Тело человека
Описание нейронов
Первое описание нейрона Отто Дейтерса
Этот рисунок сделал в 1860 году молодой немецкий анатом Отто Дейтерс. На тот момент ему было всего 26 лет. Это — первое в истории полноценное описание классического нейрона, в котором были выделены дендриты и аксон.
Отто Дейтерс умер от тифа всего в 29 лет, однако успел сделать в нейронанатомии очень много. Клетка нейрона содержит ядро, тело клетки и отростки (дендриты и аксоны).
Если можно так сказать, то нейрон – это самая отросчатая клетка в человеческом организме, так как его дендриты и аксоны растягиваются, соединяя нейрон с другими нейронами.
Размеры нейронов
Нейроны бывают разного размера: от 4 до 100 мкм в ширину. Чтобы представить их размер, сравните с точкой в этом тексте, ее размер примерно 500 микрон, т.е. в одной точке может содержаться около 100 нервных клеток.
История исследования нервных клеток
Камилло Гольджи (Camillo Golgi 1843-1926) крупный итальянский учёный и врач, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1906 года. Разработал методику окраски нервной ткани и первым детально исследовавший строение нейронов.
Впервые нервная клетка была обнаружена французским биологом Рене Дютроше. Позже нейроны подробно описали немецкий естествоиспытатель Кристиан Эренберг и чешский физиолог Ян Пуркинье. На этом этапе нервные клетки рассматривались как самостоятельные структуры, без связи с нервными волокнами.
Я рад, что я нашёл реакцию, чтобы продемонстрировать даже слепому, структуру головного мозга. Бартоломео Камилло Гольджи в своем письме Николо Манфреди
Нервные клетки имеют звездчатую форму. Во внешнем строении нервной клетки выделяют тело (сому) нейрона и отростки разной длины (нейриты).
Чтение мыслей
- ↑ Mature ‘lab grown’ neurons hold promise for neurodegenerative disease
- ↑ Researchers
bioprint
living brain cell networks in the lab - ↑ Artificial Neuron Uses Ions Like the Real Thing
- ↑ В России предложили эффективный способ выращивания клеток головного мозга
- ↑ Специалисты впервые перепрограммировали одиночный нейрон в мозге
Надеюсь, что данная информация о нейронах и истории их исследования была для вас полезной и интересной.
Структура нервных клеток
Длинные отростки, проводящие нервные импульсы к другим нервным клеткам, называются аксонами. В нейроне обычно присутствует только один аксон. Место выхода аксона из сомы нервной клеткой известно как аксонный холмик. Аксон оканчивается разветвлениями, или аксонными терминалиями. У зрелого нейрона, большая часть аксона изолирована миелиновой оболочкой, за исключением аксонного холмика и терминалов, что придает им белый цвет.
Короткие и ветвящиеся отростки, называемые дендритами, играют важную роль в нервной клетке. Нервная клетка имеет множество дендритов, функция которых заключается в приеме информации от других нервных клеток и ее передаче на аксон.
Виды нейронов
Для классификации нейронов по внешней морфологии выделяют униполярные, биполярные и мультиполярные клетки.
Униполярные нейроны:
- Имеют только один отросток.
- Характерны для сенсорных систем.
- Подразделяются на псевдоуниполярные нейроны, у которых отросток на выходе из клетки делится на аксон и дендрит.
- Располагаются в сенсорных узлах.
Биполярные нейроны:
- Имеют по одному аксону и дендриту.
- Встречаются в вестибулярном аппарате, сетчатке глаза и обонятельном эпителии носа.
Мультиполярные нейроны:
- Имеют множество дендритов и один аксон.
- Составляют большинство нейронов в центральной нервной системе.
Ссылки:
- Дорогина О.И. Нейрофизиология. — Екатеринбург: Урал. ун-та, 2019.
