Į žmogaus smegenų sudėtį įeina struktūriniai ir funkciškai tarpusavyje susiję neuronai. Šiame žinduolių organe, priklausomai nuo rūšies, yra nuo 100 milijonų iki 100 milijardų neuronų.
Kiekvieną žinduolių neuroną sudaro ląstelė - elementarus struktūrinis vienetas, dendritai (trumpas procesas) ir aksonas (ilgas procesas). Elementarinio struktūrinio vieneto kūne yra branduolys ir citoplazma.
Aksonas palieka ląstelės kūną ir dažnai neršia daug smulkių šakų, kol nepasiekia nervų galūnių.
Dendritai išplėsti iš nervinės ląstelės kūno ir gauti pranešimus iš kitų nervų sistemos vienetų.
Sinapsės- tai yra kontaktai, kuriuose vienas neuronas jungiasi prie kito. Dendritai yra padengti sinapsėmis, kurios susidaro iš kitų struktūrinių ir funkcinių sistemos vienetų aksonų galų.
Žmogaus smegenų sudėtis yra 86 milijardai neuronų, kuriuos sudaro 80% vandens ir sunaudoja apie 20% deguonies, skirto visam organizmui, nors jų masė yra tik 2% kūno svorio.
Kaip signalai perduodami smegenyse
Kai funkcinės sistemos vienetai, neuronai gauna ir siunčia pranešimus, jie perduoda elektrinius impulsus išilgai savo aksonų, kurių ilgis gali skirtis nuo centimetro iki vieno metro ar daugiau. aišku, kad tai labai sunku.
Daugelis aksonų yra padengti daugiasluoksniu mielino apvalkalu, kuris pagreitina elektros signalų perdavimą išilgai aksono. Šis apvalkalas suformuotas naudojant specializuotus glia struktūrinius padalinius. Centrinės sistemos organuose glia vadinami oligodendrocitais, o periferinėje nervų sistemoje - Schwann ląstelėse. Smegenų centre yra bent dešimt kartų daugiau glia nei nervų sistemos vienetų. Glia turi daug funkcijų. Glia reikšmė pernešant maistines medžiagas į neuronus, išvalant, apdorojant dalį negyvų neuronų.
Norint perduoti signalus, bet kurio žinduolio kūno sistemos funkciniai vienetai neveikia vieni. Neuroninėje grandinėje vieno struktūrinio vieneto veikla tiesiogiai veikia daugelį kitų. Norėdami suprasti, kaip ši sąveika reguliuoja smegenų funkciją, neurologai tiria ryšius tarp nervų ląstelių ir kaip jie perduoda signalus smegenyse ir keičiasi laikui bėgant. Šis tyrimas galėtų paskatinti mokslininkus geriau suprasti, kaip vystosi nervų sistema, veikiami ligos ar sužalojimai, sutrinka natūralus smegenų jungčių ritmas. Dėl naujos vaizdo gavimo technologijos mokslininkai dabar geriau gali vizualizuoti grandines, jungiančias žmogaus smegenų regionus ir sudėtį. 
Technikos, mikroskopijos ir skaičiavimo pažanga leidžia mokslininkams geriau nei bet kada pradėti kartografuoti ryšius tarp atskirų gyvūnų nervinių ląstelių.
Atidžiai tyrinėdami žmogaus smegenų sudėtį, mokslininkai gali išsiaiškinti smegenų sutrikimus ir nervų tinklo vystymosi klaidas, įskaitant autizmą ir šizofreniją.
PAGRINDINĖS ŽMOGAUS KLAUSOS ANALIZATORIAUS CHARAKTERISTIKOS
Žmogaus klausos analizatoriaus struktūra ir veikimas
Visą patikimą informaciją, kurią žmogus gauna iš išorinio pasaulio (ji sudaro apie 25% visos sumos), jis atpažįsta klausos sistemos pagalba.
Klausos sistema yra tam tikras informacijos imtuvas ir susideda iš periferinės ir aukštesnės klausos sistemos dalių.
Periferinė klausos sistemos dalis atlieka šias funkcijas:
- akustinė antena, kuri priima, lokalizuoja, fokusuoja ir sustiprina garso signalą;
- mikrofonas;
- dažnio ir laiko analizatorius;
Analoginis-skaitmeninis keitiklis, konvertuojantis analoginį signalą į dvejetainius nervinius impulsus.
Periferinė klausos sistema yra padalinta į tris dalis: išorinę, vidurinę ir vidinę ausis.
Išorinę ausį sudaro auskaras ir klausos kanalas, kuris baigiasi plona membrana, vadinama ausies būgneliu. Išorinės ausys ir galva yra išorinės akustinės antenos, jungiančios (suderinančios) ausies būgną su išoriniu garso lauku, komponentai. Pagrindinės išorinių ausų funkcijos yra binauralinis (erdvinis) suvokimas, garso šaltinio lokalizavimas ir garso energijos stiprinimas, ypač vidutinio ir aukšto dažnio.
Auricle 1 išorinės ausies srityje (1.a pav.) nukreipia akustines vibracijas į ausies kanalą 2, baigiantis būgnine membrana 5. Klausos kanalas tarnauja kaip akustinis rezonatorius, kurio dažnis yra apie 2,6 kHz, o tai trigubai padidina garso slėgį. Todėl šiame dažnių diapazone garso signalas yra žymiai sustiprintas, ir būtent čia yra maksimalaus klausos jautrumo sritis. Garso signalas toliau veikia ausies būgnelį3.
