Hệ thống cơ xương 

Các loại tế bào thần kinh não. Tế bào thần kinh là gì? Tế bào thần kinh vận động: mô tả, cấu trúc và chức năng


Cơ thể con người là một hệ thống khá phức tạp và cân đối, hoạt động theo những quy luật rõ ràng. Hơn nữa, bề ngoài có vẻ như mọi thứ khá đơn giản, nhưng thực chất cơ thể chúng ta là sự tương tác đáng kinh ngạc của mọi tế bào và cơ quan. Chỉ huy tất cả "dàn nhạc" này là hệ thống thần kinh, bao gồm các tế bào thần kinh. Hôm nay chúng tôi sẽ cho bạn biết tế bào thần kinh là gì và tầm quan trọng của chúng trong cơ thể con người. Sau tất cả, chúng chịu trách nhiệm về sức khỏe tinh thần và thể chất của chúng ta.

Mỗi học sinh đều biết rằng não và hệ thần kinh chi phối chúng ta. Hai khối này của cơ thể chúng ta được đại diện bởi các tế bào, mỗi khối này được gọi là nơ-ron thần kinh. Các tế bào này có nhiệm vụ nhận và truyền các xung động từ neuron đến neuron và các tế bào khác của các cơ quan trong cơ thể người.

Để hiểu rõ hơn tế bào thần kinh là gì, chúng có thể được coi là phần tử quan trọng nhất của hệ thần kinh, không chỉ thực hiện vai trò dẫn truyền mà còn là một chức năng. Đáng ngạc nhiên là cho đến nay, các nhà sinh lý học thần kinh vẫn tiếp tục nghiên cứu các tế bào thần kinh và công việc của chúng trong việc truyền thông tin. Tất nhiên, họ đã đạt được thành công lớn trong nghiên cứu khoa học và khám phá ra nhiều bí mật về cơ thể chúng ta, nhưng họ vẫn không thể trả lời câu hỏi một lần và mãi mãi, tế bào thần kinh là gì.

Tế bào thần kinh: tính năng

Tế bào thần kinh là những tế bào và về nhiều mặt tương tự như những “người anh em” khác của chúng tạo nên cơ thể chúng ta. Nhưng chúng có một số tính năng. Do cấu trúc của chúng, các tế bào như vậy trong cơ thể con người khi kết hợp với nhau sẽ tạo ra một trung tâm thần kinh.

Tế bào thần kinh có nhân và được bao bọc bởi một lớp vỏ bảo vệ. Điều này làm cho nó liên quan đến tất cả các ô khác, nhưng sự giống nhau kết thúc ở đó. Các đặc điểm khác của tế bào thần kinh khiến nó thực sự độc đáo:

  • Tế bào thần kinh không phân chia

Các tế bào thần kinh của não (não và tủy sống) không phân chia. Điều này thật đáng ngạc nhiên, nhưng chúng ngừng phát triển gần như ngay lập tức sau khi xuất hiện. Các nhà khoa học tin rằng một tế bào tiền thân nhất định hoàn thành quá trình phân chia ngay cả trước khi tế bào thần kinh phát triển đầy đủ. Trong tương lai, nó chỉ làm tăng các kết nối chứ không tăng số lượng của nó trong cơ thể. Nhiều bệnh về não và hệ thần kinh trung ương có liên quan đến thực tế này. Theo tuổi tác, một phần tế bào thần kinh chết đi, và các tế bào còn lại, do hoạt động thấp của bản thân con người, không thể xây dựng kết nối và thay thế các "anh em" của chúng. Tất cả điều này dẫn đến sự mất cân bằng trong cơ thể và trong một số trường hợp có thể dẫn đến tử vong.

  • Tế bào thần kinh truyền thông tin

Tế bào thần kinh có thể truyền và nhận thông tin với sự trợ giúp của các quá trình - đuôi gai và sợi trục. Họ có thể nhận thức một số dữ liệu nhất định với sự trợ giúp của các phản ứng hóa học và chuyển đổi nó thành một xung điện, sau đó, truyền qua các khớp thần kinh (kết nối) đến các tế bào mong muốn của cơ thể.

Các nhà khoa học đã chứng minh tính độc nhất của các tế bào thần kinh, nhưng trên thực tế hiện nay họ biết về các tế bào thần kinh chỉ bằng 20% ​​những gì chúng thực sự che giấu. Tiềm năng của tế bào thần kinh vẫn chưa được bộc lộ, trong giới khoa học có ý kiến ​​cho rằng việc tiết lộ một bí mật về hoạt động của tế bào thần kinh lại trở thành khởi đầu cho một bí mật khác. Và quá trình này dường như là vô tận.

Có bao nhiêu tế bào thần kinh trong cơ thể?

Thông tin này không được biết chắc chắn, nhưng các nhà sinh lý học thần kinh cho rằng có hơn một trăm tỷ tế bào thần kinh trong cơ thể con người. Đồng thời, một tế bào có khả năng hình thành tới mười nghìn khớp thần kinh, cho phép bạn giao tiếp nhanh chóng và hiệu quả với các tế bào và tế bào thần kinh khác.

Cấu trúc của tế bào thần kinh

Mỗi tế bào thần kinh có ba phần:

  • thân nơron (soma);
  • nhánh cây;
  • sợi trục.

Vẫn chưa rõ quy trình nào phát triển đầu tiên trong cơ thể tế bào, nhưng sự phân bổ trách nhiệm giữa chúng là khá rõ ràng. Quá trình nơron sợi trục thường được hình thành trong một bản sao duy nhất, nhưng có thể có rất nhiều đuôi gai. Số lượng của chúng đôi khi lên tới vài trăm, tế bào thần kinh càng có nhiều đuôi gai thì càng có nhiều tế bào liên kết với nó. Ngoài ra, mạng lưới chi nhánh rộng khắp cho phép bạn chuyển nhiều thông tin trong thời gian ngắn nhất có thể.

Các nhà khoa học tin rằng trước khi hình thành các quá trình, tế bào thần kinh định cư khắp cơ thể, và kể từ thời điểm chúng xuất hiện, nó đã ở nguyên một chỗ mà không thay đổi.

Truyền thông tin bởi các tế bào thần kinh

Để hiểu được tầm quan trọng của tế bào thần kinh, cần phải hiểu cách chúng thực hiện chức năng truyền thông tin. Các xung thần kinh có thể di chuyển dưới dạng điện và hóa học. Quá trình dendrite nơron nhận thông tin như một kích thích và truyền nó đến thân của nơron, sợi trục truyền nó dưới dạng xung điện tử đến các tế bào khác. Các đuôi gai của một tế bào thần kinh khác cảm nhận được xung điện tử ngay lập tức hoặc với sự trợ giúp của chất dẫn truyền thần kinh (chất dẫn truyền hóa học). Các chất dẫn truyền thần kinh được bắt giữ bởi các tế bào thần kinh và sau đó được sử dụng như của riêng chúng.

Các loại tế bào thần kinh theo số lượng quá trình

Các nhà khoa học, quan sát hoạt động của các tế bào thần kinh, đã phát triển một số kiểu phân loại của chúng. Một trong số chúng phân chia tế bào thần kinh theo số lượng quá trình:

  • đơn cực;
  • giả đơn cực;
  • lưỡng cực;
  • đa cực;
  • không có sợi trục.

Một tế bào thần kinh cổ điển được coi là đa cực, nó có một sợi trục ngắn và một mạng lưới các đuôi gai. Nghiên cứu kém nhất là các tế bào thần kinh không sợi trục, các nhà khoa học chỉ biết vị trí của chúng - tủy sống.

Cung phản xạ: định nghĩa và mô tả ngắn gọn

Trong sinh lý học thần kinh có một thuật ngữ như là "nơ-ron cung phản xạ". Nếu không có nó, rất khó để có được một bức tranh toàn cảnh về công việc và tầm quan trọng của các tế bào thần kinh. Các kích thích tác động lên hệ thần kinh được gọi là phản xạ. Đây là hoạt động chính của hệ thống thần kinh trung ương của chúng ta, nó được thực hiện với sự trợ giúp của một cung phản xạ. Nó có thể được biểu diễn như một loại đường mà xung động truyền từ tế bào thần kinh đến việc thực hiện hành động (phản xạ).

Con đường này có thể được chia thành nhiều giai đoạn:

  • nhận thức về sự kích thích của đuôi gai;
  • truyền xung động đến cơ thể tế bào;
  • chuyển đổi thông tin thành một xung điện;
  • truyền xung động cho cơ thể;
  • thay đổi hoạt động của một cơ quan (phản ứng vật lý với một kích thích).

Các cung phản xạ có thể khác nhau và bao gồm một số tế bào thần kinh. Ví dụ, một cung phản xạ đơn giản được hình thành từ hai tế bào thần kinh. Một trong số chúng tiếp nhận thông tin, và bộ còn lại làm cho các cơ quan của con người thực hiện một số hành động nhất định. Thông thường những hành động như vậy được gọi là một phản xạ không điều kiện. Nó xảy ra khi một người bị va đập, ví dụ, vào xương bánh chè, và trong trường hợp chạm vào bề mặt nóng.

