na lineárnu sčítačku je v mnohých prípadoch odôvodnený výrazným zjednodušením modelu. Navyše, niektoré dôležité vlastnosti, ktoré je ťažké vidieť v spikingových neurónoch, sú pre lineárnu sčítačku celkom zrejmé.

14. decembra 2017

Neuróny sú špeciálna skupina telesných buniek, ktoré distribuujú informácie po celom tele. Pomocou elektrických a chemických signálov pomáhajú mozgu koordinovať všetky životne dôležité funkcie.

Zjednodušene povedané, úlohou nervového systému je zbierať signály z okolia alebo z tela, vyhodnocovať situáciu, rozhodovať sa, ako na ne reagovať (napríklad zmeniť srdcovú frekvenciu), a tiež premýšľať o tom, čo sa deje. a zapamätaj si to. Hlavným nástrojom na vykonávanie týchto úloh sú neuróny, tkané po celom tele v komplexnej sieti.

Priemerný odhad počtu neurónov v mozgu je 86 miliárd, pričom každý je spojený s ďalšími 1000 neurónmi. To vytvára neuveriteľnú sieť interakcií. Neurón je základná jednotka nervového systému.

Neuróny (nervové bunky) tvoria asi 10 % mozgu, zvyšok tvoria gliové bunky a astrocyty, ktorých funkciou je udržiavať a vyživovať neuróny.

Ako vyzerá neurón?

Štruktúru neurónu možno rozdeliť do troch častí:

Neurónové telo (soma) - prijíma informácie. Obsahuje bunkové jadro.

· Dendrity sú krátke procesy, ktoré prijímajú informácie z iných neurónov.

Axón je dlhý proces, ktorý prenáša informácie z tela neurónu do iných buniek. Axón najčastejšie končí synapsiou (kontaktom) s dendritmi iných neurónov.

Dendrity a axóny sa nazývajú nervové vlákna.

Axóny sa veľmi líšia v dĺžke, od niekoľkých milimetrov po meter alebo viac. Najdlhšie sú axóny miechových ganglií.

Typy neurónov

Klasifikácia neurónov sa môže vykonávať podľa niekoľkých parametrov, napríklad podľa štruktúry alebo vykonávanej funkcie.

Typy neurónov v závislosti od funkcie:

Eferentné (motorické) neuróny – prenášajú informácie z centrálneho nervového systému (mozog a miecha) do buniek v iných častiach tela.

Aferentné (senzitívne) neuróny – zbierajú informácie z celého tela a prenášajú ich do centrálneho nervového systému.

· Interneuróny – prenášajú informácie medzi neurónmi, často v rámci centrálneho nervového systému.

Ako neuróny prenášajú informácie?

Neurón, ktorý prijíma informácie z iných buniek, ich akumuluje, kým neprekročí určitú hranicu. Potom neurón vyšle po axóne elektrický impulz - akčný potenciál.

Akčný potenciál vzniká pohybom elektricky nabitých častíc cez axónovú membránu.

V pokoji je elektrický náboj vo vnútri neurónu negatívny v porovnaní s medzibunkovou tekutinou, ktorá ho obklopuje. Tento rozdiel sa nazýva membránový potenciál. Zvyčajne je to 70 milivoltov.

Keď telo neurónu dostane dostatok náboja a ten „vystrelí“, dôjde k depolarizácii v priľahlej časti axónu – membránový potenciál rýchlo stúpa a potom asi za 1/1000 sekundy klesá. Tento proces spúšťa depolarizáciu priľahlej časti axónu a tak ďalej, až kým impulz neprejde po celej dĺžke axónu. Po procese depolarizácie nastáva hyperpolarizácia - krátkodobý stav pokoja, v tomto momente je prenos impulzu nemožný.

Akčný potenciál je najčastejšie generovaný iónmi draslíka (K+) a sodíka (Na+), ktoré sa pohybujú iónovými kanálmi z medzibunkovej tekutiny do bunky a späť, čím menia náboj neurónu a robia ho najprv pozitívnym a potom ho znižujú. .

Akčný potenciál poskytuje bunke princíp všetko alebo nič, to znamená, že impulz sa vysiela alebo nie. Slabé signály sa budú hromadiť v tele neurónu, kým ich náboj nebude dostatočný na prenos cez procesy.

myelín

Myelín je biela, hustá látka, ktorá pokrýva väčšinu axónov. Tento povlak poskytuje vláknu elektrickú izoláciu a zvyšuje rýchlosť impulzu, ktorý ním prechádza.

