La composición del cerebro humano incluye neuronas estructurales y funcionalmente interconectadas. Este órgano de los mamíferos, según la especie, contiene de 100 millones a 100 mil millones de neuronas.
Cada neurona de mamífero consta de una célula: una unidad estructural elemental, dendritas (proceso corto) y un axón (proceso largo). El cuerpo de una unidad estructural elemental contiene un núcleo y un citoplasma.
Axon abandona el cuerpo celular y, a menudo, genera muchas ramas pequeñas antes de llegar a las terminaciones nerviosas.
Dendritas se extienden desde el cuerpo de la célula nerviosa y reciben mensajes de otras unidades del sistema nervioso.
Sinapsis- estos son los contactos donde una neurona se conecta a otra. Las dendritas están cubiertas con sinapsis que están formadas por los extremos de los axones de otras unidades estructurales y funcionales del sistema.
La composición del cerebro humano es de 86 mil millones de neuronas que consisten en un 80% de agua y consumen alrededor del 20% del oxígeno destinado a todo el organismo, aunque su masa es solo el 2% del peso corporal.
Cómo se transmiten las señales en el cerebro
Cuando las unidades de un sistema funcional, las neuronas, reciben y envían mensajes, transmiten impulsos eléctricos a lo largo de sus axones, que pueden variar en longitud desde un centímetro hasta un metro o más. está claro que es muy difícil.
Muchos axones están cubiertos con una vaina de mielina de varias capas, que acelera la transmisión de señales eléctricas a lo largo del axón. Esta capa se forma utilizando unidades estructurales especializadas de la glía. En el órgano del sistema central, la glía se llama oligodendrocitos, y en el sistema nervioso periférico, se llama células de Schwann. El centro cerebral contiene al menos diez veces más glía que las unidades del sistema nervioso. Glia tiene muchas funciones. La importancia de la glía en el transporte de nutrientes a las neuronas, purificación, procesamiento de una parte de las neuronas muertas.
Para transmitir señales, las unidades funcionales del sistema corporal de cualquier mamífero no funcionan solas. En un circuito neuronal, la actividad de una unidad estructural afecta directamente a muchas otras. Para comprender cómo estas interacciones gobiernan la función cerebral, los neurocientíficos están estudiando las conexiones entre las células nerviosas y cómo transmiten señales en el cerebro y cambian con el tiempo. Este estudio podría llevar a los científicos a comprender mejor cómo se desarrolla el sistema nervioso, cómo se expone a enfermedades o lesiones y cómo se interrumpen los ritmos naturales de las conexiones cerebrales. Gracias a la nueva tecnología de imágenes, los científicos ahora pueden visualizar mejor los circuitos que conectan las regiones y la composición del cerebro humano. 
Los avances en las técnicas, la microscopía y la computación están permitiendo a los científicos comenzar a mapear las conexiones entre las células nerviosas individuales en los animales mejor que nunca.
Al estudiar en profundidad la composición del cerebro humano, los científicos pueden arrojar luz sobre los trastornos cerebrales y los errores en el desarrollo de la red neuronal, incluidos el autismo y la esquizofrenia.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL ANALIZADOR AUDITIVO HUMANO
La estructura y el funcionamiento del analizador auditivo humano.
Toda la información sonora que una persona recibe del mundo exterior (constituye aproximadamente el 25% del total), la reconoce con la ayuda del sistema auditivo.
El sistema auditivo es una especie de receptor de información y consta de la parte periférica y las partes superiores del sistema auditivo.
La parte periférica del sistema auditivo realiza las siguientes funciones:
- una antena acústica que recibe, localiza, enfoca y amplifica la señal de sonido;
- micrófono;
- analizador de frecuencia y tiempo;
Un convertidor de analógico a digital que convierte una señal analógica en impulsos nerviosos binarios.
El sistema auditivo periférico se divide en tres partes: el oído externo, medio e interno.
El oído externo consta de la aurícula y el canal auditivo, que termina en una membrana delgada llamada membrana timpánica. Los oídos externos y la cabeza son componentes de la antena acústica externa que conecta (hace coincidir) el tímpano con el campo de sonido externo. Las principales funciones de los oídos externos son la percepción binaural (espacial), la localización de la fuente de sonido y la amplificación de la energía del sonido, especialmente en las frecuencias medias y altas.
Aurícula 1 en el área del oído externo (Fig. 1.a) dirige las vibraciones acústicas al canal auditivo 2, terminando con un tímpano 5. El canal auditivo sirve como un resonador acústico en frecuencias de aproximadamente 2.6 kHz, lo que eleva la presión del sonido tres veces. Por lo tanto, en este rango de frecuencia, la señal de sonido se amplifica significativamente, y es aquí donde se ubica el área de máxima sensibilidad auditiva. La señal de sonido actúa más en el tímpano.3.