Về cơ bản, một cung phản xạ đơn giản dẫn truyền xung động thông qua các quá trình của tủy sống, một cung phản xạ phức tạp dẫn truyền xung động trực tiếp đến não, từ đó xử lý và có thể lưu trữ nó. Sau đó, khi nhận được một xung động tương tự, não sẽ gửi lệnh cần thiết đến các cơ quan để thực hiện một số hành động nhất định.

Phân loại tế bào thần kinh theo chức năng

Tế bào thần kinh có thể được phân loại theo mục đích dự định của chúng, bởi vì mỗi nhóm tế bào thần kinh được thiết kế cho những hành động nhất định. Các loại tế bào thần kinh được trình bày như sau:

  1. nhạy cảm

Những tế bào thần kinh này được thiết kế để cảm nhận sự kích thích và biến nó thành một xung lực được chuyển hướng đến não.

Chúng nhận thức thông tin và truyền xung động đến các cơ ở các bộ phận chuyển động của cơ thể và các cơ quan của con người.

3. Chèn

Các tế bào thần kinh này thực hiện công việc phức tạp, chúng nằm ở trung tâm của chuỗi giữa các tế bào thần kinh cảm giác và vận động. Những tế bào thần kinh như vậy nhận thông tin, thực hiện xử lý sơ bộ và truyền một xung-lệnh.

4. Bí mật

Tế bào thần kinh tiết tổng hợp các neuron và có cấu trúc đặc biệt với một số lượng lớn các túi màng.

Tế bào thần kinh vận động: đặc trưng

Tế bào thần kinh nỗ lực (vận động) có cấu trúc giống hệt với các tế bào thần kinh khác. Mạng lưới các đuôi gai của chúng phân nhánh nhiều nhất và các sợi trục kéo dài đến các sợi cơ. Chúng làm cho cơ co lại và duỗi thẳng. Dài nhất trong cơ thể người chỉ là sợi trục của nơ-ron vận động, từ vùng thắt lưng đi đến ngón chân cái. Trung bình, chiều dài của nó là khoảng một mét.

Hầu hết tất cả các tế bào thần kinh hoạt động đều nằm trong tủy sống, vì nó chịu trách nhiệm cho hầu hết các chuyển động vô thức của chúng ta. Điều này không chỉ áp dụng cho phản xạ không điều kiện (ví dụ, chớp mắt), mà còn cho bất kỳ hành động nào mà chúng ta không nghĩ đến. Khi chúng ta nhìn vào một đối tượng, não bộ sẽ truyền các xung động đến dây thần kinh thị giác. Nhưng sự chuyển động của nhãn cầu sang trái và phải được thực hiện thông qua các lệnh của tủy sống, đây là những chuyển động vô thức. Vì vậy, khi chúng ta già đi, khi nhóm thói quen vô thức tăng lên, tầm quan trọng của các tế bào thần kinh vận động được nhìn nhận dưới một ánh sáng mới.

Các loại tế bào thần kinh vận động

Đổi lại, các tế bào hiệu quả có một phân loại nhất định. Chúng được chia thành hai loại sau:

  • a-motoneurons;
  • tế bào thần kinh vận động y.

Loại nơron đầu tiên có cấu trúc sợi dày đặc hơn và gắn vào các sợi cơ khác nhau. Một tế bào thần kinh như vậy có thể sử dụng một số cơ khác nhau.

Y-motoneurons yếu hơn một chút so với “người anh em” của mình, chúng không thể sử dụng một số sợi cơ cùng một lúc và là nguyên nhân gây căng cơ. Chúng ta có thể nói rằng cả hai loại tế bào thần kinh đều là cơ quan điều khiển hoạt động vận động.

Cơ nào được gắn với nơron vận động?

Các sợi trục của tế bào thần kinh được liên kết với một số loại cơ (chúng là cơ quan), được phân loại là:

  • động vật;
  • thực vật.

Nhóm cơ đầu tiên được đại diện bởi cơ xương, và nhóm thứ hai thuộc về loại cơ trơn. Các phương pháp gắn vào sợi cơ cũng khác nhau. Cơ xương tại điểm tiếp xúc với tế bào thần kinh tạo thành một loại mảng. Tế bào thần kinh tự chủ giao tiếp với cơ trơn thông qua các vết sưng hoặc mụn nước nhỏ.

Sự kết luận

Không thể tưởng tượng được cơ thể chúng ta sẽ hoạt động như thế nào nếu không có các tế bào thần kinh. Mỗi giây chúng thực hiện công việc vô cùng phức tạp, chịu trách nhiệm về trạng thái cảm xúc, sở thích hương vị và hoạt động thể chất của chúng ta. Các tế bào thần kinh vẫn chưa tiết lộ nhiều bí mật của họ. Rốt cuộc, ngay cả lý thuyết đơn giản nhất về sự không phục hồi của tế bào thần kinh cũng gây ra rất nhiều tranh cãi và thắc mắc giữa một số nhà khoa học. Họ đã sẵn sàng chứng minh rằng trong một số trường hợp, các tế bào thần kinh không chỉ có khả năng hình thành các kết nối mới mà còn có thể tự tái tạo. Tất nhiên, bây giờ đây chỉ là lý thuyết, nhưng nó có thể trở nên khả thi.

Công việc nghiên cứu hoạt động của hệ thần kinh trung ương là vô cùng quan trọng. Thật vậy, nhờ những khám phá trong lĩnh vực này, các dược sĩ sẽ có thể phát triển các loại thuốc mới để kích hoạt hoạt động của não, và các bác sĩ tâm thần sẽ hiểu rõ hơn về bản chất của nhiều căn bệnh mà hiện nay dường như không thể chữa khỏi.

Hệ thần kinh là bộ phận phức tạp nhất và ít được nghiên cứu nhất trên cơ thể chúng ta. Nó bao gồm 100 tỷ tế bào - tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm, gấp khoảng 30 lần. Đến thời đại của chúng ta, các nhà khoa học mới chỉ nghiên cứu được 5% tế bào thần kinh. Tất cả những điều còn lại vẫn là một bí ẩn mà các bác sĩ đang cố gắng giải quyết bằng mọi cách.

Neuron: cấu trúc và chức năng

Tế bào thần kinh là thành phần cấu trúc chính của hệ thần kinh, được phát triển từ các tế bào dẫn truyền thần kinh. Chức năng của tế bào thần kinh là phản ứng với các kích thích bằng cách co lại. Đây là những tế bào có thể truyền thông tin bằng cách sử dụng xung điện, hóa học và cơ học.

Để thực hiện các chức năng, tế bào thần kinh là vận động, cảm giác và trung gian. Các tế bào thần kinh cảm giác truyền thông tin từ các thụ thể đến não, các tế bào vận động - đến các mô cơ. Tế bào thần kinh trung gian có khả năng thực hiện cả hai chức năng.

Về mặt giải phẫu, tế bào thần kinh bao gồm một cơ thể và hai loại quá trình - sợi trục và đuôi gai. Thường có một số đuôi gai, chức năng của chúng là nhận tín hiệu từ các nơ-ron khác và tạo kết nối giữa các nơ-ron. Các sợi trục được thiết kế để truyền cùng một tín hiệu đến các tế bào thần kinh khác. Bên ngoài, các tế bào thần kinh được bao phủ bởi một lớp màng đặc biệt, được làm từ một loại protein đặc biệt - myelin. Nó có xu hướng tự đổi mới trong suốt cuộc đời con người.

Nó trông như thế nào truyền cùng một xung thần kinh? Hãy tưởng tượng rằng bạn đặt tay lên tay cầm đang nóng của chảo rán. Tại thời điểm đó, các thụ thể nằm trong mô cơ của ngón tay phản ứng. Với sự trợ giúp của các xung động, chúng gửi thông tin đến não chính. Ở đó, thông tin được "tiêu hóa" và phản ứng được hình thành, được gửi trở lại cơ bắp, biểu hiện chủ quan bằng cảm giác nóng rát.

Tế bào thần kinh, chúng có phục hồi không?

Ngay cả khi còn nhỏ, mẹ tôi đã nói với chúng tôi: hãy chăm sóc hệ thống thần kinh, tế bào không phục hồi. Sau đó, một cụm từ nghe có vẻ đáng sợ bằng cách nào đó. Nếu các tế bào không được phục hồi, phải làm gì? Làm thế nào để bảo vệ bạn khỏi cái chết của họ? Những câu hỏi như vậy cần được trả lời bằng khoa học hiện đại. Nói chung, không phải mọi thứ đều tồi tệ và đáng sợ như vậy. Toàn thân có khả năng khôi phục rất lớn, tại sao tế bào thần kinh lại không. Thật vậy, sau những chấn thương sọ não, đột quỵ, khi mô não bị tổn thương đáng kể, bằng cách nào đó nó sẽ lấy lại được các chức năng đã mất. Theo đó, một cái gì đó xảy ra trong các tế bào thần kinh.

