Žmogaus smegenys kintamose ribose. Bendra idėja apie nervų sistemos struktūrą ir funkcijas Nervų ląstelės liečiasi viena su kita

Žmonės turi daugiau nei šimtą milijardų neuronų. Kiekvienas neuronas susideda iš kūno ir procesų – dažniausiai vieno ilgo aksono ir kelių trumpų šakotų dendritų. Šių procesų dėka neuronai susisiekia vienas su kitu ir sudaro tinklus bei apskritimus, kuriais cirkuliuoja nerviniai impulsai. Visą gyvenimą žmogaus smegenys praranda neuronus. Tokia ląstelių mirtis yra genetiškai užprogramuota, tačiau skirtingai nei kitų audinių ląstelės, neuronai nesugeba dalytis. Tokiu atveju veikia kitoks mechanizmas: žuvusių nervinių ląstelių funkcijas perima jų „kolegos“, kurios didėja ir formuoja naujus ryšius, kompensuojančius negyvos ląstelės neveiklumą.

Remiantis populiariu įsitikinimu, nervų ląstelės neatsinaujina. Tačiau tai netiesa: neuronai – nervų sistemos ląstelės – iš tiesų negali dalytis kaip kitų audinių ląstelės, tačiau atsiranda ir vystosi net suaugusio žmogaus smegenyse. Be to, neuronai sugeba atkurti prarastus procesus ir kontaktus su kitomis ląstelėmis.
Žmogaus nervų sistema susideda iš centrinės ir periferinės dalies. Centrinė dalis apima smegenis ir nugaros smegenis. Smegenyse yra didžiausia neuronų kolekcija. Iš kiekvieno kūno tęsiasi daugybė procesų, kurie sudaro ryšius su kaimyniniais neuronais. Periferinę dalį sudaro stuburo, vegetaciniai ir kaukolės mazgai, nervai ir nervų galūnės, kurios užtikrina nervinių impulsų laidumą galūnėms, vidaus organams ir audiniams. Sveikoje būsenoje nervų sistema yra gerai koordinuotas mechanizmas, jei viena iš sudėtingos grandinės grandžių neatlieka savo funkcijų, kenčia visas kūnas. Pavyzdžiui, stiprus smegenų pažeidimas po insulto, Parkinsono liga, Alzheimerio liga lemia pagreitintą neuronų mirtį. Jau kelis dešimtmečius mokslininkai bandė suprasti, ar įmanoma paskatinti prarastų nervų ląstelių atstatymą.

Ir vis dėlto jie atsinaujina

Pirmosios mokslinės publikacijos, patvirtinančios naujų neuronų gimimą suaugusių žinduolių smegenyse, priklauso amerikiečių tyrinėtojui Josephui Altmanui. 1962 metais žurnalas „Science“ paskelbė jo straipsnį „Ar suaugusių žinduolių smegenyse susidaro nauji neuronai?“, kuriame Altmanas kalbėjo apie savo eksperimento rezultatus. Elektros srovės pagalba jis sunaikino vieną iš žiurkės smegenų struktūrų (šoninį geniculate kūną) ir įnešė ten radioaktyvią medžiagą, kuri prasiskverbia į naujas ląsteles. Po kelių mėnesių Altmanas atrado naujus radioaktyvius neuronus talamuose ir smegenų žievėje. Vėlesniais metais Altmanas paskelbė dar keletą straipsnių, įrodančių neurogenezės egzistavimą smegenyse. Pavyzdžiui, 1965 metais jo straipsnis buvo paskelbtas žurnale „Nature“. Nepaisant to, Altmanas turėjo daug priešininkų mokslo bendruomenėje, tik po kelių dešimtmečių, 1990-aisiais, jo darbai buvo pripažinti, o naujų neuronų gimimo fenomenas – neurogenezė – tapo viena žaviausių neurofiziologijos sričių.
Šiandien jau žinoma, kad neuronai gali atsirasti suaugusio žinduolio smegenyse iš vadinamųjų neuronų kamieninių ląstelių. Iki šiol buvo nustatyta, kad tai vyksta trijose smegenų srityse: hipokampo dantytoje, subventrikulinėje srityje (smegenų šoninių skilvelių šoninėse sienelėse) ir smegenėlių žievėje. Smegenėlėse neurogenezė yra aktyviausia. Ši smegenų sritis yra atsakinga už informacijos apie nesąmoningus automatizuotus įgūdžius įgijimą ir saugojimą – pavyzdžiui, mokydamiesi šokti, palaipsniui nustojame galvoti apie judesius, juos atliekame automatiškai; informacija apie šias pas yra saugoma smegenyse. Ko gero, labiausiai tyrėjus domina neurogenezė dantytajame žiede. Čia gimsta mūsų emocijos, saugoma ir apdorojama erdvinė informacija. Iki šiol nepavyko išsiaiškinti, kaip naujai susiformavę neuronai veikia jau susiformavusius prisiminimus ir sąveikauja su subrendusiomis šios smegenų dalies ląstelėmis.