- Гайворонский И.В., Гайворонский А.И., Ничипорук Г.И. Функциональная анатомия нервной системы. — Санкт-Петербург: СпецЛит, 2016.
- Voet, D, Voet, J.G. Section 20-3: ATP-Driven Active Transport. // Biochemistry. — 4th ed. — John Wiley & Sons, 2010.
Данная статья имеет статус готовой. Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!
Определение типов нейронов и их структуры
Кроме обычных типов нейронов, существуют и специальные виды, такие как безаксонные нейроны, которые встречаются в спинальных ганглиях.
Типы нейромедиаторов
Нейромедиаторы, используемые нейронами, включают адреналин, серотонин, ГАМК, ацетилхолин и другие. В зависимости от постсинаптического действия нейромедиатора на мембрану, выделяют возбудительные и тормозные нейроны.
Различные направления нейронов
Афферентные нейроны
Передают сигнал от рецепторов в окружающей среде или внутренних органах тела в центральную нервную систему через задние рога спинного мозга.
Эфферентные нейроны
Передают импульс от центральной нервной системы к эффекторным органам (мышцам, сосудам, железам) через кору и ядра головного мозга и передние рога спинного мозга.
Вставочные нейроны
Также известные как промежуточные или ассоциативные нейроны, являются посредниками между чувствительными и двигательными нейронами. Чаще всего это мультиполярные нейроны звездчатой формы, расположенные только в центральной нервной системе и составляющие большую часть нейронов коры головного мозга.
Нейронные сети на 3D-принтере
Команда ученых из Университета Монаша разработала биочернила с живыми нейронами, которые формировали трехмерные нервные сети. Эти сети могут расти и реагировать на сигналы нервов, что позволяет исследователям исследовать структуру мозга человека.Исследователи также отметили использование магистралей, обнаруженных при печати нейронных сетей в лабораторных условиях.
Искусственные нейроны: новейшие достижения в нейронауке
Форсайт добавил, что исследователям не только получилось воссоздать структуру мозга, но и настоящее поведение и действия нейронов.
Электрофизиологические измерения показали нервную активность в искусственной нервной сети. Это прорыв в сферах нейронауки и биопринтинга.
Напечатанные нервные сети могут использоваться в исследованиях, изучающих, как формируются и растут нервы и их связи. Так ученые смогут понять, как различные заболевания влияют на передачу нервных реакций, а также проверять, какие эффекты лекарства оказывают на нервные клетки.
Разработаны искусственные нейроны, способные подключаться к живым в организме человека
В середине января 2023 года появилась информация о том, что исследователи из Университета Линчепинга в Швеции разработали искусственные нейроны, которые демонстрируют 15 из 20 характеристик биологических нейронных клеток и могут общаться с естественными нейронами в организме. Ученые назвали свое устройство органическим электрохимическим нейроном на основе проводимости (c-OECN).
В основе c-OECN лежат материалы, способные проводить отрицательный заряд, включая органические электрохимические транзисторы и проводящие полимеры n-типа. Напечатав тысячи таких транзисторов на гибкой подложке, исследователи смогли создать искусственные нейроны. Устройство использует ионы для управления потоком электричества, подобно биологическим нейронам, и на данный момент шведская команда продемонстрировала, что оно может управлять блуждающим нервом у мышей, что позволяет предположить, что оно имеет большой потенциал для применения в медицине.
Искусственный нейрон c-OECN является примером, поскольку он использует ионы для управления электричеством, проходящим через него, подобно тому, как это делают биологические нейроны, открывая и закрывая ионные каналы. Ученые надеются, что эти искусственные нейроны могут помочь в создании более реалистичного нейронного контроля в различных медицинских технологиях. Искусственные нейроны используют ионы для управления электричеством, проходящим через проводящий полимер внутри них, что приводит к скачкам напряжения, имитирующим то, что происходит в настоящих нейронах. Технология позволяет устройству контролируемо увеличивать и уменьшать ток в виде почти идеальной колоколообразной кривой, что напоминает электрическую активность в нейронах, которая контролируется натриевыми ионными каналами.