Ngay cả khi thụ thai, cái chết của các tế bào thần kinh đã được “lập trình” trong cơ thể. Một số nghiên cứu nói về cái chết 1% tế bào thần kinh mỗi năm. Trong trường hợp này, trong 20 năm, bộ não sẽ hao mòn cho đến khi một người không thể làm những việc đơn giản nhất. Nhưng điều này không xảy ra, và não có thể hoạt động đầy đủ khi về già.

Đầu tiên, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu sự phục hồi của các tế bào thần kinh ở động vật. Sau khi não bị tổn thương ở động vật có vú, hóa ra các tế bào thần kinh hiện có bị chia đôi, và hai tế bào thần kinh chính thức được hình thành, kết quả là các chức năng của não được phục hồi. Đúng vậy, những khả năng như vậy chỉ được tìm thấy ở động vật non. Sự tăng trưởng tế bào không xảy ra ở động vật có vú cũ. Sau đó, thí nghiệm được thực hiện trên chuột, chúng được phóng vào một thành phố lớn, từ đó buộc chúng phải tìm kiếm lối thoát. Và họ nhận thấy một điều thú vị, số lượng tế bào thần kinh ở những con chuột thí nghiệm tăng lên, trái ngược với những con sống trong điều kiện bình thường.

trong tất cả các mô cơ thể, sửa chữa xảy ra bằng cách phân chia các ô hiện có. Sau khi tiến hành nghiên cứu tế bào thần kinh, các bác sĩ khẳng định chắc chắn: tế bào thần kinh không phân chia. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa gì cả. Các tế bào mới có thể được hình thành bằng quá trình hình thành thần kinh, bắt đầu từ thời kỳ trước khi sinh và tiếp tục trong suốt cuộc đời. Hình thành thần kinh là sự tổng hợp các tế bào thần kinh mới từ tiền thân - tế bào gốc, sau đó di chuyển, biệt hóa và biến thành tế bào thần kinh trưởng thành. Báo cáo đầu tiên về sự phục hồi của các tế bào thần kinh xuất hiện vào năm 1962. Nhưng nó không được sao lưu bởi bất cứ thứ gì nên không thành vấn đề.

Khoảng hai mươi năm trước, nghiên cứu mới cho thấy rằng hình thành thần kinh tồn tại trong não. Ở những loài chim bắt đầu hót nhiều vào mùa xuân, số lượng tế bào thần kinh tăng gấp đôi. Sau khi kết thúc thời gian hát, số lượng tế bào thần kinh lại giảm xuống. Sau đó, người ta đã chứng minh rằng sự hình thành thần kinh chỉ có thể xảy ra ở một số bộ phận của não. Một trong số đó là khu vực xung quanh tâm thất. Thứ hai là hồi hải mã, nằm gần não thất bên, chịu trách nhiệm về trí nhớ, suy nghĩ và cảm xúc. Do đó, khả năng ghi nhớ và phản xạ, thay đổi trong suốt cuộc đời, do ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau.

Như trên có thể thấy, não bộ tuy chưa được nghiên cứu 95% nhưng đã có đủ dữ kiện xác nhận rằng các tế bào thần kinh được phục hồi.

Với tầm nhìn của tôi về cách bộ não hoạt động và những cách khả thi để tạo ra trí thông minh nhân tạo. Kể từ đó, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện. Một cái gì đó hóa ra được hiểu sâu hơn, một cái gì đó được mô phỏng trên máy tính. Thật tuyệt, có những người cùng chí hướng tích cực tham gia vào các công việc trong dự án.

Trong loạt bài viết này, chúng tôi dự định sẽ nói về khái niệm trí thông minh mà chúng tôi hiện đang nghiên cứu và chứng minh một số giải pháp về cơ bản là mới trong lĩnh vực mô hình hóa não bộ. Nhưng để câu chuyện dễ hiểu và nhất quán, nó sẽ không chỉ mô tả những ý tưởng mới mà còn là câu chuyện về công việc của bộ não nói chung. Một số điều, đặc biệt là ở phần đầu, có vẻ đơn giản và nổi tiếng, nhưng tôi khuyên bạn không nên bỏ qua chúng, vì chúng quyết định phần lớn bằng chứng tổng thể của câu chuyện.

Hiểu biết chung về não bộ

Tế bào thần kinh, chúng cũng là tế bào thần kinh, cùng với các sợi truyền tín hiệu của chúng, tạo thành hệ thống thần kinh. Ở động vật có xương sống, phần lớn tế bào thần kinh tập trung ở khoang sọ và ống sống. Đây được gọi là hệ thống thần kinh trung ương. Theo đó, não và tủy sống được phân biệt như các thành phần của nó.

Tủy sống thu thập tín hiệu từ hầu hết các cơ quan thụ cảm của cơ thể và chuyển chúng đến não. Thông qua các cấu trúc của đồi thị, chúng được phân bố và chiếu lên vỏ não.

Ngoài bán cầu đại não, tiểu não cũng tham gia vào quá trình xử lý thông tin, thực chất là một bộ não nhỏ độc lập. Tiểu não cung cấp các kỹ năng vận động tinh và phối hợp tất cả các chuyển động.

Thị giác, thính giác và khứu giác cung cấp cho não một luồng thông tin về thế giới bên ngoài. Mỗi thành phần của dòng này, sau khi đi qua đường riêng của nó, cũng được chiếu lên vỏ não. Vỏ não là một lớp chất xám dày 1,3 đến 4,5 mm tạo nên bề mặt bên ngoài của não. Do các nếp gấp hình thành, vỏ cây được đóng gói theo cách mà nó chiếm diện tích ít hơn ba lần so với khi mở ra. Tổng diện tích của vỏ não của một bán cầu là khoảng 7000 cm vuông.

Kết quả là, tất cả các tín hiệu được chiếu lên vỏ não. Sự chiếu được thực hiện bởi các bó sợi thần kinh, được phân bố trên các vùng giới hạn của vỏ não. Vùng mà thông tin bên ngoài hoặc thông tin từ các phần khác của não được chiếu vào sẽ tạo thành vùng vỏ não. Tùy thuộc vào những tín hiệu nhận được cho một khu vực như vậy, nó có chuyên môn hóa riêng của nó. Có vùng vỏ não vận động, vùng cảm giác, vùng Broca, vùng Wernicke, vùng thị giác, vùng thùy chẩm, tổng cộng có khoảng một trăm vùng khác nhau.




Theo hướng dọc, vỏ cây thường được chia thành sáu lớp. Các lớp này không có ranh giới rõ ràng và được xác định bởi ưu thế của một hoặc một loại tế bào khác. Ở các khu vực khác nhau của vỏ não, các lớp này có thể được biểu hiện khác nhau, mạnh hơn hoặc yếu hơn. Tuy nhiên, nói chung, chúng ta có thể nói rằng vỏ não khá phổ biến, và giả định rằng hoạt động của các khu vực khác nhau của nó tuân theo các nguyên tắc giống nhau.


Lớp vỏ cây

Các sợi liên kết mang tín hiệu đến vỏ não. Chúng đi đến cấp độ III, IV của vỏ não, nơi chúng được phân bổ giữa các tế bào thần kinh tiếp giáp với nơi mà sợi hướng tâm chạm vào. Hầu hết các tế bào thần kinh có các kết nối trục trong khu vực của chúng trên vỏ não. Nhưng một số tế bào thần kinh có sợi trục kéo dài ra ngoài nó. Thông qua các sợi hiệu ứng này, các tín hiệu hoặc đi ra bên ngoài não, ví dụ, đến các cơ quan điều hành, hoặc được chiếu đến các phần khác của vỏ não của một người hoặc bán cầu khác. Tùy thuộc vào hướng truyền tín hiệu, các sợi tràn thường được chia thành:

  • các sợi liên kết kết nối các phần riêng lẻ của vỏ não của một bán cầu;
  • các sợi ủy ban kết nối vỏ não của hai bán cầu;
  • các sợi chiếu nối vỏ não với nhân của các phần dưới của hệ thần kinh trung ương.
Nếu chúng ta lấy một hướng vuông góc với bề mặt của vỏ não, thì người ta nhận thấy rằng các tế bào thần kinh nằm dọc theo hướng này phản ứng với các kích thích tương tự. Các nhóm tế bào thần kinh được sắp xếp theo chiều dọc như vậy được gọi là cột vỏ não.

Bạn có thể hình dung vỏ não như một tấm vải lớn, được cắt thành các khu riêng biệt. Mô hình hoạt động của tế bào thần kinh trong mỗi vùng mã hóa thông tin nhất định. Các bó sợi thần kinh được hình thành bởi các sợi trục kéo dài ra ngoài vùng vỏ não của chúng tạo thành một hệ thống kết nối hình chiếu. Một số thông tin được chiếu vào mỗi khu vực. Hơn nữa, một khu vực có thể nhận nhiều luồng thông tin cùng một lúc, có thể đến từ các khu vực của chính mình và bán cầu đối diện. Mỗi luồng thông tin giống như một loại bức tranh được vẽ nên bởi hoạt động của các sợi trục của bó thần kinh. Hoạt động của một vùng riêng biệt của vỏ não là tiếp nhận nhiều phép chiếu, ghi nhớ thông tin, xử lý thông tin, hình thành bức tranh hoạt động của chính mình và phóng chiếu thêm thông tin do công việc của vùng này.