Myelinizované vlákno verzus nemyelinizované.

Myelín je produkovaný Schwannovými bunkami na periférii a oligodendrocytmi v centrálnom nervovom systéme. V priebehu vlákna je myelínový obal prerušený - to sú uzly Ranviera. Akčný potenciál sa pohybuje od záchytu k záchytu, čo zabezpečuje rýchly prenos impulzu.

Roztrúsená skleróza, časté a závažné ochorenie, je spôsobené deštrukciou myelínovej pošvy.

Ako fungujú synapsie

Neuróny a tkanivá, ktorým prenášajú impulz, sa fyzicky nedotýkajú, medzi bunkami je vždy priestor – synapsia.

V závislosti od spôsobu prenosu informácií môžu byť synapsie chemické alebo elektrické.

chemická synapsia

Potom, čo signál, pohybujúci sa v procese neurónu, dosiahne synapsiu, dôjde k uvoľneniu chemikálií - neurotransmiterov (neurotransmiterov) do priestoru medzi dvoma neurónmi. Tento priestor sa nazýva synaptická štrbina.

Schéma štruktúry chemickej synapsie.

Neurotransmiter z vysielacieho (presynaptického) neurónu, ktorý vstupuje do synaptickej štrbiny, interaguje s receptormi na membráne prijímacieho (postsynaptického) neurónu a spúšťa celý reťazec procesov.

Typy chemických synapsií:

glutamátergný - mediátorom je kyselina glutámová, má stimulačný účinok na synapsiu;

GABA-ergický - mediátorom je kyselina gama-aminomaslová (GABA), má inhibičný účinok na synapsiu;

cholinergný - mediátorom je acetylcholín, vykonáva neuromuskulárny prenos informácií;

adrenergný – mediátorom je adrenalín.

elektrické synapsie

Elektrické synapsie sú menej časté a bežné v centrálnom nervovom systéme. Bunky komunikujú prostredníctvom špeciálnych proteínových kanálov. Presynaptické a postsynaptické membrány v elektrických synapsiách sú umiestnené blízko seba, takže impulz je schopný prechádzať priamo z bunky do bunky.

Rýchlosť prenosu impulzov cez elektrické synapsie je oveľa vyššia ako cez chemické synapsie, preto sa nachádzajú hlavne v tých oddeleniach, kde je potrebná rýchla reakcia, napríklad tí, ktorí sú zodpovední za ochranné reflexy.

Ďalší rozdiel medzi týmito dvoma typmi synapsií je v smere prenosu informácií: ak chemické synapsie dokážu prenášať impulz len jedným smerom, potom sú elektrické synapsie v tomto zmysle univerzálne.

Záver

Neuróny sú možno najneobvyklejšími bunkami v tele. Každá činnosť, ktorú ľudské telo vykonáva, je zabezpečená prácou neurónov. Komplexná neurónová sieť formuje osobnosť a vedomie. Sú zodpovedné ako za najprimitívnejšie reflexy, tak aj za najzložitejšie procesy spojené s myslením.

Ekológia života. Veda a objavy: Človek ovládol hlbiny mora a vzdušné priestory, prenikol do tajov vesmíru a útrob zeme. Naučil sa odolávať mnohým chorobám

Človek ovládol hlbiny mora a vzdušné priestory, prenikol do tajov vesmíru a útrob zeme.Naučil sa odolávať mnohým chorobám a začal žiť dlhšie.Snaží sa manipulovať s génmi, „pestovať“ orgány na transplantáciu a „vytvárať“ živé bytosti klonovaním.

Najväčšou záhadou však pre neho stále zostáva, ako funguje jeho vlastný mozog, ako pomocou obyčajných elektrických impulzov a malého súboru neurotransmiterov nervový systém nielen koordinuje prácu miliárd telesných buniek, ale zabezpečuje schopnosť učiť sa, myslieť, pamätať si, prežívať najširšiu škálu emócií.

Na ceste k pochopeniu týchto procesov musí človek predovšetkým pochopiť, ako fungujú jednotlivé nervové bunky (neuróny).

Najväčšia záhada - Ako funguje mozog

Živé energetické siete

Podľa hrubých odhadov V ľudskom nervovom systéme je viac ako 100 miliárd neurónov. Všetky štruktúry nervovej bunky sú zamerané na vykonávanie najdôležitejšej úlohy pre telo - prijímanie, spracovanie, vedenie a prenos informácií zakódovaných vo forme elektrických alebo chemických signálov (nervových impulzov).