а) Вначале в срединной части эктодермы появляется утолщение — нервная пластинка.
б) Затем под влиянием индукторов, выде- ляемых хордой, эта пластинка начинает впя- чиваться. Это приводит к образованию не- рвного желобка и нервных валиков.
в) Далее нервный желобок смыкается в не- рвную трубку (3), стенка которой представля- ет собой многорядный нейроэпителий.
А нервные валики превращаются в пар- ные нервные гребни, или ганглиозные пластин- ки (4), — рыхлые скопления клеток между не- рвной трубкой и эктодермой.
из нервной трубки разви- вается центральная нервная система — спин- ной и головной мозг.
б) Клетки же нервных гребней подразделя- ются на несколько групп.
I. Одни клетки мигрируют глубоко в мезо- дерму и в соответствующих участках зародыша образуют нервные узлы (ганглии) перифериче- ской нервной системы. Имеются в виду чув- ствительные спинальные ганглии, а также ганглии вегетативной нервной системы.
II. Другие клетки остаются под эктодермой и превращаются в меланоциты — пигментные клетки кожи.
III. Третьи клетки опять-таки мигрируют и дифференцируются в периферические ней- роэндокриноциты — клетки мозгового вещес- тва надпочечников, а также многочисленные одиночные гормонпродуцирующие клетки.
– часть клеток превращается в функцио- нирующие нейроны того или иного типа, устанавливая множество межнейронных и прочих связей;
– часть клеток сохраняется в качестве ре- зервных.
– а значительная часть клеток (от 40 до 85%) погибает путем апоптоза.
б) I. Последние – это, прежде всего, клет- ки с серьезными повреждениями хромосом (в т.ч. хромосомной ДНК).
под третьим желудочком и возле гиппокампа. Видимо, новые нейроны функционируют в соседних областях, отвеча- ющих, помимо прочего, за память и эмоции.
Поэтому данные функции страдают при нарушении нейрогенеза.
Но это относится к очень ограниченной об- ласти мозга.
б) Во всех прочих отделах ЦНС гибель ней- ронов (функционирующих и резервных) не компенсируется появлением новых аналогич- ных клеток, а приводит к уменьшению их об- щего числа.
Способность нейронов к возбуждению и торможению свя- зана с наличием в их плазмолемме систем транспорта ионов: Na+,K+-насосов, К+-кана- лов и (что имеет ключевое значение) Na+-ка- налов.
а) благодаря первым двум системам в покоящейся клетке создается трансмембранная разность потен- циалов (или, более коротко, трансмембран- ный потенциал): снаружи клеток имеется некоторый избыток положительных заря- дов, а внутри — избыток отрицательных за- рядов.
б) При возбуждении же открывают- ся Na+-каналы: ионы Na+ устремляются в клетку по градиенту концентрации — и трансмембранная разность потенциалов снижается. Происходит деполяризация плаз- молеммы.
По окончании возбуждения Na+-каналы закрываются и восстанавливается исходное значение потенциала (реполяризация).
а) В одном случае Na+-каналы содержатся в плазмолемме на всем протяжении отростка, и по отростку распространяется непрерывная волна деполяризации и последующей реполяри- зации плазмолеммы.
б) В другом случае (при сальтаторном, скачкообразном, механизме) Na+-каналы со- держатся в плазмолемме лишь на отдельных участках отростка, а между этими участка- ми сигнал распространяется путем изменения электрического поля внутри отростка (для чего требуется надежная электроизоляция отрост- ка от окружающих тканей).
а) Первый (наиболее распространенный) способ — это прямой контакт нейрона с объек- том: аксон нейрона образует синапс (п. 2.3.2.4) с другим нейроном или клеткой эффекторно- го органа. При этом сигнал передается, как правило, с помощью специального химиче- ского вещества — медиатора.