Eksperimentai su žiurkėmis įvairaus dizaino labirintuose padeda mokslininkams suprasti, kas vyksta su naujais neuronais smegenyse ir kaip jie įsilieja į gerai funkcionuojantį jau esamų nervų sistemos ląstelių darbą.

Labirintas atminimui

Siekiant suprasti, kaip nauji neuronai sąveikauja su senaisiais, Moriso vandens labirinte aktyviai tiriamas gyvūnų mokymosi procesas. Eksperimento metu gyvūnas patalpinamas į 1,2–1,5 m skersmens, 60 cm gylio baseiną, kurio sienelės skiriasi, tuo tarpu tam tikrame baseino taške po vandeniu yra paslėpta kelių milimetrų platforma. Į vandenį panirusi laboratorinė žiurkė linkusi greitai pajusti tvirtą žemę po kojomis. Plaukdamas baseine gyvūnas sužino, kur yra platforma, o kitą kartą ją suranda greičiau.
Treniruojant žiurkes Moriso vandens labirinte buvo galima įrodyti, kad erdvinės atminties formavimasis lemia jauniausių neuronų mirtį, tačiau aktyviai palaiko ląstelių, kurios susiformavo likus maždaug savaitei iki eksperimento, t.y. atminties formavimosi procesas, reguliuojamas naujų neuronų tūris. Tuo pačiu metu naujų neuronų atsiradimas suteikia galimybę formuotis naujiems prisiminimams. Priešingu atveju gyvūnai ir žmonės negalėtų prisitaikyti prie besikeičiančių aplinkos sąlygų.
Pastebėta, kad susidūrus su pažįstamais objektais hipokampe suaktyvėja skirtingos neuronų grupės. Matyt, kiekviena tokių neuronų grupė turi konkretaus įvykio ar vietos atmintį. Be to, gyvenimas įvairioje aplinkoje stimuliuoja neurogenezę hipokampe: pelės, gyvenančios narvuose su žaislais ir labirintais, turi daugiau naujai susiformavusių neuronų hipokampe nei jų giminaičiai iš standartinių tuščių narvų.
Pastebėtina, kad neurogenezė aktyviai vyksta tik tose smegenų srityse, kurios yra tiesiogiai atsakingos už fizinį išlikimą: orientaciją pagal kvapą, orientaciją erdvėje ir už motorinės atminties formavimąsi. Abstraktaus mąstymo mokymas vyksta aktyviai jaunystėje, kai smegenys dar tik auga ir neurogenezė veikia visas sritis. Tačiau sulaukus brandos, psichinės funkcijos vystosi dėl neuronų kontaktų pertvarkymo, bet ne dėl naujų ląstelių atsiradimo.
Nepaisant kelių nesėkmingų bandymų, iki tol nežinomų neurogenezės židinių suaugusiųjų smegenyse paieška tęsiasi. Ši kryptis laikoma aktualia ne tik fundamentiniam mokslui, bet ir taikomiesiems tyrimams. Daugelis centrinės nervų sistemos ligų yra susijusios su tam tikros smegenų neuronų grupės praradimu. Jei pavyktų išauginti jiems pakaitalą, būtų nugalėta Parkinsono liga, daugelis Alzheimerio ligos apraiškų, neigiamos epilepsijos ar insulto pasekmės.

Smegenų pleistrai

Kitas įdomus metodas, kurį savo tyrimuose taiko neurologai – embrioninių kamieninių ląstelių implantavimas į suaugusio gyvūno smegenis, siekiant atkurti prarastas funkcijas. Kol kas tokie eksperimentai veda prie įvesto audinio ar ląstelių atmetimo dėl stipraus imuninio atsako, tačiau kai kuriais atvejais kamieninėms ląstelėms įsišaknijus, jos išsivysto į glialines ląsteles (lydintį audinį), o visai ne į neuronus. Net jei ateityje neurogenezę bus galima suaktyvinti bet kurioje smegenų srityje, neaišku, kaip naujai susiformavę neuronai užmegs ryšius jau susiformavusiame nervinių ląstelių tinkle ir ar iš viso galės tai padaryti. Jei hipokampas yra pasiruošęs tokiam procesui, tai naujų neuronų atsiradimas kitose smegenų srityse gali sutrikdyti per daugelį metų susikurtus tinklus; vietoj laukiamos naudos galbūt bus padaryta tik žala. Nepaisant to, mokslininkai ir toliau aktyviai tiria neurogenezės galimybes kitose smegenų dalyse.