Một lượng đáng kể của não là chất trắng. Nó được hình thành bởi các sợi trục của tế bào thần kinh tạo ra các đường chiếu giống nhau. Trong hình dưới đây, chất trắng có thể được nhìn thấy như một luồng ánh sáng giữa vỏ não và các cấu trúc bên trong của não.


Phân bố chất trắng trong phần não trước

Sử dụng MRI phổ khuếch tán, có thể theo dõi hướng của các sợi riêng lẻ và xây dựng mô hình ba chiều về sự kết nối của các vùng vỏ não (Dự án Connectomics (Connectome)).

Các hình dưới đây cho ta một ý tưởng tốt về cấu trúc liên kết (Van J. Wedeen, Douglas L. Rosene, Ruopeng Wang, Guangping Dai, Farzad Mortazavi, Patric Hagmann, Jon H. Kaas, Wen-Yih I. Tseng, 2012).


Xem từ bán cầu trái


Xem lại


Nhìn bên phải

Nhân tiện, ở góc nhìn phía sau, có thể thấy rõ sự bất đối xứng của các đường chiếu của hai bán cầu trái và phải. Sự bất đối xứng này quyết định phần lớn sự khác biệt trong các chức năng mà bán cầu thu được khi chúng học.

Nơron

Cơ sở của bộ não là tế bào thần kinh. Đương nhiên, việc mô hình hóa bộ não bằng cách sử dụng mạng lưới thần kinh bắt đầu với câu trả lời cho câu hỏi, nguyên tắc hoạt động của nó là gì.

Hoạt động của một tế bào thần kinh thực sự dựa trên các quá trình hóa học. Khi nghỉ ngơi, có một sự khác biệt tiềm năng giữa môi trường bên trong và bên ngoài của tế bào thần kinh - điện thế màng, là khoảng 75 milivôn. Nó được hình thành do công việc của các phân tử protein đặc biệt hoạt động như máy bơm natri-kali. Các máy bơm này, nhờ năng lượng của nucleotide ATP, đưa các ion kali vào bên trong và các ion natri - ra khỏi tế bào. Vì protein trong trường hợp này hoạt động như một ATPase, tức là một enzym thủy phân ATP, nó được gọi là “natri-kali ATPase”. Kết quả là tế bào thần kinh biến thành một tụ điện tích điện với điện tích âm bên trong và điện tích dương bên ngoài.


Sơ đồ tế bào thần kinh (Mariana Ruiz Villarreal)

Bề mặt của tế bào thần kinh được bao phủ bởi các quá trình phân nhánh - đuôi gai. Các đầu tận cùng sợi trục của các tế bào thần kinh khác tiếp giáp với đuôi gai. Nơi chúng kết nối được gọi là khớp thần kinh. Thông qua tương tác khớp thần kinh, tế bào thần kinh có thể đáp ứng với các tín hiệu đến và trong những trường hợp nhất định, tạo ra xung lực của riêng nó, được gọi là xung đột.

Sự truyền tín hiệu trong khớp thần kinh xảy ra do các chất được gọi là chất dẫn truyền thần kinh. Khi một xung thần kinh đi vào khớp thần kinh dọc theo sợi trục, nó sẽ giải phóng các phân tử dẫn truyền thần kinh đặc trưng của khớp thần kinh này từ các túi đặc biệt. Trên màng của nơron nhận tín hiệu có các phân tử prôtêin - thụ thể. Receptor tương tác với chất dẫn truyền thần kinh.


khớp thần kinh hóa học

Các thụ thể nằm trong khe tiếp hợp là ionotropic. Tên này nhấn mạnh thực tế rằng chúng cũng là các kênh ion có khả năng di chuyển các ion. Chất dẫn truyền thần kinh hoạt động trên các thụ thể theo cách mà các kênh ion của chúng mở ra. Theo đó, màng khử cực hoặc siêu phân cực, tùy thuộc vào kênh nào bị ảnh hưởng và theo đó, loại khớp thần kinh này. Trong các khớp thần kinh kích thích, các kênh mở ra cho phép các cation đi vào tế bào - màng khử cực. Trong các khớp thần kinh ức chế, các kênh dẫn anion mở ra, dẫn đến tăng phân cực màng.

Trong một số trường hợp nhất định, khớp thần kinh có thể thay đổi độ nhạy của chúng, được gọi là tính dẻo của khớp thần kinh. Điều này dẫn đến thực tế là các khớp thần kinh của một tế bào thần kinh có tính nhạy cảm khác nhau với các tín hiệu bên ngoài.

Đồng thời, nhiều tín hiệu đi vào khớp thần kinh của một tế bào thần kinh. Các khớp thần kinh ức chế kéo điện thế màng theo hướng tích tụ điện tích bên trong lồng. Ngược lại, kích hoạt các khớp thần kinh, cố gắng giải phóng nơ-ron (hình bên dưới).


Kích thích (A) và ức chế (B) tế bào hạch võng mạc (Nicholls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)

Khi tổng hoạt động vượt quá ngưỡng bắt đầu, phóng điện xảy ra, được gọi là điện thế hoạt động hoặc tăng đột biến. Sự tăng đột biến là sự khử cực mạnh của màng tế bào thần kinh, tạo ra một xung điện. Toàn bộ quá trình tạo xung kéo dài khoảng 1 phần nghìn giây. Đồng thời, cả thời gian và biên độ của xung động đều không phụ thuộc vào mức độ mạnh của các nguyên nhân gây ra nó (Hình bên dưới).


Đăng ký điện thế hoạt động của tế bào hạch (Nicolls J., Martin R., Wallas B., Fuchs P., 2003)

Sau khi tăng đột biến, các máy bơm ion đảm bảo tái hấp thu chất dẫn truyền thần kinh và làm sạch khe hở synap. Trong thời gian chịu lửa sau khi tăng đột biến, tế bào thần kinh không thể tạo ra các xung động mới. Khoảng thời gian của giai đoạn này quyết định tần số tạo ra tối đa mà tế bào thần kinh có thể thực hiện được.

Các đột biến xảy ra do hoạt động tại các khớp thần kinh được gọi là kích thích. Tần số tăng đột biến gợi lên mã hóa mức độ tín hiệu đến khớp với cài đặt độ nhạy của các khớp thần kinh của nơ-ron. Khi các tín hiệu đến rơi chính xác vào các khớp thần kinh nhạy cảm kích hoạt tế bào thần kinh, và điều này không gây trở ngại cho các tín hiệu đến các khớp thần kinh ức chế, thì phản ứng của tế bào thần kinh là tối đa. Hình ảnh được mô tả bằng các tín hiệu như vậy được gọi là đặc tính kích thích của nơron.

Tất nhiên, không nên đơn giản hóa ý tưởng về cách thức hoạt động của các tế bào thần kinh. Thông tin giữa một số tế bào thần kinh có thể được truyền không chỉ bằng các gai mà còn thông qua các kênh kết nối các chất nội bào của chúng và truyền trực tiếp điện thế. Sự lan truyền như vậy được gọi là dần dần, và bản thân kết nối được gọi là khớp thần kinh điện. Các đuôi gai, tùy thuộc vào khoảng cách đến thân của tế bào thần kinh, được chia thành gần (gần) và xa (xa). Các đuôi gai ở xa có thể tạo thành các phần hoạt động như các đơn vị bán tự trị. Ngoài các con đường kích thích qua synap, còn có các cơ chế ngoài synap gây ra gai metabotropic. Ngoài hoạt động gợi mở, còn có hoạt động tự phát. Và cuối cùng, các tế bào thần kinh não được bao bọc bởi các tế bào thần kinh đệm, chúng cũng có tác động đáng kể đến các quá trình đang diễn ra.

Chặng đường dài của sự tiến hóa đã tạo ra nhiều cơ chế được não bộ sử dụng trong công việc của nó. Một số trong số chúng có thể được hiểu theo cách riêng của chúng, ý nghĩa của những người khác chỉ trở nên rõ ràng khi xem xét các tương tác khá phức tạp. Do đó, mô tả ở trên về nơron không nên được coi là đầy đủ. Để chuyển sang các mô hình sâu hơn, trước tiên chúng ta cần hiểu các thuộc tính "cơ bản" của tế bào thần kinh.

Năm 1952, Alan Lloyd Hodgkin và Andrew Huxley đã mô tả các cơ chế điện chi phối việc tạo ra và truyền tín hiệu thần kinh trong sợi trục mực khổng lồ (Hodgkin, 1952). Được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1963. Mô hình Hodgkin – Huxley mô tả hoạt động của một nơron bằng một hệ phương trình vi phân thông thường. Các phương trình này tương ứng với quá trình lưu tự động trong môi trường hoạt động. Chúng tính đến nhiều thành phần, mỗi thành phần có đối tác lý sinh riêng trong một tế bào thực (Hình bên dưới). Các bơm ion tương ứng với nguồn hiện tại I p. Lớp lipid bên trong của màng tế bào tạo thành một tụ điện có dung lượng C m. Các kênh ion của thụ thể tiếp hợp cung cấp độ dẫn điện g n, phụ thuộc vào các tín hiệu được áp dụng, chúng thay đổi theo thời gian t và tổng giá trị của điện thế màng V. Dòng điện rò của các lỗ màng tạo ra chất dẫn điện g L. Chuyển động của các ion qua các kênh ion xảy ra dưới tác dụng của các gradien điện hóa, tương ứng với các nguồn điện thế có suất điện động E n và E L.