б) Второй (более редкий) способ передачи сигнала — непрямое воздействие через кровь. Так действуют секреторные нейроны: их аксоны об- разуют контакты (тоже называемые синапса- ми) с кровеносным сосудом и выделяют соот- ветствующее вещество (нейрогормон) в кровь.
1. Чувствительные (рецепторные) нейроны.
Данные клетки воспринимают сигналы от периферических рецепторов. (А иногда окончания дендритов нейронов и сами являются рецепторами.) От рецепторов дендриты чув- ствительных нейронов идут к телам послед- них.
Тела же данных нейронов всегда находятся в ганглиях (т. е. вне ЦНС) — в спинномозговых узлах, чувствительных ганглиях черепно-моз- говых нервов и некоторых вегетативных ган- глиях.
Воспринимаемые сигналы передаются по аксонам чаще всего в ЦНС, реже (при за- мыкании периферических рефлекторных дуг) — на соответствующий нейрон вегетативного ганглия.
Ассоциативные нейроны
а) Определение. Ассоциативные нейроны — это такие нейроны, которые принимают сиг- налы (дендритом или непосредственно пери- карионом) от одних нейронов и передают их (по аксону) другим нейронам.
Причем в по- добных путях могут присутствовать целые це- почки из нескольких ассоциативных нейро- нов.
б) Локализация тел нейронов. Тела этих ней- ронов чаще всего находятся в центральной не- рвной
1. Афферентные пути проводят импульсы от периферии к центру:
-от рецепторов к первым ассоциативным
нейронам (расположенным, например, в
спинном мозгу)
– и от нижележащих отделов ЦНС к вышеле-
жащим (т. е. от одних ассоциативных ней- ронов к другим).
Таким образом, в образовании афферен- тных путей принимают участие (своими де- ндритами и аксонами) как рецепторные, так и ассоциативные нейроны.
2. Ассоциативные пути связывают между собой участки ЦНС примерно одного уровня: раз- ные отделы коры больших полушарий, сосед- ние сегменты спинного мозга.
Очевидно, в образовании этих путей учас- твуют только ассоциативные нейроны.
3. Эфферентные пути идут от центра к перифе- рии: от вышележащих отделов ЦНС к нижеле- жащим и от ЦНС к периферическим органам. В образовании этих путей участвуют ассоциа- тивные и эффекторные нейроны.
Синапс – соединение между нейронами
2023: Впервые созданы зрелые нейроны из стволовых клеток
12 января 2023 года американские исследователи из Северо-Западного университета (штат Иллинойс) сообщили о получении первых высокозрелых нейронов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Это открывает новые возможности по терапии нейродегенеративных заболеваний.
В ходе предыдущих работ учёные уже дифференцировали стволовые клетки в нейроны, но они были функционально незрелыми и напоминали нейроны на ранних стадиях развития. Ограниченное созревание, которое обеспечивают современные методы культивирования стволовых клеток, снижает потенциал для исследований в области нейродегенерации. Решение проблемы предложили специалисты Северо-Западного университета.
Впервые созданы зрелые нейроны из стволовых клеток
Команда сначала дифференцировала ИПСК человека в моторные и кортикальные нейроны, а затем поместила их на покрытия из синтетических нановолокон, содержащих быстро движущиеся «танцующие» молекулы. Предложенная технология решает сразу несколько важных задач. Она позволяет получать более зрелые нейроны, которые демонстрируют улучшенную электрическую активность. Кроме того, такие нейроны более расположены к установлению синаптических связей. Вдобавок они меньше слипаются по сравнению с типичными нейронами, происходящими от стволовых клеток.