Ausies būgnelis yra plona 74 mikronų storio plėvelė, kūgio formos, nukreipta į vidurinę ausį. Jis sudaro sieną su vidurinės ausies sritimi ir čia yra sujungtas su raumenų ir kaulų svirties mechanizmu plaktuko pavidalu 4 ir priekaliai 5. Priekio koja remiasi į ovalo formos lango membraną 6 vidinė ausis 7. Malleus svirties sistema - priekalė yra būgninės membranos vibracijų transformatorius, padidinantis garso slėgį ovalo formos lango membranoje, kad būtų užtikrinta didžiausia energijos grąža iš vidurinės ausies oro aplinkos, bendraujančios su išorine aplinka per nosiaryklę 8, į vidinės ausies 7 sritį, pripildytą nesuspausto skysčio - perilimfos.
Vidurinė ausis yra oro užpildyta ertmė, prijungta prie nosiaryklės Eustachijaus vamzdeliu, kad būtų suvienodintas atmosferos slėgis. Vidurinė ausis atlieka šias funkcijas: suderina oro terpės varžą su skysta vidinės ausies sraigės terpe; apsauga nuo garsių garsų (akustinis refleksas); stiprinimas (svirties mechanizmas), dėl kurio į vidinę ausį perduodamas garso slėgis padidėja beveik 38 dB, palyginti su tuo, kuris patenka ant ausies būgnelio.
1 pav. Klausos organo sandara
Vidinės ausies struktūra (parodyta išplėstine forma 1.6 paveiksle) yra labai sudėtinga ir čia aptariama schematiškai. Jo ertmė 7 yra vamzdis, siaurėjantis iki viršūnės, susuktas į 2,5 posūkio 3,5 cm ilgio košelės pavidalu, prie kurio trys žiedai yra greta vestibuliarinio aparato kanalų. 9. Visą šį labirintą riboja kaulinė pertvara 10. Atkreipkite dėmesį, kad įleidimo vamzdžio dalyje, be ovalios membranos, yra apvali lango membrana 11, atliekanti pagalbinę vidurinės ir vidinės ausies derinimo funkciją.
Pagrindinė membrana yra išilgai viso sraigės ilgio 12 - garso signalo analizatorius. Tai siaura lanksčių raiščių juostelė (1.6 pav.), Besiplečianti prie kochlea viršūnės... Skerspjūvis (1.c pav.) Rodo pagrindinę membraną 12, kaulų (Reisnerio) membrana 13, vestibiuliarinio aparato skystos terpės atitvėrimas nuo klausos aparato; išilgai pagrindinės membranos yra 14 -ojo Corti organo nervinių skaidulų galūnių sluoksniai, sujungti į žnyplę 15.
Pagrindinę membraną sudaro keli tūkstančiai skersinių pluoštų ilgis 32 mm. Corti organas turi specializuotus klausos receptorius- plaukų ląstelės. Skersine kryptimi Corti organą sudaro viena eilė vidinių plaukų ląstelių ir trys eilės išorinių plaukų ląstelių.
Klausos nervas yra susuktas kamienas, kurio šerdis susideda iš pluoštų, besitęsiančių nuo sraigės viršūnės, o išoriniai sluoksniai - iš apatinių jo sekcijų. Patekę į smegenų kamieną, neuronai sąveikauja su įvairaus lygio ląstelėmis, pakyla iki žievės ir pakeliui kerta taip, kad klausos informacija iš kairės ausies patenka daugiausia į dešinįjį pusrutulį, kur daugiausia apdorojama emocinė informacija, ir nuo dešinės ausies iki kairysis pusrutulis. kur daugiausia apdorojama semantinė informacija. Žievėje pagrindinės klausos zonos yra laikinojoje srityje, tarp abiejų pusrutulių vyksta nuolatinė sąveika.
Bendrąjį garso perdavimo mechanizmą galima supaprastinti taip: garso bangos praeina per garso kanalą ir sužadina ausies būgnelio vibracijas. Šios vibracijos per vidurinės ausies kaulų sistemą perduodamos į ovalųjį langą, kuris stumia skystį viršutinėje sraigės dalyje.
Kai ovalo formos lango membrana vibruoja vidinės ausies skystyje, atsiranda elastingų vibracijų, kurios juda išilgai pagrindinės membranos nuo varpos pagrindo iki jo viršūnės. Pagrindinės membranos struktūra yra panaši į rezonatorių sistemą, kurios rezonansiniai dažniai yra lokalizuoti išilgai. Membranos sekcijos, esančios sraigės apačioje, rezonuoja į aukšto dažnio garso virpesių komponentus, todėl jos vibruoja, vidurinės reaguoja į vidutinio dažnio, o sritys, esančios šalia viršaus-į žemą. dažniai. Aukšto dažnio komponentai limfoje greitai suyra ir neturi įtakos nuo pat pradžių esančioms membranos sekcijoms.
Rezonansiniai reiškiniai, lokalizuoti ant membranos paviršiaus reljefo pavidalu, kaip schematiškai parodyta fig. 1. G, sužadinti nervų „plaukų“ ląsteles, esančias pagrindinėje membranoje, keliais sluoksniais, sudarančiais Corti organą. Kiekviena iš šių ląstelių turi iki šimto „plaukuotų“ galūnių. Išorinėje membranos pusėje yra nuo trijų iki penkių tokių ląstelių sluoksnių, o po jomis yra vidinė eilutė, todėl bendras „plaukų“ ląstelių, kurios membranos deformacijų metu sluoksniu po kito sąveikauja, skaičius yra apie 25 tūkstantis.
Korti organe mechaninės membranos vibracijos paverčiamos atskirais nervinių skaidulų elektriniais impulsais. Kai pagrindinė membrana vibruoja, blakstienos ant plaukų ląstelių sulenkiamos, ir tai sukuria elektros potencialą, dėl kurio atsiranda elektrinių nervinių impulsų srautas, kuris perduoda smegenims visą reikalingą informaciją apie gaunamą garso signalą tolesniam apdorojimui ir atsakui. Šio sudėtingo proceso rezultatas yra įvesties akustinio signalo pavertimas elektrine forma, o paskui, naudojant klausos nervus, jis perduodamas į klausos smegenų sritis.