Các thành phần chính của mô hình Hodgkin-Huxley

Đương nhiên, khi tạo mạng nơ-ron, người ta mong muốn đơn giản hóa mô hình nơ-ron, chỉ để lại những thuộc tính thiết yếu nhất trong đó. Mô hình đơn giản hóa nổi tiếng và phổ biến nhất là nơron nhân tạo McCulloch-Pitts, được phát triển vào đầu những năm 1940 (McCulloch J., Pitts W., 1956).


Tế bào thần kinh McCulloch-Pitts chính thức

Các tín hiệu được gửi đến các đầu vào của một tế bào thần kinh như vậy. Các tín hiệu này được tính tổng trọng số. Hơn nữa, một hàm kích hoạt phi tuyến tính nhất định, ví dụ, một hàm sigmoidal, được áp dụng cho sự kết hợp tuyến tính này. Thông thường, hàm logistic được sử dụng như một hàm sigmoidal:


Chức năng hậu cần

Trong trường hợp này, hoạt động của một tế bào thần kinh chính thức được viết là

Kết quả là, một tế bào thần kinh như vậy biến thành một bộ cộng ngưỡng. Với hàm ngưỡng đủ dốc, tín hiệu đầu ra của nơron là 0 hoặc 1. Tổng trọng số của tín hiệu đầu vào và trọng số của nơron là tích chập của hai hình ảnh: hình ảnh của tín hiệu đầu vào và hình ảnh được mô tả bởi trọng lượng của nơron. Kết quả tích chập càng cao thì sự tương ứng của những hình ảnh này càng chính xác. Trên thực tế, tế bào thần kinh sẽ xác định mức độ tương tự của tín hiệu được cung cấp với hình ảnh được ghi trên các khớp thần kinh của nó. Khi giá trị tích chập vượt quá một mức nhất định và hàm ngưỡng chuyển sang một, điều này có thể được hiểu là một tuyên bố mạnh mẽ của nơ-ron rằng nó đã nhận ra hình ảnh được trình bày.

Các tế bào thần kinh thực sự giống với tế bào thần kinh McCulloch-Pitts theo một cách nào đó. Biên độ của gai của chúng không phụ thuộc vào tín hiệu gì trên khớp thần kinh gây ra chúng. Bạn có thể tăng đột biến hoặc không. Nhưng các tế bào thần kinh thực sự phản ứng với một kích thích không phải bằng một xung đơn lẻ, mà bằng một chuỗi xung. Trong trường hợp này, tần số xung càng cao thì đặc tính hình ảnh của nơron càng được nhận biết chính xác. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta xây dựng một mạng nơ-ron từ những bộ cộng ngưỡng như vậy, thì với tín hiệu đầu vào tĩnh, mặc dù nó sẽ cho một loại kết quả đầu ra nào đó, nhưng kết quả này sẽ không thể tái tạo được cách thức hoạt động của các nơ-ron thực sự. Để đưa mạng nơ-ron đến gần với nguyên mẫu sinh học, chúng ta cần mô phỏng công việc trong động lực học, có tính đến các tham số thời gian và tái tạo đặc tính tần số của tín hiệu.

Nhưng bạn có thể đi theo cách khác. Ví dụ, người ta có thể chỉ ra một đặc tính tổng quát về hoạt động của một tế bào thần kinh, tương ứng với tần số xung của nó, tức là số lượng các gai trong một khoảng thời gian nhất định. Nếu chúng ta đi đến mô tả như vậy, thì chúng ta có thể nghĩ về một nơron như một bộ cộng tuyến tính đơn giản.


Bộ cộng tuyến tính

Đầu ra và theo đó, các tín hiệu đầu vào cho các tế bào thần kinh như vậy không còn là lưỡng cực (0 hoặc 1), mà được biểu thị bằng một giá trị vô hướng nhất định. Hàm kích hoạt sau đó được viết là

Bộ cộng tuyến tính không nên được coi là một thứ gì đó khác biệt cơ bản so với nơ-ron xung động, nó chỉ đơn giản là cho phép bạn đi đến các khoảng thời gian dài hơn khi mô hình hóa hoặc mô tả. Và mặc dù mô tả xung đúng hơn, việc chuyển đổi sang bộ cộng tuyến tính trong nhiều trường hợp được chứng minh bằng cách đơn giản hóa mạnh mẽ mô hình. Hơn nữa, một số đặc tính quan trọng khó thấy trong một nơ-ron tăng vọt là khá rõ ràng đối với một bộ cộng tuyến tính.

14 tháng 12, 2017

Tế bào thần kinh là một nhóm tế bào cơ thể đặc biệt phân phối thông tin khắp cơ thể. Sử dụng các tín hiệu điện và hóa học, chúng giúp não phối hợp tất cả các chức năng quan trọng.

Nói một cách đơn giản, nhiệm vụ của hệ thần kinh là thu thập các tín hiệu từ môi trường hoặc từ cơ thể, đánh giá tình hình, quyết định cách phản ứng với chúng (ví dụ: thay đổi nhịp tim), và cũng suy nghĩ về những gì đang xảy ra. và ghi nhớ nó. Công cụ chính để thực hiện các nhiệm vụ này là các tế bào thần kinh, được dệt khắp cơ thể trong một mạng lưới phức tạp.

Ước tính trung bình cho số lượng tế bào thần kinh trong não là 86 tỷ, mỗi tế bào thần kinh được kết nối với 1.000 tế bào thần kinh khác. Điều này tạo ra một mạng lưới tương tác đáng kinh ngạc. Tế bào thần kinh là đơn vị cơ bản của hệ thần kinh.

Tế bào thần kinh (tế bào thần kinh) chiếm khoảng 10% não bộ, phần còn lại là tế bào thần kinh đệm và tế bào hình sao, có chức năng duy trì và nuôi dưỡng tế bào thần kinh.

Tế bào thần kinh trông như thế nào?

Cấu trúc của một tế bào thần kinh có thể được chia thành ba phần:

Cơ thể nơron (soma) - nhận thông tin. Chứa nhân tế bào.

· Dendrites là quá trình ngắn nhận thông tin từ các tế bào thần kinh khác.

Sợi trục là một quá trình dài mang thông tin từ cơ thể của một tế bào thần kinh đến các tế bào khác. Thông thường, sợi trục kết thúc trong một khớp thần kinh (tiếp xúc) với các đuôi gai của các tế bào thần kinh khác.

Các sợi nhánh và sợi trục được gọi là sợi thần kinh.

Các sợi trục có chiều dài khác nhau rất nhiều, từ vài mm đến một mét hoặc hơn. Dài nhất là các sợi trục của hạch tủy sống.

Các loại tế bào thần kinh

Việc phân loại tế bào thần kinh có thể được thực hiện theo một số tham số, ví dụ, theo cấu trúc hoặc chức năng được thực hiện.

Các loại tế bào thần kinh tùy thuộc vào chức năng:

Tế bào thần kinh Efferent (vận động) - mang thông tin từ hệ thống thần kinh trung ương (não và tủy sống) đến các tế bào ở các bộ phận khác của cơ thể.

Tế bào thần kinh nhạy cảm (nhạy cảm) - thu thập thông tin từ toàn bộ cơ thể và mang nó đến hệ thống thần kinh trung ương.

· Interneurons - truyền thông tin giữa các tế bào thần kinh, thường nằm trong hệ thống thần kinh trung ương.

Làm thế nào để các tế bào thần kinh truyền thông tin?

Một tế bào thần kinh, nhận thông tin từ các tế bào khác, tích lũy nó cho đến khi nó vượt quá một ngưỡng nhất định. Sau đó, tế bào thần kinh gửi một xung điện xuống sợi trục - một điện thế hoạt động.

Điện thế hoạt động được tạo ra bởi sự chuyển động của các hạt mang điện qua màng sợi trục.

Ở trạng thái nghỉ ngơi, điện tích bên trong tế bào thần kinh là âm so với chất lỏng gian bào xung quanh nó. Sự khác biệt này được gọi là điện thế màng. Thông thường nó là 70 milivôn.

Khi cơ thể của một tế bào thần kinh nhận đủ điện tích và nó "bắn", sự khử cực xảy ra ở phần lân cận của sợi trục - điện thế màng tăng lên nhanh chóng và sau đó giảm xuống trong khoảng 1/1000 giây. Quá trình này kích hoạt sự khử cực của phần lân cận của sợi trục, và cứ tiếp tục như vậy, cho đến khi xung động đi dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi trục. Sau quá trình khử cực, siêu phân cực xảy ra - trạng thái nghỉ ngơi trong thời gian ngắn, lúc này việc truyền xung động là không thể.


Điện thế hoạt động thường được tạo ra bởi các ion kali (K +) và natri (Na +), các ion này di chuyển qua các kênh ion từ dịch gian bào vào tế bào và trở lại, làm thay đổi điện tích của tế bào thần kinh và làm cho nó dương tính trước, sau đó giảm đi. .