Paveikslėlyje parodytas naujų neuronų susidarymo procesas suaugusio žinduolių hipokampe, kai jis veikiamas mažomis radiacijos dozėmis. Nauji neuronai yra raudoni, glia yra žali.

Visai neseniai, 2010 m. vasarį, grupė Kanados mokslininkų iš Toronto ir Vaterlo universitetų paskelbė eksperimentų, naudojant ciklosporiną A kaip neurogenezės stimuliatorių, rezultatus. Nustatyta, kad ciklosporinas A ląstelių kultūroje padidina augimą ir ląstelių skaičių vienoje kolonijoje, o šios medžiagos skyrimas suaugusioms pelėms padidino neuronų kamieninių ląstelių skaičių smegenyse.
Kartu su dirbtinėmis medžiagomis tiriamos ir endogeninių molekulių, galinčių sustiprinti neurogenezę, savybės. Didžiausio dėmesio čia nusipelno neurotrofiniai veiksniai, kuriuos gamina gyvūnų kūnas. Tai yra nervų augimo faktorius (NGF), smegenų kilmės neurotrofinis faktorius (BDNF), neurotrofinai-1, -3 ir -4.
Neurotrofiniai faktoriai priklauso baltymų grupei, kuri palaiko nervinių ląstelių augimą, vystymąsi ir išlikimą. Jei neurotrofinis faktorius patenka į pažeistą smegenų sritį, neuronų mirtis gali būti žymiai sulėtinti ir išlaikyti jų gyvybinę veiklą. Nors neurotrofiniai faktoriai ir nepajėgūs suaktyvinti naujų nervinių ląstelių atsiradimo smegenyse, jie turi unikalią savybę – aktyvina nervinių ląstelių procesų (aksonų) atkūrimą po pažeidimo ar praradimo. Kai kurių aksonų ilgis siekia metrą, o būtent aksonai perduoda nervinius impulsus iš smegenų į mūsų galūnes, vidaus organus ir audinius. Šių takų vientisumą trikdo stuburo lūžiai ir slankstelių poslinkis. Aksonų regeneracija yra viltis tokiais atvejais atgauti gebėjimą judinti rankas ir kojas.

Daigai ir ūgliai

Pirmieji darbai, įrodantys aksonų regeneracijos galimybę, buvo paskelbti 1981 m. Tada žurnale „Science“ pasirodė straipsnis, kuris įrodė, kad toks regeneravimas yra įmanomas. Paprastai aksonų regeneracijai trukdo kelios priežastys, tačiau pašalinus kliūtį aksonai aktyviai dygsta ir vietoj prarastų kontaktų sukuria naujus. Prasidėjus aksonų regeneracijos tyrimams, medicinoje atsivėrė nauja era, dabar nugaros smegenų pažeidimus patyrę žmonės turi vilties, kad motorinius gebėjimus pavyks atkurti. Šie tyrimai sulaukė didelio palaikymo, ir ne tik iš įvairių tyrimų centrų. Taip pagrindinį vaidmenį filme „Supermenas“ atlikęs ir po stuburo lūžio neįgalus tapęs žinomas aktorius Christopheris Reeve'as su žmona įkūrė fondą tokiems tyrimams remti – Christopherio ir Danos Reeve'ų paralyžiaus fondą.

Naujausi neurologų tyrimai suteikia tam tikrą viltį neįgaliesiems, sėdintiems neįgaliųjų vežimėliuose dėl nervų sistemos pažeidimo.