Į aukštesnes klausos sistemos dalis (įskaitant klausos žievę) galima žiūrėti kaip į loginį procesorių, kuris triukšmo fone parenka (iššifruoja) naudingus garso signalus, sugrupuoja juos pagal tam tikrus kriterijus, lygina su atmintyje esančiais vaizdais, nustato jų informacinę vertę ir nusprendžia dėl reagavimo veiksmų.
Signalų perdavimas iš klausos analizatorių į smegenis
Nervų dirgiklių perdavimas iš plaukų ląstelių į smegenis yra elektrocheminis.
Nervų dirgiklių perdavimo į smegenis mechanizmas pateiktas 2 paveiksle, kur L ir P yra kairioji ir dešinė ausys, 1 yra klausos nervai, 2 ir 3 yra tarpiniai centrai, skirti paskirstyti ir apdoroti informacija, esanti smegenų kamiene, o 2 yra vadinamosios ... sraigių branduoliai, 3 - viršutinės alyvuogės.
2 pav. Nervų dirgiklių perdavimo į smegenis mechanizmas
Dėl pikio jausmo formavimo mechanizmo vis dar diskutuojama. Tik žinoma, kad žemesniais dažniais kiekvienam garso vibracijos pusperiodžiui atsiranda keli impulsai. Esant aukštesniems dažniams, impulsai pasitaiko ne kas pusmetį, bet rečiau, pavyzdžiui, po vieną impulsą kas antrą laikotarpį, o aukštesniais-net kas trečią. Atsirandančių nervinių impulsų dažnis priklauso tik nuo stimuliacijos intensyvumo, t.y. pagal garso slėgio lygio vertę.
Dauguma informacijos, gaunamos iš kairės ausies, perduodama į dešinįjį smegenų pusrutulį, ir, atvirkščiai, didžioji dalis informacijos, gaunamos iš dešinės ausies, perduodama į kairįjį pusrutulį. Klausos smegenų kamieno dalyse nustatomas aukštis, garso intensyvumas ir kai kurie tembro požymiai, t.y. atliekamas pirminis signalo apdorojimas. Smegenų žievėje vyksta sudėtingi apdorojimo procesai. Daugelis jų yra įgimti, daugelis susiformuoja bendravimo su gamta ir žmonėmis procese, pradedant nuo kūdikystės.
Nustatyta, kad daugumos žmonių (95% dešiniarankių ir 70% kairiarankių) kairysis pusrutulis išsiskiria ir apdorojamas; semantiniai informacijos ženklai, o teisėje - estetiniai. Ši išvada buvo padaryta eksperimentuojant su biotišku (dvišakiu, atskiru) kalbos ir muzikos suvokimu. Kai kairioji ausis girdi vieną, o dešinė - kitą skaičių rinkinį, klausytojas teikia pirmenybę tajai, kurią suvokia dešinė ausis ir informacija apie kurią ateina į kairįjį pusrutulį. Priešingai, klausantis skirtingų melodijų skirtingomis ausimis, pirmenybė teikiama tai, kurios klausomasi kaire ausimi ir informacijai, iš kurios ateina į dešinįjį pusrutulį.
Jaudinant nervų galūnės generuoja impulsus (ty beveik signalas jau yra užkoduotas beveik skaitmeniniu būdu), perduodamas nervinėmis skaidulomis į smegenis: pirmą kartą iki 1000 impulsų per sekundę, o po sekundės - ne daugiau kaip 200 dėl nuovargio, kuris lemia adaptacijos procesą, t.y. sumažėjęs suvokiamas garsumas, ilgai veikiant signalui.
Čia taip pat kalbėsime apie informaciją. Bet kad nesusipainiotume skirtinguose to paties žodžio aiškinimuose, iškart aiškiai apibrėžkime, kokia informacija bus aptariama. Taigi, smegenys gali nustatyti tik ryšius. Tokią informaciją (bendravimą) smegenys prisimena. Procesas, kuriuo jis tai daro, vadinamas „atminties“ procesu, tačiau mes esame įpratę informaciją vadinti tuo, ko smegenys negali prisiminti. Tai tikrai egzistuojantys mus supančio pasaulio objektai. Tai viskas, ko turime išmokti mokykloje ar kolegijoje, ir apie šią informaciją dabar kalbėsime. Išsiaiškinkime, kaip smegenys reaguoja į tikrus objektus, į tekstinę informaciją ir į labai ypatingą informacijos rūšį - ženklą (arba tikslią) informaciją. Išvardytos informacijos rūšys - tikri objektai, tekstai, telefono numeriai (ir panaši informacija) - smegenys negali prisiminti. Tačiau patirtis rodo, kad vis tiek galime prisiminti ką nors iš aukščiau. Kaip įsiminti ir atgaminti tokią informaciją?