Điện thế hoạt động cung cấp cho tế bào một nguyên tắc tất cả hoặc không có gì, đó là, một xung được truyền hoặc không. Các tín hiệu yếu sẽ tích tụ trong phần thân của tế bào thần kinh cho đến khi điện tích của chúng đủ để truyền qua các quá trình.

myelin

Myelin là một chất dày, màu trắng bao phủ hầu hết các sợi trục. Lớp phủ này cung cấp cách điện cho sợi quang và tăng tốc độ của xung truyền qua nó.


Chất xơ có myelin so với chất xơ không có myelin.

Myelin được sản xuất bởi các tế bào Schwann ở ngoại vi và tế bào oligodendrocytes trong hệ thần kinh trung ương. Dọc theo quá trình của sợi, vỏ myelin bị gián đoạn - đây là các nút của Ranvier. Điện thế hoạt động chuyển từ đánh chặn sang đánh chặn, đảm bảo truyền xung lực nhanh chóng.

Bệnh đa xơ cứng, một căn bệnh phổ biến và nghiêm trọng, là do lớp vỏ myelin bị phá hủy.

Cách hoạt động của khớp thần kinh

Tế bào thần kinh và các mô mà chúng truyền xung động không tiếp xúc vật lý, luôn có một khoảng trống giữa các tế bào - khớp thần kinh.

Tùy thuộc vào cách thông tin được truyền đi, khớp thần kinh có thể là hóa chất hoặc điện.

khớp thần kinh hóa học

Sau khi tín hiệu, di chuyển dọc theo quá trình của nơ-ron, đến khớp thần kinh, có một sự giải phóng các chất hóa học - chất dẫn truyền thần kinh (chất dẫn truyền thần kinh) vào không gian giữa hai nơ-ron. Khoảng trống này được gọi là khe hở tiếp hợp.


Sơ đồ cấu trúc của một khớp thần kinh hóa học.

Chất dẫn truyền thần kinh từ một tế bào thần kinh truyền (trước synap), đi vào khe tiếp hợp, tương tác với các thụ thể trên màng của tế bào thần kinh nhận (sau synap), bắt đầu một chuỗi toàn bộ quá trình.

Các loại khớp thần kinh hóa học:

glutamatergic - chất trung gian là axit glutamic, có tác dụng kích thích khớp thần kinh;

GABA-ergic - chất trung gian là axit gamma-aminobutyric (GABA), có tác dụng ức chế khớp thần kinh;

cholinergic - chất trung gian là acetylcholine, thực hiện truyền thông tin thần kinh cơ;

adrenergic - chất trung gian là adrenaline.

khớp thần kinh điện

Các khớp thần kinh điện ít phổ biến hơn và thường gặp ở hệ thần kinh trung ương. Tế bào giao tiếp thông qua các kênh protein đặc biệt. Màng trước synap và màng sau synap trong khớp thần kinh điện nằm gần nhau nên xung lực có thể truyền trực tiếp từ tế bào này sang tế bào khác.

Tốc độ truyền xung động qua khớp thần kinh điện cao hơn nhiều so với khớp thần kinh hóa học, vì vậy chúng nằm chủ yếu ở những bộ phận cần phản ứng nhanh, ví dụ như những bộ phận chịu trách nhiệm về phản xạ bảo vệ.

Một sự khác biệt khác giữa hai loại khớp thần kinh là hướng truyền thông tin: nếu khớp thần kinh hóa học có thể truyền một xung chỉ theo một hướng, thì khớp thần kinh điện là phổ quát theo nghĩa này.

Sự kết luận

Tế bào thần kinh có lẽ là những tế bào bất thường nhất trong cơ thể. Mọi hành động mà cơ thể con người thực hiện đều được cung cấp bởi công việc của các tế bào thần kinh. Một mạng lưới thần kinh phức tạp hình thành tính cách và ý thức. Chúng chịu trách nhiệm cho cả những phản xạ nguyên thủy nhất và những quá trình phức tạp nhất liên quan đến tư duy.

Hệ sinh thái của sự sống. Khoa học và khám phá: Con người làm chủ độ sâu của biển và không gian, thâm nhập vào bí mật của không gian và ruột của trái đất. Anh ấy học cách chống lại nhiều bệnh tật

Con người làm chủ độ sâu của không gian biển và không khí, thâm nhập vào bí mật của không gian và ruột trái đất.Ông đã học cách chống lại nhiều bệnh tật và bắt đầu sống lâu hơn.Anh ta cố gắng điều khiển các gen, "phát triển" các cơ quan để cấy ghép và "tạo ra" các sinh vật sống bằng cách nhân bản.

Nhưng đối với anh ta, nó vẫn còn là bí ẩn lớn nhất làm thế nào bộ não của anh ta hoạt động, làm thế nào, với sự trợ giúp của các xung điện thông thường và một bộ nhỏ chất dẫn truyền thần kinh, hệ thần kinh không chỉ điều phối công việc của hàng tỷ tế bào cơ thể, mà còn cung cấp khả năng học hỏi, suy nghĩ, ghi nhớ, trải nghiệm những cung bậc cảm xúc rộng lớn nhất.

Trên con đường lĩnh hội những quá trình này, trước hết, một người phải hiểu cách thức hoạt động của các tế bào thần kinh (tế bào thần kinh) riêng lẻ.

Bí ẩn vĩ đại nhất - Bộ não hoạt động như thế nào

Lưới điện sinh hoạt

Theo ước tính sơ bộ, Có hơn 100 tỷ tế bào thần kinh trong hệ thần kinh của con người. Tất cả các cấu trúc của tế bào thần kinh đều tập trung để thực hiện nhiệm vụ quan trọng nhất đối với cơ thể - tiếp nhận, xử lý, dẫn và truyền thông tin được mã hóa dưới dạng tín hiệu điện hoặc tín hiệu hóa học (xung thần kinh).

Tế bào thần kinh bao gồm từ một cơ thể có đường kính từ 3 đến 100 micron, chứa nhân, một bộ máy tổng hợp protein đã phát triển và các bào quan khác, cũng như các quá trình: một sợi trục và một số sợi nhánh, theo quy luật, phân nhánh. Chiều dài của sợi trục thường vượt quá kích thước của đuôi gai một cách đáng kể, trong một số trường hợp có thể lên tới hàng chục cm và thậm chí hàng mét.

Ví dụ, sợi trục của mực ống khổng lồ dày khoảng 1 mm và dài vài mét; các nhà thí nghiệm đã không thất bại trong việc tận dụng một mô hình thuận tiện như vậy, và các thí nghiệm với tế bào thần kinh của mực đã phục vụ để làm sáng tỏ cơ chế truyền các xung thần kinh.

Bên ngoài, tế bào thần kinh được bao bọc bởi một lớp màng (cytolemma), không chỉ đảm bảo sự trao đổi các chất giữa tế bào với môi trường mà còn có khả năng dẫn truyền xung thần kinh.

Thực tế là giữa bề mặt bên trong của màng tế bào thần kinh và môi trường bên ngoài, sự khác biệt về điện thế liên tục được duy trì. Điều này là do hoạt động của cái gọi là "máy bơm ion" - phức hợp protein vận chuyển tích cực các ion kali và natri tích điện dương qua màng.

Sự chuyển giao tích cực như vậy, cũng như sự khuếch tán thụ động liên tục của các ion qua các lỗ trong màng, ở trạng thái nghỉ gây ra điện tích âm so với môi trường bên ngoài ở mặt trong của màng nơron.

Nếu sự kích thích của một tế bào thần kinh vượt quá một giá trị ngưỡng nhất định, thì một loạt các thay đổi hóa học và điện học xảy ra tại điểm kích thích (một dòng hoạt động tích cực của các ion natri vào tế bào thần kinh và một sự thay đổi ngắn hạn về điện tích từ phía bên trong của màng từ âm sang dương), lan truyền khắp toàn bộ tế bào thần kinh.

Không giống như sự phóng điện đơn giản, do sức đề kháng của tế bào thần kinh, sẽ dần dần yếu đi và chỉ có thể bao phủ một khoảng cách ngắn, xung thần kinh trong quá trình lan truyền không ngừng được phục hồi.

Các chức năng chính của tế bào thần kinh là:

  • nhận thức về các kích thích bên ngoài (chức năng thụ cảm),
  • xử lý của họ (chức năng tích hợp),
  • truyền các ảnh hưởng thần kinh đến các tế bào thần kinh khác hoặc các cơ quan làm việc khác nhau (chức năng của cơ quan tác động).

Các đuôi gai — các kỹ sư sẽ gọi chúng là “máy thu” - gửi các xung động đến cơ thể của tế bào thần kinh, trong khi sợi trục - “máy phát” - đi từ cơ thể của nó đến cơ, tuyến hoặc các tế bào thần kinh khác.

Trong khu vực liên hệ

Sợi trục có hàng ngàn nhánh kéo dài đến đuôi gai của các tế bào thần kinh khác. Vùng tiếp xúc chức năng giữa sợi trục và đuôi gai được gọi là khớp thần kinh.