El tímpano es una película delgada con un grosor de 74 micrones, tiene la forma de un cono que mira hacia el oído medio. Forma un borde con la región del oído medio y está conectado aquí con el mecanismo de palanca musculoesquelético en forma de martillo. 4 y yunques 5. La pata del yunque descansa sobre la membrana de la ventana ovalada 6 oído interno 7. Sistema de palanca del martillo - el yunque es un transformador de las vibraciones de la membrana timpánica, aumentando la presión sonora en la membrana de la ventana oval para obtener el mayor retorno de energía del ambiente aéreo del oído medio comunicándose con el ambiente externo a través de la nasofaringe 8, en el área del oído interno 7, lleno de un líquido incompresible: perilinfa.
El oído medio es una cavidad llena de aire conectada a la nasofaringe por la trompa de Eustaquio para igualar la presión atmosférica. El oído medio realiza las siguientes funciones: hacer coincidir la impedancia del medio aéreo con el medio líquido de la cóclea del oído interno; protección contra sonidos fuertes (reflejo acústico); amplificación (mecanismo de palanca), por lo que la presión sonora transmitida al oído interno aumenta en casi 38 dB en comparación con la que cae sobre el tímpano.
Figura 1. La estructura del órgano de la audición.
La estructura del oído interno (que se muestra en forma ampliada en la Figura 1.6) es muy compleja y se analiza aquí esquemáticamente. Su cavidad 7 es un tubo que se estrecha hacia el ápice, enrollado en 2,5 vueltas en forma de cóclea de 3,5 cm de largo, a la que se encuentran adyacentes los canales del aparato vestibular en forma de tres anillos. 9. Todo este laberinto está limitado por un tabique óseo 10. Tenga en cuenta que, además de la membrana ovalada, hay una membrana de ventana redonda en la parte de entrada del tubo. 11, realizando una función auxiliar de emparejar el oído medio e interno.
La membrana principal se encuentra a lo largo de toda la cóclea. 12 - un analizador de una señal acústica. Es una cinta estrecha de ligamentos flexibles (Fig. 1.6), que se expande hacia el vértice de la cóclea.... La sección transversal (Fig. 1.c) muestra la membrana principal 12, Membrana de hueso (de Reisner) 13, aislar el medio líquido del aparato vestibular del aparato auditivo; a lo largo de la membrana principal hay capas de las terminaciones de las fibras nerviosas del órgano 14 de Corti, que están conectadas en un torniquete 15.
La membrana principal consta de varios miles de fibras transversales. la longitud 32 mm. El órgano de Corti contiene receptores auditivos especializados- Las células de pelo. En la dirección transversal, el órgano de Corti consta de una fila de células ciliadas internas y tres filas de células ciliadas externas.
El nervio auditivo es un tronco retorcido, el núcleo del cual consta de fibras que se extienden desde el vértice de la cóclea y las capas externas de sus secciones inferiores. Habiendo ingresado al tronco encefálico, las neuronas interactúan con células de varios niveles, ascendiendo hasta la corteza y cruzando en el camino de modo que la información auditiva del oído izquierdo ingrese principalmente al hemisferio derecho, donde se procesa principalmente la información emocional, y del oído derecho al hemisferio derecho. el hemisferio izquierdo, donde se procesa principalmente la información semántica. En la corteza, las principales áreas de audición se ubican en la región temporal, existe una interacción constante entre ambos hemisferios.
El mecanismo general de transmisión del sonido se puede simplificar de la siguiente manera: las ondas sonoras pasan a través del canal del sonido y excitan las vibraciones del tímpano. Estas vibraciones se transmiten a través del sistema de los huesecillos del oído medio hasta la ventana oval, que empuja el líquido en la parte superior de la cóclea.
Cuando la membrana de la ventana oval vibra en el líquido del oído interno, surgen vibraciones elásticas que se mueven a lo largo de la membrana principal desde la base de la cóclea hasta su vértice. La estructura de la membrana principal es similar a un sistema de resonadores con frecuencias de resonancia localizadas a lo largo. Las secciones de la membrana ubicadas en la base de la cóclea resuenan con los componentes de alta frecuencia de las vibraciones del sonido, lo que hace que oscilen, las del medio responden a las de frecuencia media y las áreas ubicadas cerca de la parte superior, a las bajas frecuencias. . Los componentes de alta frecuencia en la linfa se descomponen rápidamente y no afectan las secciones de la membrana remotas desde el principio.
Fenómenos de resonancia localizados en la superficie de la membrana en forma de relieve, como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1. GRAMO, excitan las células nerviosas "pilosas" ubicadas en la membrana principal en varias capas que forman el órgano de Corti. Cada una de estas células tiene hasta cien terminaciones "peludas". En el lado exterior de la membrana hay de tres a cinco capas de tales células, y debajo de ellas hay una fila interior, de modo que el número total de células "pilosas" que interactúan entre sí capa por capa durante las deformaciones de la membrana es de aproximadamente 25. mil.