Зрелые нейроны, по мнению исследователей, открывают совершенно новые возможности для изучения нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера или рассеянный склероз. Кроме того, нейроны могут быть трансплантированы пациентам с травмами спинного мозга.
| | |
|
| ————————————————– | | ————————————————– |
Как происходит передача нервного импульса от одного нейрона к другому
Микрофотография вскрытого нервного окончания. Можно увидеть везикулы с нейромедиатором (синие, фиолетовые и оранжевые шарики).
Вопреки расхожему мнению, передача нервного импульса вовсе не электрический процесс (в отличие от проведения импульса). Всё это – химический процесс, который осуществляется благодаря медиаторам.
Нейромедиаторы — короткоживущие вещества локального действия; они выделяются в щель между нейронами и передают сигнал соседним клеткам. Всё это соединение двух нейронов называется синапс.
Так выглядит синапс – соединение между нейронами. В данный момент через синаптическую щель происходит транспорт молекул активного вещества для передачи возбуждения на другой нейрон.
Зачем организму необходимы такие синапсы? Почему нельзя просто непрерывно передавать импульс? На 100 процентов пока ещё нельзя сказать, однако, понятно одно – подобные щели позволяют лучше контролировать и направлять нервные процессы в нашем организме. Вместо простого проведения импульса из точки А в точку Б, наш мозг как бы расставляет "блокпосты", на которых он может затормозить импульс (сделать рецепторы нечувствительными к нейромедиатору) или же, например, ускорить его (путём увеличения количества медиатора в щели).
Весь процесс транспортировки нейромедиатора через синаптическую щель в анимации ниже:
Кора мозжечка в 3D, где красными дендритными деревьями раскинулись среди прочих нервных клеток ветвистые нейроны Пуркинье, способные образовывать до 100 тысяч соединений (синапсов).
Роль нейронов в работе памяти
Физиологической основой памяти являются "следы" ранее бывших нервных процессов, сохраняющихся в мозге. Любой вызванный внешним раздражением нервный процесс (например, передача изображения какого-то рисунка в мозг), не проходит для нервной ткани бесследно, а оставляет в ней как бы «след» в виде определенных функциональных изменений. Таким образом, при восприятии определенной информации, между некоторыми группами нейронов образуется связь, которая и кодирует эту инфорамцию. И чем чаще данная информация поступает в мозг, тем чаще нервный импульс проходит по связи и тем больше связь "закрепляется".
Когда мы увидим, например, рисунок еще раз, то нервный импульс пройдет по знакомому пути и связь между определенными нейронами станет еще сильнее и так далее.
Согласно последним исследованиям, материальным носителем информации о разных событиях является не возбуждение разных нейронов, а различные комплексы нейронных сетей, которые и образуются в момент восприятия информации.
Ниже запись эксперимента на эту тему: здесь нейроны образуют между собой новые связи прямо в пробирке.
Нейроны, специализирующиеся на распознавании лиц
В зрительной зоне мозга существуют нейроны, специализирующиеся на распознавании лиц. Они анализируют черты лица, в первую очередь – форму глаз, и относят их к категории «человеческие лица».
После этого они сравнивают эти образы с образами, хранящимися в памяти. В результате, мы можем быстро распознавать лица наших родственников и знакомых.
При поражении этой зоны мозга возникает невозможность распознавать лица, даже самые знакомые, при том, что и зрение и распознавание других объектов может оставаться на нормальном уровне.
Правда ли, что мозг человека работает как компьютер?
Основная статья: Мозг человека
Это не совсем так, ведь мозг человека гораздо мощнее. Компьютер работает последовательно, а мозг человека параллельно. Это связано с тем, что нейроны выполняют одновременно все функции компьютера — запоминание, воспроизведение, хранение.
Одна ячейка памяти компьютера может иметь только одно из двух значений, а мозг устроен гораздо сложнее в этом плане. У нейронов есть так называемые шипики — отростки, которые и отвечают за соединения и получение связей. Это прямой аналог нуля и единицы в ячейке данных памяти компьютера. Один нейрон может иметь более 20 соединений. Это говорит о том, что наш мозг настолько совершенен, что компьютеры не смогут приблизиться к нему по уровню производительности, скорее всего, никогда.