Càng nhiều khớp thần kinh trên tế bào thần kinh, thì càng nhận được nhiều kích thích khác nhau và do đó, phạm vi ảnh hưởng đến hoạt động của nó và khả năng tham gia của tế bào thần kinh vào các phản ứng khác nhau của cơ thể càng rộng. Trên cơ thể của các tế bào thần kinh vận động lớn của tủy sống, có thể có tới 20 nghìn khớp thần kinh.

Synapse chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hóa học và ngược lại. Việc chuyển giao kích thích được thực hiện với sự trợ giúp của các chất hoạt tính sinh học - chất dẫn truyền thần kinh (acetylcholine, adrenaline, một số axit amin, neuropeptide, v.v.). Ochúng được chứa trong các túi đặc biệt nằm ở phần cuối của các sợi trục - phần trước synap.

Khi xung thần kinh đến phần trước synap, chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng vào khe tiếp hợp, chúng liên kết với các thụ thể nằm trên cơ thể hoặc các quá trình của tế bào thần kinh thứ hai (phần sau synap), dẫn đến việc tạo ra tín hiệu điện - điện thế sau synap.

Độ lớn của tín hiệu điện tỷ lệ thuận với lượng chất dẫn truyền thần kinh.

Một số khớp thần kinh gây ra sự khử cực nơron, một số khác lại gây tăng phân cực; cái trước là hưng phấn, cái sau là ức chế.

Sau khi ngừng giải phóng chất trung gian, các chất cặn bã của nó được loại bỏ khỏi khe tiếp hợp và các thụ thể của màng sau synap trở lại trạng thái ban đầu. Kết quả của sự tổng hợp của hàng trăm và hàng nghìn xung động kích thích và ức chế, đồng thời truyền đến tế bào thần kinh, quyết định liệu nó có tạo ra xung thần kinh tại một thời điểm nhất định hay không.

Máy tính thần kinh

Nỗ lực mô hình hóa các nguyên tắc hoạt động của mạng nơ-ron sinh học đã dẫn đến việc tạo ra một thiết bị xử lý thông tin như máy tính thần kinh .

Không giống như các hệ thống kỹ thuật số, là sự kết hợp của các đơn vị xử lý và bộ nhớ, bộ xử lý thần kinh chứa bộ nhớ được phân phối trong các kết nối (một loại khớp thần kinh) giữa các bộ xử lý rất đơn giản, có thể chính thức được gọi là tế bào thần kinh.

Máy tính thần kinh không lập trình theo nghĩa truyền thống của từ này, mà "đào tạo" bằng cách điều chỉnh hiệu quả của tất cả các kết nối "khớp thần kinh" giữa các "tế bào thần kinh" tạo nên chúng.

Các lĩnh vực ứng dụng chính của máy tính thần kinh, các nhà phát triển của chúng nhận thấy:

  • nhận dạng hình ảnh âm thanh và hình ảnh;
  • dự báo kinh tế, tài chính, chính trị;
  • kiểm soát thời gian thực các quy trình sản xuất, tên lửa, máy bay;
  • tối ưu hóa trong thiết kế các thiết bị kỹ thuật, v.v.

“Đầu là một vật thể đen tối…”

Tế bào thần kinh có thể được chia thành ba nhóm lớn:

  • thụ,
  • Trung gian,
  • hiệu ứng.

Tế bào thần kinh thụ cảm cung cấp đầu vào cho thông tin giác quan của não. Chúng biến đổi các tín hiệu nhận được bởi các cơ quan cảm giác (tín hiệu quang học trong võng mạc của mắt, tín hiệu âm thanh trong ốc tai, tín hiệu khứu giác trong cơ quan thụ cảm hóa học của mũi, v.v.) thành các xung điện của sợi trục của chúng.

tế bào thần kinh trung gian thực hiện quá trình xử lý thông tin nhận được từ các cơ quan tiếp nhận và tạo ra các tín hiệu điều khiển cho các cơ quan hiệu ứng. Các tế bào thần kinh của nhóm này tạo thành hệ thống thần kinh trung ương (CNS).

tế bào thần kinh hiệu ứng truyền các tín hiệu đến chúng đến các cơ quan điều hành. Kết quả của hoạt động của hệ thần kinh là một hoặc một hoạt động khác, dựa trên sự co hoặc giãn của các cơ hoặc sự bài tiết hoặc ngừng bài tiết của các tuyến. Nhờ hoạt động của các cơ và các tuyến mà bất kỳ cách thể hiện bản thân nào của chúng ta đều được kết nối với nhau.

Nếu các nguyên tắc hoạt động của tế bào thần kinh thụ cảm và cơ quan tác động ít nhiều đã được các nhà khoa học rõ ràng, thì giai đoạn trung gian mà cơ thể “tiêu hóa” thông tin đến và quyết định cách phản ứng với nó chỉ có thể hiểu được ở mức độ của các cung phản xạ đơn giản nhất. .

Trong hầu hết các trường hợp, cơ chế sinh lý thần kinh của sự hình thành các phản ứng nhất định vẫn còn là một bí ẩn. Không phải vô cớ mà trong các tài liệu khoa học đại chúng, não người thường được so sánh như một “hộp đen”.

“... 30 tỷ tế bào thần kinh sống trong đầu bạn, lưu trữ kiến ​​thức, kỹ năng, kinh nghiệm sống tích lũy của bạn. Sau 25 năm suy ngẫm, thực tế này đối với tôi dường như không kém phần ấn tượng so với trước đây.Màng mỏng nhất, bao gồm các tế bào thần kinh, nhìn, cảm nhận, tạo ra thế giới quan của chúng ta. Thật không thể tin được!Tận hưởng sự ấm áp của một ngày hè và những ước mơ táo bạo về tương lai - mọi thứ đều được tạo ra bởi những tế bào này ... Không có gì khác tồn tại: không có phép thuật, không có nước sốt đặc biệt, chỉ có các tế bào thần kinh biểu diễn một điệu nhảy thông tin, "nhà phát triển máy tính nổi tiếng, người sáng lập của Viện Redwood trong cuốn sách “Về trí thông minh”. Viện Thần kinh học (Hoa Kỳ) Jeff Hawkins.

Trong hơn nửa thế kỷ qua, hàng nghìn nhà sinh lý học thần kinh trên khắp thế giới đã cố gắng tìm hiểu vũ đạo của “vũ điệu thông tin” này, nhưng ngày nay chỉ những con số và bước đi riêng lẻ của nó được biết đến, điều này không cho phép tạo ra một lý thuyết phổ quát về hoạt động của não.

Cần lưu ý rằng nhiều công trình trong lĩnh vực sinh lý thần kinh được dành cho cái gọi là "bản địa hóa chức năng" - tìm ra nơ-ron, nhóm nơ-ron hoặc toàn bộ vùng não được kích hoạt trong những tình huống nhất định.

Cho đến nay, một lượng lớn thông tin đã được tích lũy về việc các tế bào thần kinh ở người, chuột và khỉ được kích hoạt có chọn lọc khi quan sát các đồ vật khác nhau, hít phải pheromone, nghe nhạc, học thơ, v.v.

Đúng vậy, đôi khi những thí nghiệm như vậy có vẻ hơi tò mò. Vì vậy, trở lại những năm 70 của thế kỷ trước, một trong những nhà nghiên cứu đã tìm thấy "tế bào thần kinh cá sấu xanh" trong não của một con chuột: các tế bào này được kích hoạt khi một con vật chạy qua mê cung, trong số các vật thể khác, tình cờ gặp một con cá sấu nhỏ màu xanh lá cây. đồ chơi đã quen thuộc với nó.

Và một nhà khoa học khác sau đó đã tìm thấy một tế bào thần kinh trong não người "phản ứng" với bức ảnh của Tổng thống Hoa Kỳ Bill Clinton.

Tất cả những dữ liệu này hỗ trợ lý thuyết rằng các tế bào thần kinh trong não chuyên biệt, nhưng không có cách nào giải thích tại sao và làm thế nào sự chuyên môn hóa này xảy ra.

Các nhà khoa học chỉ hiểu cơ chế sinh lý thần kinh của học tập và trí nhớ bằng những thuật ngữ chung. Người ta cho rằng trong quá trình ghi nhớ thông tin, các liên hệ chức năng mới được hình thành giữa các nơ-ron của vỏ não.

Nói cách khác, khớp thần kinh là "dấu vết" sinh lý thần kinh của trí nhớ. Càng nhiều khớp thần kinh mới phát sinh, trí nhớ của cá nhân càng “phong phú”. Một tế bào điển hình trong vỏ não hình thành một số (lên đến 10) nghìn khớp thần kinh. Tính tổng số tế bào thần kinh vỏ não, hóa ra hàng trăm tỷ liên hệ chức năng có thể hình thành ở đây!

Dưới ảnh hưởng của bất kỳ cảm giác nào, suy nghĩ hoặc cảm xúc xảy ra hồi ức- sự kích thích của các tế bào thần kinh riêng lẻ sẽ kích hoạt toàn bộ tập hợp chịu trách nhiệm lưu trữ thông tin này hoặc thông tin đó.