En el órgano de Corti, las vibraciones mecánicas de la membrana se convierten en impulsos eléctricos discretos de las fibras nerviosas. Cuando la membrana principal vibra, los cilios de las células ciliadas se doblan y esto genera un potencial eléctrico, lo que provoca una corriente de impulsos nerviosos eléctricos que transportan toda la información necesaria sobre la señal de sonido entrante al cerebro para su procesamiento y respuesta posteriores. El resultado de este complejo proceso es la conversión de la señal acústica de entrada en forma eléctrica y luego, con la ayuda de los nervios auditivos, se transmite a las regiones auditivas del cerebro.
Las partes superiores del sistema auditivo (incluida la corteza auditiva) pueden verse como un procesador lógico que selecciona (decodifica) señales de sonido útiles en el contexto del ruido, las agrupa de acuerdo con ciertos criterios, las compara con las imágenes en la memoria, determina su valor informativo y decide las acciones de respuesta.
Transmisión de señales de analizadores auditivos al cerebro.
La transmisión de estímulos nerviosos desde las células ciliadas al cerebro es de naturaleza electroquímica.
El mecanismo de transmisión de los estímulos nerviosos al cerebro se muestra en el diagrama de la Fig.2, donde L y R son el oído izquierdo y derecho, 1 son los nervios auditivos, 2 y 3 son los centros intermedios para la distribución y procesamiento de información ubicada en el tronco encefálico, y 2 son los llamados ... granos de caracol, 3 - aceitunas superiores.
Figura 2. El mecanismo de transmisión de estímulos nerviosos al cerebro.
El mecanismo para la formación del sentido del tono todavía está sujeto a debate. Solo se sabe que aparecen varios pulsos a frecuencias más bajas para cada medio período de la vibración del sonido. A frecuencias más altas, los pulsos no aparecen en cada medio período, pero con menos frecuencia, por ejemplo, un pulso por cada segundo período, y en frecuencias más altas, incluso por cada tercero. La frecuencia de los impulsos nerviosos que surgen depende solo de la intensidad de la estimulación, es decir, del valor del nivel de presión acústica.
La mayor parte de la información del oído izquierdo se transmite al hemisferio derecho del cerebro y, a la inversa, la mayor parte de la información del oído derecho se transmite al hemisferio izquierdo. En las partes auditivas del tronco encefálico, se determinan el tono, la intensidad del sonido y algunos signos de timbre, p. Ej. Se realiza el procesamiento de la señal primaria. Los procesos de procesamiento complejos tienen lugar en la corteza cerebral. Muchos de ellos son congénitos, muchos se forman en el proceso de comunicación con la naturaleza y las personas, desde la infancia.
Se encuentra que en la mayoría de las personas (95% de los diestros y 70% de los zurdos), el hemisferio izquierdo se excreta y procesa; signos semánticos de información y, en derecho, estético. Esta conclusión se obtuvo en experimentos sobre la percepción biótica (bifurcada, separada) del habla y la música. Cuando el oído izquierdo oye uno y el derecho otro conjunto de números, el oyente da preferencia al que percibe el oído derecho y la información sobre cuál llega al hemisferio izquierdo. Por el contrario, al escuchar diferentes melodías con diferentes oídos, se da preferencia a la que se escucha con el oído izquierdo y la información de la que llega al hemisferio derecho.
Las terminaciones nerviosas bajo la acción de la excitación generan impulsos (es decir, casi una señal ya está codificada casi digital), transmitidos a través de fibras nerviosas al cerebro: en el primer momento hasta 1000 imp / sy después de un segundo, no más de 200 debido a la fatiga, que determina el proceso de adaptación, es decir Disminución del volumen percibido con la exposición prolongada a una señal.
Aquí también hablaremos de información. Pero para no confundirnos en diferentes interpretaciones de la misma palabra, definamos inmediatamente con claridad qué información se discutirá para que el cerebro solo pueda arreglar las conexiones. El cerebro recuerda este tipo de información (comunicación). El proceso mediante el cual hace esto se llama proceso de "memoria", pero estamos acostumbrados a llamar información a lo que el cerebro no puede recordar. Estos son objetos realmente existentes del mundo que nos rodea. Esto es todo lo que tenemos que aprender en la escuela o la universidad, y esta información es de lo que vamos a hablar ahora. Averigüemos cómo reacciona el cerebro a los objetos reales, a la información textual y a un tipo de información muy especial: información de signos (o exacta). Los tipos de información enumerados: objetos reales, textos, números de teléfono (e información similar). el cerebro no puede recordar. Pero la experiencia sugiere que todavía podemos recordar algo de lo anterior. ¿Cómo memoriza y reproduce esa información?