Дивергенция – способность одиночного нейрона устанавливать многочисленные связи
Дивергенция – способность одиночного нейрона устанавливать многочисленные связи с различными нервными клетками.
Ниже на видео показано формирование нейронных систем. Рост живой нейронной сети.
Таким образом, каждый нейрон может обеспечивать широкое распространение импульса из одной точки на целый орган или систему. Также, благодаря процессу дивергенции одна и та же клетка может участвовать в организации различных реакций и контролировать большее число нейронов.
В ходе исследований был снят процесс изменения структуры нейронных связей в живом организме:
Технологии для исследования нейронов
В России разработали технологию выращивания клеток головного мозга
В конце ноября 2023 года в Белгородском государственном университете сообщили о разработке технологии культивирования нейронов. Благодаря ей можно будет определять влияние нейротоксинов или нейропротекторов на интенсивность дыхания клеток.
Как рассказали «Газете.Ru» рассказали в Минобрнауки РФ, учеными был создан метод выращивания первичной смешанной культуры нейронов гиппокампа (отдел мозга, который отвечает за кратковременную память и последующий перевод информации в долговременную память) 18-дневного эмбриона и новорожденных грызунов. Этим способом, как утверждается, можно выращивать нейроны разных видов. Также этот способ позволяет избежать глиоза и закисления среды.
Разработана техология культивирования нейронов
Технология в дальнейшем может применяться при проведении скрининговых доклинических исследований и тестировании фармакологических субстанций. Еще одной потенциальной сферой применения разработки назван подбор правильных условий для выращивания нейронов уже на начальных этапах дифференцировки клеток, добавила руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории генетических технологий и генного редактирования для биомедицины и ветеринарии Марина Скоркина.
В России научились выращивать клетки мозга из вспомогательной живой ткани
В России научились выращивать клетки мозга из вспомогательной живой ткани. Своим достижением в августе 2023 года поделились ученые Института цитологии Российской академии наук (ИНЦ РАН) с коллегами из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Подробнее здесь.
В России впервые в мире удалось «перепрограммировать» одиночный нейрон в мозге
Команда российских и зарубежных ученых в рамках эксперимента на мышах впервые смогла изменить характер работы одиночного нейрона головного мозга. Об этом в Российском научном фонде (РНФ) сообщили в середине апреля 2023 года.
Отмечается, что данный эксперимент подтвердил распространенные среди ученых представления о пластичности центральной нервной системы. Феномен пластичности играет ключевую роль в том, что живые клетки мозга способны одновременно и харнить, и обрабатывать информацию.
Команда российских и зарубежных ученых в рамках эксперимента на мышах впервые смогла изменить характер работы одиночного нейрона головного мозга
| | Мы показали, что, искусственно активируя единичный нейрон, можно изменить его ответ на зрительный стимул. Это доказывает, что нейроны изменяют свои свойства, например, при обучении и создании новых связей между клетками в процессе запоминания информации, — описал результаты исследования директор Института высшей нервной деятельности РАН Алексей Малышев. |
|
| ————————————————– | ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————- | ————————————————– |
В основе человеческой памяти, способности учиться и изменять свое поведение в зависимости от ситуации лежит синаптическая пластичность, то есть умение нервных клеток изменять силу связей друг с другом. Это свойство заключается в том, что синапс — место контакта между нейронами — может передавать сигнал от одной клетки к другой с разной эффективностью. Так, например, если мы запоминаем какую-либо информацию, связи между нейронами, отвечающими за ее «сохранение», становятся более устойчивыми и передача импульсов между этими клетками усиливается.