1. VAIZDAI 2. INFORMACIJA APIE TEKSTĄ 3. INFORMACIJA APIE IKONĄ
Pirmiausia išanalizuokime smegenų reakciją į realaus gyvenimo objektus. Kaip smegenys sugeba jas atgaminti, jei nė vienas iš tyrėjų negali aptikti vaizdinių vaizdų smegenyse? Gamta pasielgė labai gudriai. Bet koks tikrai egzistuojantis objektas turi vidinius ryšius. Smegenys sugeba atpažinti ir įsiminti šiuos ryšius. Ar kada susimąstėte, kodėl iš tikrųjų žmogui reikia kelių pojūčių? Kodėl mes žinome, kaip sugauti kvapus, pajusti skonį, pamatyti objektą ir jį išgirsti (jei jis skleidžia garsus)? Tikrai esantis objektas skleidžia fizinius ir cheminius signalus į kosmosą. Tai yra nuo jos atspindėta ar jos skleidžiama šviesa, tai yra visų rūšių oro virpesiai, objektas gali paragauti, o šio objekto molekulės gali skristi nuo jo. Jei žmogus turėtų tik vieną jutimo organą, tada smegenų atminties sistema, fiksuojanti ryšius, nieko negalėtų prisiminti. Tačiau vieną bendrą informacijos lauką iš objekto mūsų smegenys suskaido į kelis komponentus. Informacija į smegenis patenka įvairiais suvokimo kanalais. Vizualinis analizatorius perteikia objekto kontūrus (tegul tai būna obuolys). Klausos analizatorius suvokia objekto skleidžiamus garsus: įkandus obuoliui, pasigirsta būdingas traškėjimas. Skonio analizatorius suvokia skonį. Už kelių metrų esanti nosis gali užfiksuoti prinokusių obuolių skleidžiamas molekules. Dalis informacijos apie objektą gali patekti į smegenis per rankas (prisilietimas) .Suardžius informaciją apie objektą į dalis, smegenys sugeba užmegzti ryšius. Ir šie ryšiai susiformuoja natūraliai. Viskas, kas yra sąmonėje vienu metu, yra sujungta, tai yra, tai prisimenama. Dėl to, kol mes tyrinėjame obuolį, kol mes jį tiriame, sukiojame rankose, ragaujame, smegenys išskiria skirtingas šio gamtos objekto savybes ir automatiškai formuoja ryšius tarp jų. Nė viena savybė nėra įsimenama. Prisimenami tik ryšiai. Vėliau, kai mūsų nosis užuodžia obuolių kvapą - tai yra, į smegenis patenka dirgiklis - anksčiau suformuoti ryšiai veiks ir smegenys mūsų sąmonėje sukurs kitas šio objekto savybes. Prisiminsime holistinį obuolio įvaizdį. Natūralaus įsiminimo mechanizmas yra toks akivaizdus, kad net keista apie tai kalbėti. Šis įsiminimo metodas suteikia mums galimybę PRIPAŽINTI mus supančio pasaulio objektus tik nedidelės informacijos apie juos dalimi.
Informacijos perdavimo principai ir smegenų struktūrinė organizacija
Planuoti
Įvadas
Informacijos perdavimo principai ir smegenų struktūrinė organizacija
Santykiai paprastose nervų sistemose
Sudėtingi nervų tinklai ir aukštesnės smegenų funkcijos
Tinklainės struktūra
Neuronų vaizdai ir jungtys
Ląstelės kūnas, dendritai aksonai
Neuronų identifikavimo ir jų jungčių atsekimo metodai. Nerviniai smegenų elementai
Ląstelių grupavimas pagal funkciją
Ląstelių potipiai ir funkcijos
Ryšių suartėjimas ir išsiskyrimas
Literatūra
Įvadas
Sąvokos „neuromokslas“ ir „neuromokslas“ buvo pradėtos naudoti praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje, kai Stephenas Kuffleris Harvardo medicinos mokykloje sukūrė pirmąjį fakultetą, kuriame dirbo fiziologai, anatomikai ir biochemikai. Bendradarbiaudami jie išsprendė nervų sistemos veikimo ir vystymosi problemas, ištyrė smegenų molekulinius mechanizmus.
Centrinė nervų sistema yra nuolat veikiantis ląstelių konglomeratas, kuris nuolat gauna informaciją, ją analizuoja, apdoroja ir priima sprendimus. Smegenys taip pat sugeba imtis iniciatyvos ir sukurti suderintus, efektyvius raumenų susitraukimus vaikščiojant, ryjant ar dainuojant. Norint reguliuoti daugelį elgesio aspektų ir tiesiogiai ar netiesiogiai valdyti visą kūną, nervų sistema turi daugybę nervinių ląstelių (neuronų) teikiamų ryšio linijų. Neuronai yra pagrindinis smegenų vienetas arba statybinė medžiaga.
Santykiai paprastose nervų sistemose
Įvykiai, įvykę įgyvendinant paprastus refleksus, gali būti atsekti ir išsamiai išanalizuoti. Pavyzdžiui, kai kelio raištis smogia mažu plaktuku, ištempiami šlaunies raumenys ir sausgyslės, o elektriniai impulsai jutimo nervų skaidulomis keliauja į nugaros smegenis, kur susijaudina motorinės ląstelės, sukeldamos impulsus ir suaktyvindamos raumenų susitraukimus. Galutinis rezultatas yra kojos tiesinimas kelio sąnaryje. Tokios supaprastintos diagramos yra labai svarbios reguliuojant raumenų susitraukimus, kurie kontroliuoja galūnių judesius. Esant tokiam paprastam refleksui, kai dirgiklis veda prie konkretaus išėjimo, galima sėkmingai išanalizuoti tik dviejų tipų ląstelių signalų vaidmenį ir sąveiką.