1. IMÁGENES 2. INFORMACIÓN DEL TEXTO 3. INFORMACIÓN DEL ICONO
Primero, analicemos la reacción del cerebro a los objetos de la vida real. ¿Cómo logra el cerebro reproducirlos si ninguno de los investigadores puede detectar imágenes visuales en el cerebro? La naturaleza actuó con mucha astucia. Cualquier objeto realmente existente tiene conexiones internas. El cerebro es capaz de identificar y memorizar estas conexiones. ¿Alguna vez te has preguntado por qué, de hecho, una persona necesita múltiples sentidos? ¿Por qué sabemos captar olores, sentir el gusto, ver un objeto y oírlo (si emite sonidos)? Un objeto realmente existente emite señales físicas y químicas al espacio. Esta es la luz reflejada por él o emitida por él, estas son todo tipo de vibraciones del aire, el objeto puede saborear y las moléculas de este objeto pueden volar lejos de él. Si una persona tuviera un solo órgano sensorial, entonces el sistema de memoria del cerebro, que fija las conexiones, no podría recordar nada. Pero nuestro cerebro divide un campo de información común del objeto en varios componentes. La información ingresa al cerebro a través de diferentes canales de percepción. El analizador visual transmite los contornos del objeto (sea una manzana). El analizador auditivo percibe los sonidos que emite el objeto: cuando muerdes una manzana, se escucha un crujido característico. El analizador de sabor percibe el sabor. La nariz es capaz de captar moléculas emitidas por manzanas maduras a varios metros de distancia. Parte de la información sobre un objeto puede ingresar al cerebro a través de las manos (tacto) .Como resultado de dividir la información sobre el objeto en partes, el cerebro puede formar conexiones. Y estas conexiones se forman de forma natural. Todo lo que está en la conciencia en un momento determinado está conectado, es decir, se recuerda. Como resultado, mientras estudiamos la manzana, mientras la examinamos, la giramos en nuestras manos, la saboreamos, el cerebro distingue diferentes características de este objeto natural y forma automáticamente conexiones entre ellas, sin recordar ninguna de las características en sí. Solo se recuerdan las conexiones. Más tarde, cuando nuestra nariz huele a manzanas, es decir, un estímulo ingresa al cerebro, las conexiones previamente formadas funcionarán y el cerebro creará otras características de este objeto en nuestra conciencia. Recordaremos la imagen holística de una manzana. El mecanismo de memorización natural es tan obvio que incluso resulta extraño hablar de ello. Esta forma de memorizar nos da la oportunidad de RECONOCER los objetos del mundo que nos rodea con solo una pequeña parte de la información sobre ellos.
Principios de transmisión de información y organización estructural del cerebro
Plan
Introducción
Principios de transmisión de información y organización estructural del cerebro
Interconexiones en sistemas nerviosos simples
Redes neuronales complejas y funciones cerebrales superiores
Estructura retiniana
Imágenes y conexiones de neuronas.
Cuerpo celular, axones dendritas
Métodos para identificar neuronas y rastrear sus conexiones. Elementos nerviosos del cerebro
Agrupar celdas según su función
Subtipos de células y función
Convergencia y divergencia de vínculos
Literatura
Introducción
Los términos "neurociencia" y "neurociencia" se empezaron a utilizar en la década de 1960, cuando Stephen Kuffler creó la primera facultad en la Escuela de Medicina de Harvard, integrada por fisiólogos, anatomistas y bioquímicos. Trabajando juntos, resolvieron los problemas del funcionamiento y desarrollo del sistema nervioso, investigaron los mecanismos moleculares del cerebro.
El sistema nervioso central es un conglomerado de células en funcionamiento continuo que constantemente reciben información, la analizan, la procesan y toman decisiones. El cerebro también puede tomar la iniciativa y producir contracciones musculares coordinadas y eficientes para caminar, tragar o cantar. Para la regulación de muchos aspectos del comportamiento y para el control directo o indirecto de todo el cuerpo, el sistema nervioso posee una enorme cantidad de líneas de comunicación proporcionadas por las células nerviosas (neuronas). Las neuronas son la unidad básica, o bloque de construcción, del cerebro.
Interconexiones en sistemas nerviosos simples
Los eventos que ocurren durante la implementación de reflejos simples se pueden rastrear y analizar en detalle. Por ejemplo, cuando se golpea el ligamento de la rodilla con un martillo pequeño, los músculos y tendones del muslo se estiran y se envían impulsos eléctricos a lo largo de las fibras nerviosas sensoriales hasta la médula espinal, donde se excitan las células motoras, que producen impulsos y activan las contracciones musculares. El resultado final es un enderezamiento de la pierna en la articulación de la rodilla. Estos diagramas simplificados son muy importantes para regular las contracciones musculares que controlan los movimientos de las extremidades. En un reflejo tan simple, en el que un estímulo conduce a una salida específica, se puede analizar con éxito el papel de las señales y las interacciones de solo dos tipos de células.