Из-за того, что мозг млекопитающих состоит из десятков миллионов нейронов, отследить связи между отдельными клетками оказывается довольно сложно. В связи с этим чаще всего синаптическую пластичность изучают на упрощенных биологических моделях — например, культурах нервных клеток, выращенных в чашках Петри. Однако работа нейронной сети целого мозга намного сложнее: на клетки влияют различные биологически активные вещества, постоянно присутствующие в мозге, такие как дофамин и серотонин, а также случайные сигналы от соседних клеток. Чтобы учесть все эти воздействия, исследователи разрабатывают методы исследования синаптической пластичности непосредственно в головном мозге животных.
Российские ученые создали технологию клеточной томографии, которая ускорит процесс выявления болезней
Технологию клеточной томографии предложил коллектив исследователей из НИТУ МИСИС, МГУ имени М.В. Ломоносова и ВНИИОФИ. Она позволит преодолеть ограниченность методов фазовой и абсорбционной микроскопии, которые анализируют лишь единичную клетку правильной формы. В будущем с помощью локального томографа планируется изучение субклеточных структур и цитоплазмы при функционировании нейрона, что приблизит ученых к пониманию того, как работает человеческий мозг, сообщили 9 марта 2023 года Zdrav.Expert представители НИТУ МИСиС. Подробнее здесь.
Механизм действия нейронов
Возбужденные нервные клетки взаимодействуют друг с другом посредством специализированных функциональных контактов — синапсов. Термин был введен в 1897 году английским физиологом Чарлзом Скоттом Шеррингтоном. Каждый нейрон образует с другими нейронами несколько тысяч синапсов.
Важнейшими медиаторами являются: Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), N-ацетиласпартилглутамат (NAAG), глицин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота (глутамат), дофамин, норадреналин, ацетилхолин, серотонин, таурин, так называемые эндоканнабиноиды. Возможно также триптамин, гистамин, производные арахидоновой кислоты, АТФ и ряд других.
Как мы теряем нервные клетки с самого рождения
Сколько нейронов (нервных клеток) в мозге человека? У нас их около 85 миллиардов. Для сравнения, у медузы – всего 800, у таракана – миллион, а у осьминога – 300 млн. Многие считают, что нервные клетки гибнут лишь в пожилые годы, но большая их часть теряется нами еще в детстве, когда в голове ребенка происходит процесс естественного отбора. Как в джунглях, среди нейронов выживают наиболее эффективные и приспособленные.
Нервные импульсы перемещаются со скоростью 402 километра в час
Ощущение боли, по сути, наступает мгновенно, когда вы касаетесь чего-то горячего или укалываетесь иголкой. Благодаря нашей высокоразвитой нервной системе человек может реагировать менее чем за миллисекунду на вещи, от которых следует держаться подальше.
Нервные импульсы настолько быстрые, что электрические сигналы, отвечающие за ощущения, путешествуют в мозг и из мозга со средней скоростью 402 километра в час.
Миелин предотвращает рассеивание нервных импульсов
Миелиновая оболочка — электроизолирующая жирная белая оболочка, покрывающая аксоны многих нейронов.
Миелин нарастает на наиболее часто используемых путях в мозге. Нейроны с миелином передают электрические сигналы в 10 раз быстрее, чем нейроны без миелина.
Миелин прерывается только в области перехватов Ранвье, которые встречаются через правильные промежутки длиной 0.2 mm – >1 mm. В связи с тем, что ионные токи не могут проходить сквозь миелин, вход и выход ионов осуществляется лишь в области перехватов. Это ведёт к увеличению скорости проведения нервного импульса. Таким образом, по миелинизированным волокнам импульс проводится приблизительно в 5—10 раз быстрее, чем по немиелинизированным.
Миелиновую оболочку образуют глиальные клетки: в периферической нервной системе — Шванновские клетки, в центральной нервной системе — олигодендроциты. Миелиновая оболочка формируется из плоского выроста тела глиальной клетки, многократно оборачивающего аксон подобно изоляционной ленте.