Neurón pozostáva z telesa s priemerom 3 až 100 mikrónov, obsahujúceho jadro, vyvinutý aparát na syntézu proteínov a iné organely, ako aj procesy: jeden axón a niekoľko spravidla vetviacich dendritov. Dĺžka axónov zvyčajne výrazne presahuje veľkosť dendritov, v niektorých prípadoch dosahuje desiatky centimetrov alebo dokonca metrov.

Napríklad obrovský axón chobotnice je hrubý asi 1 mm a dlhý niekoľko metrov; experimentátorom sa nepodarilo využiť takýto pohodlný model a experimenty s neurónmi chobotnice slúžili na objasnenie mechanizmu prenosu nervových vzruchov.

Vonku je nervová bunka obklopená membránou (cytolemou), ktorá zabezpečuje nielen výmenu látok medzi bunkou a prostredím, ale je schopná viesť aj nervový impulz.

Faktom je, že medzi vnútorným povrchom neurónovej membrány a vonkajším prostredím sa neustále udržiava rozdiel v elektrických potenciáloch. Je to kvôli práci takzvaných "iónových púmp" - proteínových komplexov, ktoré aktívne transportujú kladne nabité ióny draslíka a sodíka cez membránu.

Takýto aktívny prenos, ako aj neustále prúdiaca pasívna difúzia iónov cez póry v membráne, v pokoji spôsobujú negatívny náboj voči vonkajšiemu prostrediu na vnútornej strane membrány neurónu.

Ak stimulácia neurónu prekročí určitú prahovú hodnotu, potom v mieste stimulácie dôjde k sérii chemických a elektrických zmien (aktívny prílev sodíkových iónov do neurónu a krátkodobá zmena náboja z vnútornej strany neurónu). membrána z negatívnej na pozitívnu), ktoré sa šíria po celej nervovej bunke.

Na rozdiel od jednoduchého elektrického výboja, ktorý vplyvom odporu neurónu postupne slabne a dokáže prejsť len krátku vzdialenosť, nervový impulz v procese šírenia sa neustále obnovuje.

Hlavné funkcie nervovej bunky sú:

• vnímanie vonkajších podnetov (funkcia receptora),
• ich spracovanie (integračná funkcia),
• prenos nervových vplyvov na iné neuróny alebo rôzne pracovné orgány (efektorová funkcia).

Dendrity – inžinieri by ich nazvali „prijímače“ – vysielajú impulzy do tela nervovej bunky, zatiaľ čo axón – „vysielač“ – prechádza z jej tela do svalov, žliaz alebo iných neurónov.

V kontaktnej oblasti

Axón má tisíce vetiev, ktoré siahajú k dendritom iných neurónov. Zóna funkčného kontaktu medzi axónmi a dendritmi sa nazýva synapsia.

Čím viac synapsií na nervovej bunke, tým viac rôznych podnetov je vnímaných a následne tým širšia sféra vplyvu na jej činnosť a možnosť účasti nervovej bunky na rôznych reakciách organizmu. Na telách veľkých motorických neurónov miechy môže byť až 20 tisíc synapsií.

Synapsia premieňa elektrické signály na chemické signály a naopak. Prenos vzruchu sa uskutočňuje pomocou biologicky aktívnych látok - neurotransmiterov (acetylcholín, adrenalín, niektoré aminokyseliny, neuropeptidy atď.). Osú obsiahnuté v špeciálnych vezikulách umiestnených na zakončeniach axónov - presynaptická časť.

Keď nervový impulz dosiahne presynaptickú časť, neurotransmitery sa uvoľnia do synaptickej štrbiny, viažu sa na receptory umiestnené na tele alebo procesy druhého neurónu (postsynaptická časť), čo vedie k vytvoreniu elektrického signálu - postsynaptického potenciálu.

Veľkosť elektrického signálu je priamo úmerná množstvu neurotransmiteru.

Niektoré synapsie spôsobujú depolarizáciu neurónov, iné hyperpolarizáciu; prvé sú excitačné, druhé sú inhibičné.

Po zastavení uvoľňovania mediátora sa jeho zvyšky zo synaptickej štrbiny odstránia a receptory postsynaptickej membrány sa vrátia do pôvodného stavu. Výsledok súčtu stoviek a tisícok excitačných a inhibičných impulzov, súčasne prúdiacich do neurónu, určuje, či v danom momente vygeneruje nervový impulz.

Neuropočítače

Pokus o modelovanie princípov fungovania biologických neurónových sietí viedol k vytvoreniu takého zariadenia na spracovanie informácií, ako je neuropočítač .