Sudėtingi nervų tinklai ir aukštesnės smegenų funkcijos
Analizuoti neuronų sąveiką sudėtingais keliais, apimančiais pažodžiui milijonus neuronų, yra daug sunkiau nei analizuoti paprastus refleksus. Pakartotinai
Norint perduoti informaciją smegenims suvokiant garsą, prisilietimą, kvapą ar vizualinį vaizdą, reikia nuosekliai įtraukti neuroną po neurono, taip pat atliekant paprastą savanorišką judesį. Rimta problema analizuojant neuronų sąveiką ir tinklo struktūrą kyla dėl tankaus nervinių ląstelių supakavimo, jų tarpusavio ryšių sudėtingumo ir ląstelių tipų gausos. Smegenys nėra panašios į kepenis, kurias sudaro tos pačios ląstelių populiacijos. Jei atradote, kaip veikia viena kepenų sritis, tuomet žinote daug apie kepenis apskritai. Tačiau žinojimas apie smegenėles nieko nepasakys apie tai, kaip veikia tinklainė ar bet kuri kita centrinės nervų sistemos dalis.
Nepaisant didžiulio nervų sistemos sudėtingumo, dabar galima analizuoti daugybę neuronų sąveikos suvokimo būdų. Pavyzdžiui, įrašant neuronų veiklą kelyje iš akies į smegenis, galima atsekti signalus pirmiausia ląstelėse, kurios konkrečiai reaguoja į šviesą, o po to, žingsnis po žingsnio, perjungiant nuosekliai, į aukštesnius smegenys.
Įdomi vizualinės sistemos ypatybė yra galimybė išryškinti kontrastingus vaizdus, spalvas ir judesius didžiuliu spalvų intensyvumu. Kai skaitote šį puslapį, akyje esantys signalai suteikia galimybę juodoms raidėms išsiskirti baltame lape tamsioje patalpoje ar ryškioje saulės šviesoje. Konkretūs smegenų ryšiai sudaro vieną vaizdą, nors abi akys yra atskirtos ir nuskaityti įvairias išorinio pasaulio sritis. Be to, yra mechanizmų, kurie užtikrina vaizdo nuoseklumą (nors mūsų akys nuolat juda) ir suteikia tikslią informaciją apie atstumą iki puslapio.
Kaip nervų ląstelių jungtys suteikia tokius reiškinius? Nepaisant to, kad mes dar negalime pateikti visiško paaiškinimo, dabar daug žinoma apie tai, kaip šias regėjimo savybes suteikia paprasti nervų tinklai akyje ir pradiniuose smegenų perjungimo etapuose. Žinoma, lieka daug klausimų, kokie yra ryšiai tarp neuronų savybių ir elgesio. Taigi, norėdami perskaityti puslapį, turite išlaikyti tam tikrą kūno, galvos ir rankų padėtį. Be to, smegenys turi užtikrinti nuolatinį akies obuolio drėkinimą, kvėpavimo pastovumą ir daugelį kitų nevalingų ir nekontroliuojamų funkcijų.
Tinklainės funkcija yra geras pagrindinių nervų sistemos principų pavyzdys.
Ryžiai. 1.1. Keliai iš akies į smegenis per regos nervą ir regos takus.
Tinklainės struktūra
Vaizdinio pasaulio analizė priklauso nuo informacijos, gaunamos iš tinklainės, kur vyksta pirmasis apdorojimo etapas, kuris nustato mūsų suvokimo ribas. Fig. 1.1 parodytas kelias nuo akies iki aukštesnių smegenų centrų. Vaizdas, pasiekiantis tinklainę, yra apverstas, tačiau visais kitais atžvilgiais vaizduoja sąžiningą išorinio pasaulio vaizdą. Kaip šis vaizdas gali būti perduotas mūsų smegenims per elektrinius signalus, kurie kyla iš tinklainės, o po to keliauja palei regos nervus?
Neuronų vaizdai ir jungtys
Fig. 1.2 parodytas skirtingų tipų ląstelės ir jų vieta tinklainėje. Į akis patenkanti šviesa praeina per skaidrių ląstelių sluoksnius ir pasiekia fotoreceptorius. Signalai, perduodami iš akies išilgai regos nervo pluoštų, yra vieninteliai informaciniai signalai, kuriais grindžiamas mūsų regėjimas.
Informacijos srauto per tinklainę schemą (1.2A pav.) Pasiūlė Santiago Ramón y Cajálem1) XIX amžiaus pabaigoje. Jis buvo vienas didžiausių nervų sistemos tyrinėtojų ir atliko eksperimentus su įvairiausiais gyvūnais. Jis padarė reikšmingą apibendrinimą, kad neuronų forma ir vieta, taip pat neuronų signalų kilmės sritis ir galutinis taikinys tinkle suteikia esminės informacijos apie nervų sistemos funkcionavimą.
Fig. 1.2 aiškiai parodo, kad tinklainės ląstelės, kaip ir kitose centrinės nervų sistemos (CNS) dalyse, yra labai tankiai supakuotos. Iš pradžių morfologai turėjo suplėšyti nervinį audinį, kad pamatytų atskiras nervines ląsteles. Metodai, dažantys visus neuronus, praktiškai nenaudingi tiriant ląstelių formą ir ryšį, nes tokios struktūros kaip tinklainė atrodo kaip tamsi susipynusių ląstelių ir procesų lopinėlis. Elektronų mikrografas fig. 1.3 rodo, kad tarpląstelinė erdvė aplink neuronus ir atramines ląsteles yra tik 25 nanometrų pločio. Dauguma Ramon y Cajal piešinių buvo padaryti naudojant Golgi dažymo metodą, kuris, naudojant nežinomą mechanizmą, nudažo tik kelis atsitiktinius neuronus iš visos populiacijos, tačiau šie keli neuronai yra visiškai nudažyti.
Ryžiai. 1.2. Žinduolių tinklainės ląstelių struktūra ir jungtys. (A) Signalo iš receptoriaus į regos nervą krypties schema pagal Ramon-i-Cajal. (B) tinklainės ląstelių elementų Ramon-i-Cajal pasiskirstymas. (C) Žmogaus tinklainės strypų ir kūgių brėžiniai.