Redes neuronales complejas y funciones cerebrales superiores
Analizar cómo interactúan las neuronas en vías complejas que involucran literalmente a millones de neuronas es mucho más difícil que analizar simples reflejos. Re-
La transmisión de información al cerebro durante la percepción del sonido, el tacto, el olfato o una imagen visual requiere la participación secuencial de neurona tras neurona, al igual que cuando se realiza un simple movimiento voluntario. Un problema grave en el análisis de la interacción de las neuronas y la estructura de la red surge del denso empaquetamiento de las células nerviosas, la complejidad de sus interconexiones y la abundancia de tipos de células. El cerebro no es como el hígado, que está formado por las mismas poblaciones de células. Si ha descubierto cómo funciona un área del hígado, entonces sabe mucho sobre el hígado en general. Sin embargo, conocer el cerebelo no le dirá nada sobre cómo funciona la retina o cualquier otra parte del sistema nervioso central.
A pesar de la enorme complejidad del sistema nervioso, ahora es posible analizar muchas formas en las que las neuronas interactúan en la percepción. Por ejemplo, al registrar la actividad de las neuronas en el camino del ojo al cerebro, es posible rastrear señales primero en las células que responden específicamente a la luz y luego, paso a paso, a través de conmutación secuencial, a los centros superiores de el cerebro.
Una característica interesante del sistema visual es la capacidad de resaltar imágenes, colores y movimientos contrastantes en una amplia gama de intensidades de color. A medida que lee esta página, las señales dentro del ojo brindan la oportunidad de que las letras negras se destaquen en una página blanca en una habitación oscura o con luz solar brillante. Las conexiones específicas en el cerebro forman una sola imagen, aunque los dos ojos estén separados. y escanear diferentes áreas del mundo exterior. Además, existen mecanismos para garantizar la coherencia de la imagen (aunque nuestros ojos se mueven constantemente) y para proporcionar información precisa sobre la distancia a la página.
¿Cómo las conexiones de las células nerviosas proporcionan tales fenómenos? Aunque todavía no podemos proporcionar una explicación completa, ahora se sabe mucho sobre cómo estas propiedades de la visión son proporcionadas por redes neuronales simples en el ojo y durante las etapas iniciales de conmutación en el cerebro. Por supuesto, quedan muchas preguntas sobre cuáles son las conexiones entre las propiedades neuronales y el comportamiento. Entonces, para leer una página, debe mantener una cierta posición del cuerpo, la cabeza y las manos. Además, el cerebro debe garantizar la hidratación constante del globo ocular, la constancia de la respiración y muchas otras funciones involuntarias e incontrolables.
La función de la retina es un buen ejemplo de los principios básicos del sistema nervioso.
Arroz. 1.1. Rutas desde el ojo al cerebro a través del nervio óptico y el tracto óptico.
Estructura retiniana
El análisis del mundo visual depende de información proveniente de la retina, donde tiene lugar la primera etapa de procesamiento, que marca los límites de nuestra percepción. En la Fig. 1.1 muestra los caminos desde el ojo hasta los centros superiores del cerebro. La imagen que llega a la retina está invertida, pero en todos los demás aspectos representa una visión auténtica del mundo exterior. ¿Cómo se puede transmitir esta imagen a nuestro cerebro a través de señales eléctricas que se originan en la retina y luego viajan a lo largo de los nervios ópticos?
Imágenes y conexiones de neuronas.
En la Fig. 1.2 muestra los diferentes tipos de células y su ubicación en la retina. La luz que ingresa al ojo atraviesa las capas de células transparentes y llega a los fotorreceptores. Las señales transmitidas desde el ojo a lo largo de las fibras del nervio óptico son las únicas señales de información en las que se basa nuestra visión.
El esquema del flujo de información a través de la retina (fig. 1.2A) fue propuesto por Santiago Ramón y Cajálem1) a finales del siglo XIX. Fue uno de los más grandes investigadores del sistema nervioso y realizó experimentos en una amplia variedad de animales. Hizo una generalización significativa de que la forma y la ubicación de las neuronas, así como el área de origen y el objetivo final de las señales neuronales en la red, proporcionan información esencial sobre el funcionamiento del sistema nervioso.
En la Fig. 1.2 muestra claramente que las células de la retina, como en otras partes del sistema nervioso central (SNC), están muy densamente empaquetadas. Al principio, los morfólogos tenían que desgarrar el tejido nervioso para poder ver las células nerviosas individuales. Los métodos que tiñen todas las neuronas son prácticamente inútiles para examinar la forma y la conexión de las células, porque estructuras como la retina parecen una mancha oscura de células y procesos entrelazados. Micrografía de electrones en la Fig. 1.3 muestra que el espacio extracelular alrededor de las neuronas y las células de soporte tiene solo 25 nanómetros de ancho. La mayoría de los dibujos de Ramón y Cajal se realizaron mediante el método de tinción de Golgi, que tiñe, mediante un mecanismo desconocido, solo unas pocas neuronas al azar de toda la población, pero estas pocas neuronas están completamente teñidas.