Na rozdiel od digitálnych systémov, ktoré sú kombináciou procesorových a pamäťových jednotiek, neuroprocesory obsahujú pamäť distribuovanú v spojeniach (druh synapsií) medzi veľmi jednoduchými procesormi, ktoré možno formálne nazvať neurónmi.

Neuropočítače neprogramujú v tradičnom zmysle slova, ale „trénujú“ úpravou účinnosti všetkých „synaptických“ spojení medzi „neurónmi“, ktoré ich tvoria.

Hlavné oblasti použitia neuropočítačov, ich vývojári vidia:

• rozpoznávanie vizuálnych a zvukových obrazov;
• ekonomické, finančné, politické prognózy;
• riadenie výrobných procesov, rakiet, lietadiel v reálnom čase;
• optimalizácia pri projektovaní technických zariadení a pod.

"Hlava je temný predmet..."

Neuróny možno rozdeliť do troch veľkých skupín:

• receptor,
• stredný,
• efektor.

Receptorové neuróny poskytujú vstup do mozgu senzorické informácie. Transformujú signály prijímané zmyslovými orgánmi (optické signály v sietnici oka, akustické signály v slimáku, čuchové signály v chemoreceptoroch nosa atď.) na elektrické impulzy ich axónov.

intermediárne neuróny vykonávať spracovanie informácií prijatých z receptorov a generovať riadiace signály pre efektory. Neuróny tejto skupiny tvoria centrálny nervový systém (CNS).

efektorové neuróny prenášať signály, ktoré k nim prichádzajú, výkonným orgánom. Výsledkom činnosti nervovej sústavy je taká či onaká činnosť, ktorá je založená na stiahnutí alebo uvoľnení svalov alebo sekrécii alebo zastavení sekrécie žliaz. S prácou svalov a žliaz je spojený akýkoľvek spôsob nášho sebavyjadrenia.

Ak sú princípy fungovania receptorových a efektorových neurónov pre vedcov viac-menej jasné, potom medzistupeň, v ktorom telo „trávi“ prichádzajúce informácie a rozhoduje sa, ako na ne reagovať, je pochopiteľný len na úrovni najjednoduchších reflexných oblúkov. .

Vo väčšine prípadov zostáva neurofyziologický mechanizmus vzniku určitých reakcií záhadou. Nie nadarmo sa v populárno-náučnej literatúre ľudský mozog často prirovnáva k „čiernej skrinke“.

„... vo vašej hlave žije 30 miliárd neurónov, ktoré uchovávajú vaše vedomosti, zručnosti, nahromadené životné skúsenosti. Po 25 rokoch uvažovania sa mi táto skutočnosť nezdá menej nápadná ako predtým.Najtenší film, pozostávajúci z nervových buniek, vidí, cíti, vytvára náš svetonázor. Je to neuveriteľné!Užívať si teplo letného dňa a odvážne sny o budúcnosti - všetko je vytvorené týmito bunkami... Nič iné neexistuje: žiadna mágia, žiadna špeciálna omáčka, iba neuróny predvádzajúce informačný tanec, “napísal slávny počítačový vývojár, zakladateľ spoločnosti Redwood Institute vo svojej knihe „On Intelligence.“ Neurologický ústav (USA) Jeff Hawkins.

Už viac ako pol storočia sa tisíce neurofyziológov po celom svete snažia pochopiť choreografiu tohto „informačného tanca“, no dnes sú známe len jeho jednotlivé figúry a kroky, ktoré neumožňujú vytvoriť univerzálnu teóriu fungovania mozog.

Treba si uvedomiť, že mnohé práce z oblasti neurofyziológie sa venujú tzv "funkčná lokalizácia" – zistenie, ktorý neurón, skupina neurónov alebo celá oblasť mozgu je v určitých situáciách aktivovaná.

Dodnes sa nahromadilo obrovské množstvo informácií o tom, ktoré neuróny u ľudí, potkanov a opíc sa selektívne aktivujú pri pozorovaní rôznych predmetov, vdychovaní feromónov, počúvaní hudby, učení básní atď.

Pravda, niekedy sa takéto experimenty zdajú byť trochu kuriózne. Takže v 70-tych rokoch minulého storočia jeden z výskumníkov našiel „zelené krokodílie neuróny“ v mozgu potkana: tieto bunky sa aktivovali, keď zviera prechádzajúce bludiskom, okrem iných predmetov, narazilo na malého zeleného krokodíla. hračka, ktorá je už známa.