Ryžiai. 1.3. Tankus neuronų pakavimas beždžionės tinklainėje. Pažymėtas vienas strypas (R) ir vienas kūgis (C).
Diagrama fig. 1.2 parodytas tvarkingo neuronų išsidėstymo tinklainėje principas. Lengva atskirti fotoreceptorius, bipolines ir ganglines ląsteles. Perdavimo kryptis yra nuo įvesties iki išvesties, nuo fotoreceptorių iki ganglioninių ląstelių. Be to, dar dviejų tipų ląstelės, horizontalios ir amakrininės, sudaro ryšius, jungiančius skirtingus kelius. Vienas iš neurologijos tikslų, esantis Ramon-y-Cajal piešiniuose, yra suprasti, kaip kiekviena ląstelė dalyvauja kuriant mūsų stebimą pasaulio vaizdą.
Ląstelių kūnas, dendritai, aksonai
Gangliono ląstelė, parodyta fig. 1.4 iliustruoja nervų ląstelių struktūrines savybes, būdingas visiems centrinės ir periferinės nervų sistemos neuronams. Ląstelės kūne yra branduolys ir kitos ląstelėse esančios organelės, bendros visoms ląstelėms. Ilgas procesas, kuris palieka ląstelės kūną ir sudaro ryšį su tiksline ląstele, vadinamas aksonu. Terminai dendritas, ląstelės kūnas ir aksonas yra taikomi procesams, kuriuose gaunami pluoštai sudaro kontaktus, kurie veikia kaip sužadinimo ar slopinimo stotys. Be gangliono ląstelės, pav. 1.4 parodo kitų tipų neuronus. Sąvokos, apibūdinančios neurono struktūrą, ypač dendritai, yra šiek tiek prieštaringos, tačiau vis dėlto jos yra patogios ir plačiai naudojamos.
Ne visi neuronai atitinka paprastą ląstelių struktūrą, parodyta fig. 1.4. Kai kuriems neuronams trūksta aksonų; kiti turi aksonus, ant kurių užmezgamas ryšys. Yra ląstelių, kurių dendritai gali atlikti impulsus ir užmegzti ryšius su tikslinėmis ląstelėmis. Jei gangliono ląstelė atitinka standartinio neurono modelį su dendritai, kūnu ir aksonu, tada kitos ląstelės neatitinka šio standarto. Pavyzdžiui, fotoreceptoriai (1.2C pav.) Neturi akivaizdžių dendritų. Fotoreceptorių veiklą sukelia ne kiti neuronai, o aktyvina išoriniai dirgikliai, apšvietimas. Kita tinklainės išimtis yra aksonų trūkumas fotoreceptoriuose.
Neuronų identifikavimo ir jų jungčių atsekimo metodai
Nors Golgi technika vis dar plačiai naudojama, daugelis naujų metodų palengvino funkcinį neuronų ir sinapsinių jungčių identifikavimą. Molekulės, nudažančios visą neuroną, gali būti švirkščiamos per mikropipetę, kuri vienu metu įrašo elektrinį signalą. Fluorescenciniai žymekliai, tokie kaip Liuciferio geltona spalva, leidžia pamatyti ploniausius gyvų ląstelių procesus. Galima įvesti tarpląstelinius žymenis, tokius kaip krienų peroksidazės (HRP) fermentas arba biocitinas; užfiksavus, jie sudaro tankų gaminį arba ryškiai šviečia fluorescencinėje šviesoje. Neuronai gali būti nudažyti krienų peroksidaze ir aplieti ekstraląsteliniu būdu; fermentas yra sugautas ir pernešamas į ląstelės kūną. Fluorescenciniai karbocianino dažai, susilietę su neurono membrana, ištirpsta ir pasklinda per visą ląstelės paviršių.
Ryžiai. 1.4. Neuronų formos ir dydžiai.
Ryžiai. 1.5. Bipolinių ląstelių grupė, nudažyta antikūnu prieš fermentą fosfokinazę C. Dažytos tik ląstelės, kuriose yra fermento.
Šie metodai yra labai svarbūs, norint atsekti aksonų perėjimą iš vienos nervų sistemos dalies į kitą.
Antikūnai naudojami specifiniams neuronams, dendritams ir sinapsėms apibūdinti, pasirinktinai žymint ląstelės ar membranos komponentus. Antikūnai sėkmingai naudojami nervų ląstelių migracijai ir diferenciacijai sekti ontogenezėje. Papildomas būdas apibūdinti neuronus yra hibridizacija savo vietoje: specialiai pažymėti zondai žymi neurono mRNR, koduojančią kanalo, receptoriaus, siųstuvo ar struktūrinio elemento sintezę.
Nerviniai smegenų elementai
Glial ląstelės. Skirtingai nuo neuronų, jie neturi aksonų ar dendritų ir nėra tiesiogiai susiję su nervų ląstelėmis. Nervų sistemoje yra daug glijos ląstelių. Jie atlieka daugybę skirtingų signalų perdavimo funkcijų. Pavyzdžiui, tinklainės gangliono ląstelių aksonai, sudarantys regos nervą, labai greitai perduoda impulsus, nes juos supa izoliacinis lipidų apvalkalas, vadinamas mielinu. Mieliną sudaro gliuzinės ląstelės, kurios ontogenezinio vystymosi metu apgaubia aksonus. Tinklainės gliaudinės ląstelės yra žinomos kaip Müllerio ląstelės.