Arroz. 1.2. La estructura y las conexiones de las células en la retina de los mamíferos. (A) Esquema de la dirección de la señal del receptor al nervio óptico según Ramon-i-Cajal. (B) Distribución de Ramon-i-Cajal de los elementos celulares de la retina. (C) Dibujos de los conos y bastones de la retina humana.
Arroz. 1.3. Empaquetamiento denso de neuronas en la retina del mono. Una varilla (R) y un cono (C) están marcados.
El diagrama de la Fig. 1.2 muestra el principio de la disposición ordenada de las neuronas en la retina. Distinga fácilmente entre fotorreceptores, células bipolares y ganglionares. La dirección de transmisión es de entrada a salida, de fotorreceptores a células ganglionares. Además, otros dos tipos de células, horizontales y amacrinas, forman enlaces que conectan diferentes vías. Uno de los objetivos de la neurociencia, presente en los dibujos de Ramon-y-Cajal, es comprender cómo participa cada célula en la creación de la imagen del mundo que observamos.
Cuerpo celular, dendritas, axones
La célula ganglionar que se muestra en la Fig. 1.4 ilustra las características estructurales de las células nerviosas inherentes a todas las neuronas del sistema nervioso central y periférico. El cuerpo celular contiene el núcleo y otros orgánulos intracelulares comunes a todas las células. El largo proceso que abandona el cuerpo celular y forma una conexión con la célula objetivo se llama axón. Los términos dendrita, cuerpo celular y axón se aplican a los procesos en los que las fibras entrantes forman contactos que actúan como estaciones receptoras de excitación o inhibición. Además de la célula ganglionar, la Fig. 1.4 muestra otros tipos de neuronas. Los términos para describir la estructura de una neurona, en particular las dendritas, son algo controvertidos, pero, sin embargo, son convenientes y se usan ampliamente.
No todas las neuronas corresponden a la estructura celular simple que se muestra en la Fig. 1.4. Algunas neuronas carecen de axones; otros tienen axones sobre los que formar una conexión. Hay células cuyas dendritas pueden conducir impulsos y formar vínculos con las células diana. Si una célula ganglionar se ajusta al patrón de una neurona estándar con dendritas, un cuerpo y un axón, entonces otras células no se ajustan a ese estándar. Por ejemplo, los fotorreceptores (Figura 1.2C) no tienen dendritas obvias. La actividad de los fotorreceptores no es provocada por otras neuronas, sino que es activada por estímulos externos, la iluminación. Otra excepción en la retina es la falta de axones en los fotorreceptores.
Métodos para identificar neuronas y rastrear sus conexiones.
Aunque la técnica de Golgi todavía se usa ampliamente, muchos enfoques nuevos han facilitado la identificación funcional de neuronas y conexiones sinápticas. Las moléculas que tiñen toda la neurona se pueden inyectar a través de una micropipeta que registra simultáneamente una señal eléctrica. Los marcadores fluorescentes como Lucifer Yellow le permiten ver los procesos más delgados en una célula viva. Pueden introducirse marcadores intracelulares como la enzima peroxidasa de rábano picante (HRP) o biocitina; una vez fijados, forman un producto denso o brillan intensamente con luz fluorescente. Las neuronas se pueden teñir con peroxidasa de rábano picante y aplicación extracelular; la enzima es capturada y transportada al cuerpo celular. Los colorantes de carbocianina fluorescentes, cuando entran en contacto con la membrana neuronal, se disuelven y difunden por toda la superficie celular.
Arroz. 1.4. Formas y tamaños de neuronas.
Arroz. 1.5. Un grupo de células bipolares teñidas con un anticuerpo para la enzima fosfoquinasa C. Sólo se tiñeron las células que contienen la enzima.
Estas técnicas son muy importantes para rastrear el paso de los axones de una parte del sistema nervioso a otra.
Los anticuerpos se utilizan para describir neuronas, dendritas y sinapsis específicas marcando selectivamente componentes intracelulares o de membrana. Los anticuerpos se utilizan con éxito para rastrear la migración y diferenciación de las células nerviosas en la ontogénesis. Un enfoque adicional para describir las neuronas es la hibridación. en el lugar: Las sondas marcadas específicamente marcan el ARNm de la neurona que codifica la síntesis de un canal, receptor, transmisor o elemento estructural.
Elementos nerviosos del cerebro
Glial células. A diferencia de las neuronas, no tienen axones ni dendritas y no están conectadas directamente a las células nerviosas. Hay muchas células gliales en el sistema nervioso. Realizan muchas funciones de transmisión de señales diferentes. Por ejemplo, los axones de las células ganglionares de la retina que forman el nervio óptico conducen los impulsos muy rápidamente porque están rodeados por una vaina lipídica aislante llamada mielina. La mielina está formada por células gliales que envuelven los axones durante el desarrollo ontogenético. Las células gliales de la retina se conocen como células de Müller.