Общая длина волокон миелина человеческого мозга (включая и волокна, что соединяют между собой полушария, формируя так называемое мозолистое тело) оценивается в примерно 150 тысяч километров. Это равно четырем окружностям земного экватора.
Как нейроны анализируют поступающие импульсы
Каждый из нейронов способен принимать сотни сообщений в секунду
Чтобы не оказаться перегруженным информацией, он должен уметь судить о степени ее значимости и делать ее предварительный анализ.
Эта вычислительная деятельность происходит внутри клетки. Там складываются возбуждающие и вычитаются тормозящие импульсы.
И для того чтобы нейрон сгенерировал собственный импульс, необходимо, чтобы сумма предыдущих оказалась больше определенного значения.
Если сложение возбуждающих и тормозящих импульсов не превысит этот предел, нейрон будет "молчать".
Образование новых нейронов
Нейрогенез и синаптический прунинг
Мозг обладает способностью к нейрогенезу, то есть к образованию новых нейронов, только во время внутриутробного развития, до первых месяцев жизни.
Однако в первые три года жизни образует максимальное количество синапсов. Согласно некоторым исследованиям, у малыша трех лет от роду в мозге действует около миллиона миллиардов контактов: каждый нейрон вступает в контакт с другим не менее 15 тысяч раз.
У взрослого сохраняется примерно половина этих соединений. Очень любопытный выбор эволюции: вместо того чтобы накапливать связи, она предпочла создать их избыток, чтобы потом спокойно пожертвовать лишними.
Этот процесс называется синаптический прунинг.
Изучение нейрогенеза (образования новых нервных клеток — нейронов) — относительно новое направление исследований. За последние годы было доказано, что новые нейроны на протяжении всей жизни образуются в мозге многих млекопитающих, однако по вопросу о нейрогенезе у человека консенсуса в научном сообществе к 2019 году до сих пор нет.
Новые методы визуализации (такие, как конфокальная микроскопия), позволили доказать, что по крайней мере до полового созревания новые нейроны образуются в человеческом гиппокампе — области мозга, участвующей в формировании эмоций и памяти.
Исследования показывают, что в зубчатой фасции (части мозга, где происходит нейрогенез) имеются тысячи молодых, не до конца оформившихся нейронов во всех пробах, вне зависимости от возраста людей. Однако чем старше человек, тем меньше в зубчатой фасции клеток, вырабатывающих вещества, которые связаны со способностью мозга к перестройке существующих нейронных связей и образованию новых.
В заключении можно сказать, что всё-таки во взрослом возрасте также появляются новые нейроны, однако они образуют меньше связей друг с другом и другими нейронами, или реже мигрируют в другие отделы мозга, так что мы не можем назвать это полной регенерацией.
Влияние алкоголя на нейроны плода
В умеренных дозах алкоголь не убивает взрослые нейроны, но он может оказывать сильное воздействие на развивающиеся нервные клетки.
Поскольку почти все нейроны формируются и перемещаются на свои места еще до рождения, мозг плода очень восприимчив к алкоголю.
Алкоголь может убить недавно появившиеся на свет нейроны, воспрепятствовать их рождению и помешать их перемещению от места рождения на место конечного пребывания.
Даже кратковременного увеличения уровня алкоголя в крови бывает достаточно, чтобы некоторые нервные клетки плода погибли.
Глиальные клетки – клей для нейронов
Глиальные клетки действительно, как думали ученые раньше, играют роль клея – они окружают нейроны и удерживают их в определенном месте.
Кроме того, они поставляют нейронам топливо – питательные вещества и кислород – и работают электриками, выстраивая миелиновые оболочки, регулирующие передачу потенциала вдоль аксонов.
Освоили глиальные клетки и профессию дворников – они задерживают патогены и устраняют нейроны, прекратившие всякую активность.
Без этих важных функций глиальных клеток человеческий мозг не мог бы функционировать столь эффективно, как сейчас.