Năm 2000, nhà dược học Thụy Điển Arvid Carlsson và các nhà thần kinh học người Mỹ Paul Greengard và Eric Kendel đã được trao giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học cho những khám phá của họ liên quan đến "tín hiệu trong hệ thần kinh".

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng bộ nhớ của hầu hết các sinh vật hoạt động nhờ hoạt động của cái gọi là chất dẫn truyền thần kinh – dopamine, norepinephrine và serotonin, tác động của nó, không giống như các chất dẫn truyền thần kinh cổ điển, phát triển không phải trong mili giây, mà trong hàng trăm mili giây, giây và thậm chí hàng giờ. Đây chính xác là những gì xác định tác dụng điều chỉnh lâu dài của chúng đối với các chức năng của tế bào thần kinh, vai trò của chúng trong việc quản lý các trạng thái phức tạp của hệ thần kinh - ký ức, cảm xúc, tâm trạng.

Cũng cần lưu ý rằng giá trị của tín hiệu được tạo ra trên màng sau synap có thể khác nhau ngay cả khi có cùng giá trị của tín hiệu ban đầu đến phần trước synap. Những khác biệt này được xác định bởi cái gọi là hiệu quả, hoặc trọng lượng, của khớp thần kinh, có thể thay đổi trong quá trình hoạt động của tiếp xúc giữa các dây thần kinh.

Theo nhiều nhà nghiên cứu, việc thay đổi hiệu quả của các khớp thần kinh cũng đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của trí nhớ. Có thể thông tin mà một người thường xuyên sử dụng được lưu trữ trong các mạng thần kinh được kết nối bởi các khớp thần kinh hiệu quả cao, và do đó được “ghi nhớ” một cách nhanh chóng và dễ dàng. Đồng thời, các khớp thần kinh liên quan đến việc lưu trữ dữ liệu thứ cấp, hiếm khi được "truy xuất" dường như có đặc điểm là hiệu quả thấp.

Và họ đang hồi phục!

Một trong những vấn đề thú vị nhất về mặt y học trong khoa học thần kinh là khả năng tái tạo mô thần kinh. Người ta đã biết rằng các sợi tế bào thần kinh của hệ thần kinh ngoại biên bị cắt hoặc bị hư hỏng, được bao bọc bởi một neurilemma (vỏ bọc của các tế bào chuyên biệt), có thể tái sinh nếu cơ thể tế bào được bảo tồn nguyên vẹn. Bên dưới vị trí giao cắt, sợi thần kinh được bảo tồn như một cấu trúc hình ống, và phần sợi trục vẫn được kết nối với thân tế bào sẽ phát triển dọc theo ống này cho đến khi nó đến tận cùng dây thần kinh. Nhờ đó, chức năng của tế bào thần kinh bị tổn thương được phục hồi.

Các sợi trục trong thần kinh trung ương không được bao quanh bởi một neurilemma và do đó, rõ ràng, không thể nảy mầm trở lại vị trí của điểm kết thúc trước đây.

Đồng thời, cho đến gần đây, các nhà sinh lý học thần kinh tin rằng các tế bào thần kinh mới không được hình thành trong hệ thần kinh trung ương trong suốt cuộc đời của một người.

Các nhà khoa học cảnh báo chúng tôi: “Tế bào thần kinh không tái sinh! Người ta cho rằng việc duy trì hệ thống thần kinh ở “trạng thái hoạt động” ngay cả trong trường hợp bị bệnh và chấn thương nghiêm trọng là do tính dẻo đặc biệt của nó: các chức năng của tế bào thần kinh đã chết được tiếp quản bởi các “đồng nghiệp” còn sống của chúng, chúng tăng kích thước và hình thành các kết nối mới.

Hiệu quả cao, nhưng không giới hạn, của việc bồi thường như vậy có thể được minh họa bằng ví dụ về bệnh Parkinson, trong đó sự chết dần dần của các tế bào thần kinh xảy ra. Nó chỉ ra rằng cho đến khi khoảng 90% tế bào thần kinh trong não chết đi, các triệu chứng lâm sàng của bệnh (chân tay run rẩy, dáng đi không vững, mất trí nhớ) không xuất hiện, tức là người đó trông thực tế khỏe mạnh. Hóa ra là một tế bào thần kinh sống có thể thay thế chín tế bào đã chết về mặt chức năng!

Hiện nay người ta đã chứng minh rằng sự hình thành các tế bào thần kinh mới (hình thành thần kinh) xảy ra trong não của động vật có vú trưởng thành. Quay trở lại năm 1965, người ta đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh mới thường xuyên xuất hiện ở chuột trưởng thành trong vùng hải mã, vùng não chịu trách nhiệm về giai đoạn đầu của học tập và trí nhớ.

Mười lăm năm sau, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh mới xuất hiện trong não của loài chim trong suốt cuộc đời. Tuy nhiên, các nghiên cứu về não của động vật linh trưởng trưởng thành để hình thành thần kinh đã không cho kết quả đáng khích lệ.

Chỉ khoảng 10 năm trước, các nhà khoa học Mỹ đã phát triển một kỹ thuật chứng minh rằng các tế bào thần kinh mới được tạo ra từ các tế bào gốc tế bào thần kinh trong não của khỉ trong suốt cuộc đời. Các nhà nghiên cứu đã tiêm vào các con vật một chất có nhãn đặc biệt (bromdioxyuridine), chất này có trong DNA của các tế bào chỉ đang phân chia.

Vì vậy, người ta phát hiện ra rằng các tế bào mới bắt đầu nhân lên trong vùng dưới não thất và từ đó di chuyển đến vỏ não, nơi chúng phát triển thành trạng thái trưởng thành. Các tế bào thần kinh mới đã được tìm thấy trong các khu vực của não liên quan đến chức năng nhận thức, và không xuất hiện ở các khu vực thực hiện mức độ phân tích sơ khai hơn.

Vì lý do này, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng các tế bào thần kinh mới có thể quan trọng đối với học tập và trí nhớ.

Những điều sau đây cũng ủng hộ giả thuyết này: một tỷ lệ lớn các tế bào thần kinh mới chết trong những tuần đầu tiên sau khi chúng được sinh ra; tuy nhiên, trong những tình huống liên tục học hỏi xảy ra, tỷ lệ tế bào thần kinh sống sót cao hơn nhiều so với khi chúng "không có nhu cầu" - khi con vật bị tước đi cơ hội hình thành trải nghiệm mới.

Cho đến nay, các cơ chế phổ biến gây chết tế bào thần kinh trong các bệnh khác nhau đã được thiết lập:

1) sự gia tăng mức độ của các gốc tự do và quá trình oxy hóa gây hại cho màng tế bào thần kinh;

2) gián đoạn hoạt động của ty thể của tế bào thần kinh;

3) tác dụng bất lợi của chất dẫn truyền thần kinh kích thích quá mức glutamate và aspartate, dẫn đến tăng hoạt các thụ thể cụ thể, tích tụ quá nhiều canxi nội bào, phát triển stress oxy hóa và chết tế bào thần kinh (hiện tượng kích thích).

Dựa vào cái này, làm thuốc - chất bảo vệ thần kinh trong thần kinh học sử dụng:

  • các chế phẩm có đặc tính chống oxy hóa (vitamin E và C, v.v.),
  • chất điều chỉnh hô hấp mô (coenzyme Q10, axit succinic, riboflavini, v.v.),
  • cũng như thuốc chẹn thụ thể glutamate (memantine, v.v.).

Cũng trong khoảng thời gian đó, khả năng xuất hiện các tế bào thần kinh mới từ tế bào gốc trong não người lớn đã được xác nhận: một nghiên cứu bệnh lý trên những bệnh nhân nhận bromdiooxyuridine trong suốt cuộc đời của họ cho mục đích điều trị cho thấy rằng các tế bào thần kinh có chứa chất nhãn này được tìm thấy ở hầu hết các bộ phận. của não, bao gồm cả vỏ não.

Hiện tượng này đang được nghiên cứu toàn diện với mục đích điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh khác nhau, chủ yếu là bệnh Alzheimer và Parkinson, đã trở thành một tai họa thực sự đối với dân số "già" ở các nước phát triển.

Trong các thí nghiệm cấy ghép, cả tế bào gốc tế bào thần kinh, nằm xung quanh não thất ở cả phôi và người trưởng thành, và các tế bào gốc phôi có thể biến thành hầu hết mọi tế bào trong cơ thể đều được sử dụng.

Thật không may, ngày nay các bác sĩ không thể giải quyết vấn đề chính liên quan đến việc cấy ghép tế bào gốc tế bào thần kinh: sự sinh sản tích cực của chúng trong cơ thể người nhận trong 30-40% trường hợp dẫn đến hình thành các khối u ác tính.

Mặc dù vậy, các chuyên gia vẫn không mất đi sự lạc quan và gọi việc cấy ghép tế bào gốc là một trong những cách tiếp cận hứa hẹn nhất trong điều trị các bệnh thoái hóa thần kinh.được phát hành . Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về chủ đề này, hãy hỏi các chuyên gia và độc giả của dự án của chúng tôi .