Agrupar celdas según su función
Una propiedad notable de la retina es la disposición de las células según su función. Los cuerpos celulares de los fotorreceptores, las células horizontales, bipolares, amacrinas y ganglionares, están dispuestos en capas distintas. Esta capa se encuentra en todo el cerebro. Por ejemplo, la estructura en la que las fibras del extremo del nervio óptico (cuerpo geniculado lateral) consta de 6 capas de células que son fáciles de distinguir incluso a simple vista. En muchas áreas del sistema nervioso, las células con funciones similares se agrupan en distintas estructuras esféricas conocidas como núcleos (que no deben confundirse con el núcleo celular) o ganglios (que no deben confundirse con las células ganglionares de la retina).
Subtipos de células y función
Hay varios tipos distintos de células ganglionares, horizontales, bipolares y amacrinas, cada una con una morfología característica, especificidad de neurotransmisor y propiedades fisiológicas. Por ejemplo, los fotorreceptores se dividen en dos clases fácilmente distinguibles (bastones y conos) que realizan diferentes funciones. Los palos alargados son extremadamente sensibles a los más mínimos cambios de iluminación. Al leer esta página, la luz ambiental es demasiado brillante para los palos que solo funcionan con poca luz después de un largo período de oscuridad. Los conos responden a estímulos visuales con luz brillante. Además, los conos se clasifican en subtipos de fotorreceptores que son sensibles al rojo, verde o azul. Las células amacrinas son un ejemplo sorprendente de diversidad celular: se pueden distinguir más de 20 tipos según criterios estructurales y fisiológicos.
Así, la retina ilustra los problemas más profundos de la neurociencia moderna. No se sabe por qué se necesitan tantos tipos de células amacrinas y qué funciones diferentes realiza cada uno de estos tipos de células. Es aleccionador darse cuenta de que se desconoce la función de la gran mayoría de las células nerviosas en los sistemas nerviosos central, periférico y visceral. Al mismo tiempo, esta ignorancia sugiere que muchos de los principios básicos de los cerebros robóticos aún no se comprenden.
Convergencia y divergencia de vínculos
Por ejemplo, hay una fuerte disminución en el número de células involucradas en el camino de los receptores a las células ganglionares. Las salidas de más de 100 millones de receptores convergen en 1 millón de células ganglionares, cuyos axones forman el nervio óptico. Por tanto, muchas (pero no todas) las células ganglionares reciben entradas de un gran número de fotorreceptores (convergencia) a través de células intercalares. A su vez, una célula ganglionar se ramifica intensamente y termina en muchas células diana.
Además, a diferencia del diagrama simplificado, las flechas deben apuntar a los lados para indicar interacciones entre celdas en la misma capa (conexiones laterales) e incluso en direcciones opuestas, por ejemplo, de regreso de celdas horizontales a fotorreceptores (conexiones de retorno). Tales influencias convergentes, divergentes, laterales y recurrentes son propiedades permanentes de la mayoría de las vías neurales en todo el sistema nervioso. Por lo tanto, el procesamiento de señales paso a paso simple se ve obstaculizado por interacciones paralelas e inversas.
Biología celular y molecular de neuronas
Al igual que otros tipos de células en el cuerpo, las neuronas poseen completamente los mecanismos celulares de actividad metabólica, síntesis de proteínas de membrana (por ejemplo, proteínas de canales iónicos y receptores). Además, las proteínas de los canales y receptores iónicos se transportan de forma dirigida a los sitios de localización en la membrana celular. Los canales específicos para el sodio o el potasio se encuentran en la membrana de los axones de las células ganglionares en grupos discretos (agrupaciones). Estos canales están involucrados en la iniciación y conducción de la DP.
Los terminales presinápticos, formados por los procesos de fotorreceptores, células bipolares y otras neuronas, contienen canales específicos en su membrana a través de los cuales pueden pasar los iones de calcio. La entrada de calcio desencadena la liberación del neurotransmisor. Cada tipo de neurona sintetiza, almacena y libera un tipo específico de neurotransmisor (es). A diferencia de muchas otras proteínas de membrana, los receptores de mediadores específicos se encuentran en lugares definidos con precisión: membranas postsinápticas. Entre las proteínas de la membrana también se conocen proteínas de bombeo o proteínas de transporte, cuya función es mantener la constancia del contenido interno de la célula.
La principal diferencia entre las células nerviosas y otros tipos de células del cuerpo es la presencia de un axón largo. Dado que los axones no tienen una "cocina" bioquímica para la síntesis de proteínas, todas las moléculas principales deben transportarse a los terminales mediante un proceso llamado transporte axonal, a menudo a distancias muy largas. Todas las moléculas necesarias para mantener la estructura y función, así como los canales de la membrana molecular, viajan desde el cuerpo celular de esta manera. Asimismo, las moléculas capturadas por la membrana terminal regresan al cuerpo celular mediante transporte axonal.