A ďalší vedec neskôr lokalizoval neurón v ľudskom mozgu, ktorý „reaguje“ na fotografiu amerického prezidenta Billa Clintona.

Všetky tieto údaje podporujú teóriu, že neuróny v mozgu sú špecializované, ale nijako nevysvetľujú, prečo a ako k tejto špecializácii dochádza.

Vedci chápu neurofyziologické mechanizmy učenia a pamäte len všeobecne. Predpokladá sa, že v procese zapamätania si informácií vznikajú nové funkčné kontakty medzi neurónmi mozgovej kôry.

Inými slovami, synapsie sú neurofyziologickou „stopou“ pamäte. Čím viac nových synapsií vzniká, tým je pamäť jednotlivca „bohatšia“. Typická bunka v mozgovej kôre tvorí niekoľko (až 10) tisíc synapsií. Ak vezmeme do úvahy celkový počet kortikálnych neurónov, ukazuje sa, že tu môžu vzniknúť stovky miliárd funkčných kontaktov!

Pod vplyvom akýchkoľvek vnemov dochádza k myšlienkam alebo emóciám spomínanie- excitácia jednotlivých neurónov aktivuje celý súbor zodpovedný za ukladanie tej či onej informácie.

V roku 2000 švédsky farmakológ Arvid Carlsson a americkí neurovedci Paul Greengard a Eric Kendel získali Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu za objavy týkajúce sa „signalizácie v nervovom systéme“.

Vedci to dokázali pamäť väčšiny živých bytostí funguje vďaka pôsobeniu takzvaných neurotransmiterov – dopamín, norepinefrín a serotonín, ktorého účinok sa na rozdiel od klasických neurotransmiterov nevyvíja v milisekundách, ale v stovkách milisekúnd, sekúnd a dokonca hodín. Práve to určuje ich dlhodobý, modulačný účinok na funkcie nervových buniek, ich úlohu pri zvládaní zložitých stavov nervového systému – spomienky, emócie, nálady.

Treba si tiež uvedomiť, že hodnota signálu generovaného na postsynaptickej membráne môže byť odlišná aj pri rovnakej hodnote počiatočného signálu dosahujúceho presynaptickú časť. Tieto rozdiely sú určené takzvanou účinnosťou alebo hmotnosťou synapsie, ktorá sa môže počas fungovania medzineuronálneho kontaktu meniť.

Podľa mnohých výskumníkov zohráva dôležitú úlohu vo fungovaní pamäte aj zmena účinnosti synapsií. Je možné, že informácie, ktoré človek často používa, sú uložené v neurónových sieťach prepojených vysoko účinnými synapsiami, a preto sú rýchlo a ľahko „zapamätateľné“. Zároveň sa zdá, že synapsie, ktoré sa podieľajú na ukladaní sekundárnych, zriedkavo „získaných“ údajov, sa vyznačujú nízkou účinnosťou.

A predsa sa zotavujú!

Jedným z medicínsky najzaujímavejších problémov v neurovede je schopnosť regenerovať nervové tkanivo. Je známe, že prerezané alebo poškodené vlákna neurónov periférneho nervového systému, obklopené neurilemou (plášťom špecializovaných buniek), sa môžu regenerovať, ak je bunkové telo zachované neporušené. Pod miestom transekcie je neurilema zachovaná ako tubulárna štruktúra a tá časť axónu, ktorá zostáva spojená s telom bunky, rastie pozdĺž tejto trubice, až kým nedosiahne nervové zakončenie. Tak sa obnoví funkcia poškodeného neurónu.

Axóny v CNS nie sú obklopené neurilémou, a preto zjavne nedokážu dorásť späť na miesto bývalého ukončenia.

Neurofyziológovia sa zároveň donedávna domnievali, že nové neuróny sa v CNS počas života človeka nevytvárajú.

"Nervové bunky sa neregenerujú!" varovali nás vedci. Predpokladalo sa, že udržiavanie nervového systému v „pracovnom stave“ aj v prípade vážnych chorôb a zranení je spôsobené jeho výnimočnou plasticitou: funkcie mŕtvych neurónov preberajú ich prežívajúci „kolegovia“, ktorí sa zväčšujú. a vytvárať nové spojenia.