Ląstelių grupavimas pagal funkciją
Nuostabi tinklainės savybė yra ląstelių išdėstymas pagal funkciją. Fotoreceptorių, horizontalių, bipolinių, amakrininių ir ganglioninių ląstelių kūnai yra išdėstyti skirtinguose sluoksniuose. Šis sluoksnis randamas visoje smegenyse. Pavyzdžiui, struktūra, kurioje regos nervo galo pluoštai (šoninis lytinis kūnas) susideda iš 6 ląstelių sluoksnių, kuriuos lengva atskirti net plika akimi. Daugelyje nervų sistemos sričių ląstelės, turinčios panašias funkcijas, yra suskirstytos į atskiras sferines struktūras, žinomas kaip branduoliai (nepainioti su ląstelių branduoliu) arba ganglijos (nepainioti su tinklainės gangliono ląstelėmis).
Ląstelių potipiai ir funkcijos
Yra keletas skirtingų ganglioninių, horizontalių, bipolinių ir amakrininių ląstelių tipų, kurių kiekviena turi būdingą morfologiją, siųstuvo specifiškumą ir fiziologines savybes. Pavyzdžiui, fotoreceptoriai yra suskirstyti į dvi lengvai atskiriamas klases - strypus ir kūgius, kurie atlieka skirtingas funkcijas. Pailgos lazdelės yra itin jautrios menkiausiems apšvietimo pokyčiams. Skaitant šį puslapį, aplinkos šviesa yra per ryški lazdoms, kurios veikia tik esant silpnam apšvietimui po ilgo tamsos. Kūgiai reaguoja į regos stimulus ryškioje šviesoje. Be to, kūgiai toliau klasifikuojami į fotoreceptorių potipius, kurie yra jautrūs raudonai, žaliai arba mėlynai. Amacrine ląstelės yra ryškus ląstelių įvairovės pavyzdys: pagal struktūrinius ir fiziologinius kriterijus galima atskirti daugiau nei 20 tipų.
Taigi tinklainė iliustruoja giliausias šiuolaikinės neurologijos problemas. Nežinoma, kodėl reikia tiek daug amakrininių ląstelių tipų ir kokias skirtingas funkcijas atlieka kiekvienas šių ląstelių tipas. Smagu suvokti, kad daugumos centrinės, periferinės ir visceralinės nervų sistemos nervų ląstelių funkcija nežinoma. Tuo pačiu metu šis nežinojimas leidžia manyti, kad daugelis pagrindinių robotų smegenų principų dar nėra suprantami.
Ryšių suartėjimas ir išsiskyrimas
Pavyzdžiui, stipriai sumažėja dalyvaujančių ląstelių skaičius kelyje nuo receptorių iki gangliono ląstelių. Daugiau nei 100 milijonų receptorių išėjimai susilieja su 1 milijonu ganglioninių ląstelių, kurių aksonai sudaro regos nervą. Taigi daugelis (bet ne visos) gangliono ląstelės gauna įvestis iš daugybės fotoreceptorių (konvergencija) per tarpakulines ląsteles. Savo ruožtu viena gangliono ląstelė intensyviai šakojasi ir baigiasi ant daugelio tikslinių ląstelių.
Be to, priešingai nei supaprastinta schema, rodyklės turi būti nukreiptos į šonus, kad būtų rodoma to paties sluoksnio ląstelių sąveika (šoninės jungtys) ir net priešingomis kryptimis - pavyzdžiui, atgal iš horizontalių ląstelių į fotoreceptorius (grįžtamieji ryšiai). Toks susiliejantis, besiskiriantis, šoninis ir pasikartojantis poveikis yra nuolatinės daugelio nervų takų visoje nervų sistemoje savybės. Taigi paprastam laipsniškam signalų apdorojimui trukdo lygiagreti ir atvirkštinė sąveika.
Ląstelių ir molekulinė neuronų biologija
Kaip ir kitų tipų kūno ląstelės, neuronai visiškai turi ląstelių metabolinio aktyvumo mechanizmus, membraninių baltymų sintezę (pavyzdžiui, jonų kanalų ir receptorių baltymus). Be to, jonų kanalų ir receptorių baltymai yra tikslingai transportuojami į lokalizacijos vietas ląstelių membranoje. Kanalai, būdingi natriui ar kaliui, yra ant ganglioninių ląstelių aksonų membranos atskirose grupėse (grupėse). Šie kanalai dalyvauja inicijuojant ir vykdant PD.
Presinapsiniai terminalai, suformuoti fotoreceptorių, bipolinių ląstelių ir kitų neuronų procesų, membranoje turi specifinius kanalus, per kuriuos gali praeiti kalcio jonai. Kalcio patekimas sukelia neuromediatoriaus išsiskyrimą. Kiekvienas neurono tipas sintezuoja, kaupia ir išskiria tam tikro tipo neuromediatorių (-us). Skirtingai nuo daugelio kitų membraninių baltymų, specifinių mediatorių receptoriai yra tiksliai apibrėžtose vietose - postsinapsinėse membranose. Tarp membranos baltymų taip pat žinomi siurblio baltymai arba transportavimo baltymai, kurių vaidmuo yra išlaikyti vidinio ląstelės turinio pastovumą.
Pagrindinis skirtumas tarp nervinių ląstelių ir kitų kūno ląstelių yra ilgas aksonas. Kadangi aksonai neturi biocheminės „virtuvės“ baltymų sintezei, visos pagrindinės molekulės turi būti gabenamos į terminalus naudojant procesą, vadinamą aksonų transportu, dažnai labai dideliais atstumais. Visos molekulės, reikalingos struktūrai ir funkcijai palaikyti, taip pat molekulinės membranos kanalai, tokiu būdu keliauja iš ląstelės kūno. Panašiai, galinės membranos užfiksuotos molekulės grįžta į ląstelės kūną, naudodamos aksoninį transportą.
Neuronai skiriasi nuo daugelio ląstelių ir tuo, kad, išskyrus kelias išimtis, jie negali dalintis. Tai reiškia, kad suaugusiems gyvūnams negalima pakeisti negyvų neuronų.