Las neuronas también se diferencian de la mayoría de las células en que, con algunas excepciones, no pueden dividirse. Esto significa que en los animales adultos, las neuronas muertas no se pueden reemplazar.
Regulación del desarrollo del sistema nervioso.
El alto grado de organización de una estructura como la retina plantea nuevos problemas. Si se necesita un cerebro humano para construir una computadora, nadie controla el cerebro durante el desarrollo y el establecimiento de sus conexiones. Sigue siendo un misterio cómo el "ensamblaje" correcto de partes del cerebro conduce al surgimiento de sus propiedades únicas.
En la retina madura, cada tipo de célula se encuentra en la capa o subcapa correspondiente y forma conexiones estrictamente definidas con las células diana correspondientes. Dicho dispositivo es un requisito previo para su correcto funcionamiento. Por ejemplo, para que se desarrollen células ganglionares normales, una célula progenitora debe dividirse, migrar a una ubicación específica, diferenciarse en una forma específica y formar conexiones sinápticas específicas.
Los axones de esta célula deben encontrar a una distancia considerable (nervio óptico) una cierta capa de células diana en el siguiente eslabón de conmutación sináptica. Procesos similares ocurren en todas las partes del sistema nervioso, lo que resulta en la formación de estructuras complejas con funciones específicas.
El estudio de los mecanismos de formación de estructuras tan complejas como la retina es uno de los problemas clave de la neurobiología moderna. Comprender cómo se forman las complejas interconexiones de las neuronas durante el desarrollo individual (ontogénesis) puede ayudar a describir las propiedades y los orígenes de los trastornos funcionales del cerebro. Ciertas moléculas pueden desempeñar funciones clave en la diferenciación, el crecimiento, la migración, la sinapsis y la supervivencia neuronal. Estas moléculas se describen cada vez con mayor frecuencia. Curiosamente, las señales eléctricas regulan las señales moleculares que desencadenan el crecimiento de axones y la formación de enlaces. La actividad juega un papel en el establecimiento de un patrón de conexiones.
Los enfoques genéticos permiten la identificación de genes que controlan la diferenciación de órganos completos, como el ojo completo. Goering y sus colegas investigaron la expresión génica sin ojos por la mosca de la fruta Drosophila, que controla el desarrollo de los ojos. La eliminación de este gen del genoma evita que los ojos se desarrollen. Genes homólogos en ratones y humanos (conocidos como ojo pequeño y aniridia) son similares en estructura. Si el gen homólogo sin ojos Cuando los mamíferos se incorporan y expresan artificialmente en la mosca, este animal desarrolla ojos adicionales (de estructura de mosca) en las antenas, alas y patas. Esto sugiere que este gen controla la formación de ojos en una mosca o un ratón de la misma manera, a pesar de las estructuras y propiedades completamente diferentes de los ojos de insectos y mamíferos.
Regeneración del sistema nervioso después de una lesión.
El sistema nervioso no solo establece conexiones durante el desarrollo, sino que puede restaurar algunas conexiones después de un daño (su computadora no puede hacer esto). Por ejemplo, los axones de la mano pueden brotar después de una lesión y hacer conexiones; la mano puede volver a moverse y sentir el toque. Asimismo, en una rana, pez o animal invertebrado, luego de un daño en el sistema nervioso, se observa la regeneración axonal y la restauración de la función. Después de cortar el nervio óptico en una rana o un pez, las fibras vuelven a crecer y el animal puede ver. Sin embargo, esta capacidad no es inherente al sistema nervioso central de los vertebrados adultos, no se regeneran. Se desconocen las señales moleculares que bloquean la regeneración y su importancia biológica para el funcionamiento del sistema nervioso.
conclusiones
∙ Las neuronas están conectadas entre sí de una manera estrictamente definida.
∙ La información de una célula a otra se transmite a través de sinapsis.
∙ En sistemas relativamente simples, como la retina del ojo, se pueden rastrear todas las conexiones y se puede comprender el significado de las señales intercelulares.
∙ Las células nerviosas del cerebro son elementos materiales de percepción.
∙ Las señales en las neuronas están altamente estereotipadas y son las mismas para todos los animales.
∙ Los potenciales de acción sin pérdida pueden viajar largas distancias.
∙ Los potenciales graduales locales dependen de las propiedades eléctricas pasivas de las neuronas y se extienden solo en distancias cortas.
∙ La estructura especial de las células nerviosas requiere un mecanismo especializado para el transporte axonal de proteínas y orgánulos desde y hacia el cuerpo celular.
∙ Durante el desarrollo individual, las neuronas migran a su ubicación final y establecen conexiones con los objetivos.
∙ Las señales moleculares impulsan el crecimiento axonal.
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