Vysokú, no nie neobmedzenú účinnosť takejto kompenzácie možno ilustrovať na príklade Parkinsonovej choroby, pri ktorej dochádza k postupnému odumieraniu neurónov. Ukazuje sa, že kým neodumrie asi 90 % neurónov v mozgu, klinické príznaky ochorenia (chvenie končatín, neistá chôdza, demencia) sa neprejavujú, čiže človek vyzerá prakticky zdravo. Ukazuje sa, že jedna živá nervová bunka dokáže funkčne nahradiť deväť mŕtvych!

Teraz je dokázané, že v mozgu dospelých cicavcov dochádza k tvorbe nových nervových buniek (neurogenéza). Už v roku 1965 sa ukázalo, že nové neuróny sa pravidelne objavujú u dospelých potkanov v hipokampe, oblasti mozgu zodpovednej za rané fázy učenia a pamäte.

O pätnásť rokov neskôr vedci ukázali, že v mozgu vtákov sa počas života objavujú nové nervové bunky. Štúdie neurogenézy mozgu dospelých primátov však nepriniesli povzbudivé výsledky.

Len asi pred 10 rokmi vyvinuli americkí vedci techniku, ktorá dokázala, že z neurónových kmeňových buniek v mozgu opíc sa počas života vytvárajú nové neuróny. Vedci vstrekli zvieratám špeciálnu označovaciu látku (bromdioxyuridín), ktorá bola zahrnutá v DNA iba deliacich sa buniek.

Tak sa zistilo, že nové bunky sa začali množiť v subventrikulárnej zóne a odtiaľ migrovali do kôry, kde dozreli do dospelého stavu. Nové neuróny sa našli v oblastiach mozgu spojených s kognitívnymi funkciami a neobjavili sa v oblastiach, ktoré implementujú primitívnejšiu úroveň analýzy.

Z tohto dôvodu vedci predpokladali, že nové neuróny môžu byť dôležité pre učenie a pamäť.

V prospech tejto hypotézy hovorí aj nasledovné: veľké percento nových neurónov odumiera v prvých týždňoch po ich narodení; avšak v tých situáciách, kde dochádza k neustálemu učeniu, je podiel prežívajúcich neurónov oveľa vyšší, ako keď po nich „nie je dopyt“ – keď je zviera zbavené možnosti vytvoriť si novú skúsenosť.

K dnešnému dňu boli stanovené univerzálne mechanizmy smrti neurónov pri rôznych chorobách:

1) zvýšenie hladiny voľných radikálov a oxidačné poškodenie neurónových membrán;

2) narušenie aktivity mitochondrií neurónov;

3) nepriaznivý účinok nadbytku excitačných neurotransmiterov glutamátu a aspartátu, čo vedie k hyperaktivácii špecifických receptorov, nadmernej akumulácii intracelulárneho vápnika, rozvoju oxidačného stresu a smrti neurónov (fenomén excitotoxicity).

Na základe toho ako lieky - neuroprotektory v neurológii:

• prípravky s antioxidačnými vlastnosťami (vitamíny E a C atď.),
• korektory tkanivového dýchania (koenzým Q10, kyselina jantárová, riboflavini atď.),
• ako aj blokátory glutamátových receptorov (memantín a pod.).

Približne v rovnakom čase bola potvrdená možnosť vzniku nových neurónov z kmeňových buniek v mozgu dospelých: patoanatomická štúdia pacientov, ktorí počas svojho života dostávali brómdiooxyuridín na terapeutické účely, ukázala, že neuróny obsahujúce túto označenú látku sa nachádzajú takmer vo všetkých častiach mozgu, vrátane mozgovej kôry.

Tento fenomén sa komplexne skúma s cieľom liečby rôznych neurodegeneratívnych ochorení, predovšetkým Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby, ktoré sa stali skutočnou pohromou pre „starnúcu“ populáciu vyspelých krajín.

Pri pokusoch na transplantáciu sa používajú neurónové kmeňové bunky, ktoré sa nachádzajú v okolí mozgových komôr u embrya aj dospelého človeka, ako aj embryonálne kmeňové bunky, ktoré sa môžu zmeniť na takmer akúkoľvek bunku v tele.

Bohužiaľ, dnes lekári nedokážu vyriešiť hlavný problém spojený s transplantáciou neurónových kmeňových buniek: ich aktívna reprodukcia v tele príjemcu vedie v 30-40% prípadov k vzniku zhubných nádorov.

Napriek tomu odborníci nestrácajú optimizmus a transplantáciu kmeňových buniek označujú za jeden z najsľubnejších prístupov v liečbe neurodegeneratívnych ochorení.uverejnený . Ak máte nejaké otázky na túto tému, opýtajte sa ich špecialistov a čitateľov nášho projektu .