Nervų sistemos vystymosi reguliavimas
Didelis tokios struktūros, kaip tinklainė, organizavimo lygis kelia naujų problemų. Jei žmogaus smegenys yra reikalingos kompiuteriui sukurti, tai niekas nekontroliuoja jo vystymosi ir ryšių kūrimo metu. Vis dar lieka paslaptis, kaip teisingas smegenų dalių „surinkimas“ lemia jo unikalių savybių atsiradimą.
Subrendusioje tinklainėje kiekvieno tipo ląstelės yra atitinkamame sluoksnyje arba antriniame sluoksnyje ir sudaro griežtai apibrėžtus ryšius su atitinkamomis tikslinėmis ląstelėmis. Toks prietaisas yra būtina tinkamo veikimo sąlyga. Pavyzdžiui, kad normalios gangliono ląstelės išsivystytų, kamieninė ląstelė turi padalyti, migruoti į tam tikrą vietą, diferencijuoti į tam tikrą formą ir suformuoti specifinius sinaptinius ryšius.
Šios ląstelės aksonai turi rasti didelį atstumą (regos nervą) tam tikrą tikslinių ląstelių sluoksnį kitoje sinapsinio perjungimo grandyje. Panašūs procesai vyksta visose nervų sistemos dalyse, todėl susidaro sudėtingos struktūros, turinčios specifines funkcijas.
Tokių sudėtingų struktūrų kaip tinklainė susidarymo mechanizmų tyrimas yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės neurobiologijos problemų. Supratimas, kaip susidaro sudėtingos neuronų jungtys individualaus vystymosi metu (ontogenezė), gali padėti apibūdinti smegenų funkcinių sutrikimų savybes ir kilmę. Tam tikros molekulės gali atlikti pagrindinį vaidmenį diferenciacijos, augimo, migracijos, sinapsės ir neuronų išgyvenimo srityse. Tokios molekulės aprašomos vis dažniau. Įdomu tai, kad elektriniai signalai reguliuoja molekulinius signalus, kurie sukelia aksonų augimą ir jungčių susidarymą. Veikla vaidina svarbų vaidmenį nustatant ryšių modelį.
Genetiniai metodai leidžia identifikuoti genus, kontroliuojančius visų organų, pavyzdžiui, visos akies, diferenciaciją. Goeringas ir jo kolegos ištyrė genų ekspresiją be akių vaisių musė Drosophila, kuris kontroliuoja akių vystymąsi. Šio geno pašalinimas iš genomo neleidžia akims vystytis. Homologiniai genai pelėms ir žmonėms (žinomi kaip maža akis ir aniridija) yra panašios struktūros. Jei homologinis genas be akių Kai žinduoliai dirbtinai įterpiami ir išreiškiami musėje, tada šiam gyvūnui ant antenų, sparnų ir kojų atsiranda papildomų (musės struktūros) akių. Tai rodo, kad šis genas vienodai kontroliuoja akių formavimąsi musėje ar pelėje, nepaisant visiškai skirtingų vabzdžių ir žinduolių akių struktūrų ir savybių.
Nervų sistemos regeneracija po traumų
Nervų sistema ne tik užmezga ryšius vystymosi metu, bet ir gali atkurti kai kuriuos ryšius po žalos (jūsų kompiuteris to negali padaryti). Pavyzdžiui, rankoje esantys aksonai po sužalojimo gali išdygti ir užmegzti ryšius; ranka vėl gali judėti ir jausti prisilietimą. Panašiai ir varlei, žuviai ar bestuburiui, pažeidus nervų sistemą, stebimas aksonų regeneravimas ir funkcijos atstatymas. Nupjovus varlės ar žuvies regos nervą, pluoštai vėl auga ir gyvūnas gali matyti. Tačiau šis gebėjimas nėra būdingas suaugusių stuburinių gyvūnų centrinei nervų sistemai - jie neatsinaujina. Molekuliniai signalai, blokuojantys regeneraciją, ir jų biologinė reikšmė nervų sistemos veikimui nežinomi.
išvadas
∙ Neuronai yra tarpusavyje sujungti griežtai apibrėžtu būdu.
∙ Informacija iš ląstelės į ląstelę perduodama per sinapses.
Relatively Santykinai paprastose sistemose, tokiose kaip akies tinklainė, galima atsekti visus ryšius ir suprasti tarpląstelinių signalų reikšmę.
The Smegenų nervinės ląstelės yra materialūs suvokimo elementai.
∙ Signalai neuronuose yra labai stereotipiniai ir vienodi visiems gyvūnams.
Action Be nuostolių veikimo potencialas gali nukeliauti didelius atstumus.
Grad Vietinis laipsniškas potencialas priklauso nuo pasyvių neuronų elektrinių savybių ir pasklinda tik nedideliais atstumais.
Ypatingai nervų ląstelių struktūrai reikalingas specializuotas mechanizmas baltymams ir organelėms pernešti iš ląstelės kūno ir į jį.
Individual Individualaus vystymosi metu neuronai migruoja į savo galutinę vietą ir užmezga ryšius su taikiniais.
∙ Molekuliniai signalai skatina aksonų augimą.
Bibliografija
Penrose R. NAUJOJI KARALIAUS MINTA. Apie kompiuterius, mąstymą ir fizikos dėsnius.
Gregory R.L.
Lekakh V.A. Raktas suprasti fiziologiją.
Gamow G., Ichas M. Ponas Tompkinsas savyje: nuotykiai naujoje biologijoje.
Kozhedub R.G. Membrana ir sinoptinės pagrindinių smegenų principų apraiškų modifikacijos.