Pagrindinė kliūtis aksonų regeneracijai yra rando audinio susidarymas, kuris atskiria nugaros smegenų ar periferinių nervų pažeidimus nuo aplinkinių ląstelių. Manoma, kad toks randas gelbsti šalia esančias vietas nuo galimo toksinų prasiskverbimo iš pažeistos vietos. Dėl to aksonai negali prasibrauti pro randą. Įrodyta, kad rando audinio pagrindas yra baltyminiai glikanai (chondroitino sulfatas).
1998 metais Floridos universiteto smegenų instituto profesoriaus Davido Muiro laboratorijoje atlikti tyrimai parodė, kad naudojant bakterinį fermentą chondroitinazę ABC įmanoma suskaidyti baltymų glikanus. Tačiau net pašalinus mechaninę kliūtį, aksonų augimas vis tiek sulėtėja. Faktas yra tas, kad pažeidimo vietoje yra medžiagų, trukdančių atsinaujinti, pavyzdžiui, MAG, OMgp, Nogo. Jei juos užblokuosite, galite žymiai padidinti regeneraciją.
Galiausiai, norint sėkmingai augti aksonuose, svarbu išlaikyti aukštą neurotrofinių veiksnių lygį. Nepaisant to, kad neurotrofinai teigiamai veikia nervų sistemos regeneraciją, klinikiniai tyrimai atskleidė reikšmingą šalutinį poveikį, pavyzdžiui, svorio kritimą, apetitą, pykinimą ir psichologines problemas. Siekiant sustiprinti regeneraciją, kamienines ląsteles galima suleisti į pažeidimo vietą, tačiau yra įrodymų, kad kamieninių ląstelių implantavimas į nugaros smegenis gali išprovokuoti navikų atsiradimą.
Net jei aksonas išaugo ir tapo pajėgus atlikti nervinius impulsus, tai nereiškia, kad galūnės pradės normaliai funkcionuoti. Kad tai įvyktų, tarp nervinių ląstelių aksonų ir raumenų skaidulų būtina turėti daug kontaktų (sinapsių), kurie pajudina žmogaus kūną. Tokių kontaktų atkūrimas užtrunka ilgai. Žinoma, atsigavimą galima paspartinti, jei atliekate specialius fizinius pratimus, tačiau per kelis mėnesius ar net metus neįmanoma visiškai atkurti dešimtmečius, nuo pat pirmos žmogaus gimimo dienos, susiformavusio nervų kontaktų vaizdo. gyvenimą. Tokių kontaktų skaičius nesuskaičiuojamas, tikriausiai palyginamas su žvaigždžių skaičiumi visatoje.
Tačiau yra ir teigiamas dalykas – juk pastaraisiais metais mums pavyko atsispirti nuo žemės, dabar bent jau aišku, kokiais būdais galima bandyti paspartinti neuroregeneraciją.

Neseniai išleistoje knygoje „Vairuojant poną Albertą“ pasakojama tikra istorija apie patologą Thomasą Harvey, kuris 1955 metais atliko Alberto Einšteino skrodimą. Baigęs darbą, Harvey nepagarbiai parsivežė mokslininko smegenis namo, kur jis 40 metų jas laikė plastikiniame indelyje su dezinfekavimo priemone. Kartkartėmis patologas duodavo mažas smegenų audinio dalis tyrėjams iš įvairių pasaulio šalių, kurie bandė išsiaiškinti Einšteino genialumo priežastis. Kai Harvey buvo 80-ies, jis įkrovė savo smegenų likučius į savo Buicko bagažinę ir nuvežė juos genijaus anūkei.

Vienas iš tų, kurie tyrė Einšteino smegenų audinio dalis, buvo Marian Diamond (Marian C. Diamond), autoritetinga Kalifornijos universiteto Berklyje histologė. Ji išsiaiškino, kad nervinių ląstelių (neuronų) skaičius ir dydis puikaus fiziko smegenyse niekuo nesiskiria nuo paprasto žmogaus smegenų. Tačiau asociacinėje žievės srityje, atsakingoje už aukščiausias psichinės veiklos formas, Diamond rado neįprastai daug pagalbinių nervinio audinio elementų - neuroglijos (glia) ląstelių. Einšteino smegenyse jų koncentracija buvo daug didesnė nei vidutinio Alberto galvoje.

Įdomus sutapimas? Gal būt. Tačiau šiandien mokslininkai gauna vis daugiau įrodymų, kad glijos ląstelės vaidina daug svarbesnį vaidmenį smegenų veikloje, nei manyta anksčiau. Daugelį dešimtmečių visas fiziologų dėmesys buvo nukreiptas į neuronus – pagrindinius, jų nuomone, smegenų siųstuvus-imtuvus. Nors glijos ląstelių yra 9 kartus daugiau nei neuronų, mokslininkai joms skyrė nedidelį vaidmenį, kaip gyvybinę smegenų veiklą palaikančių elementų (maistinių medžiagų transportavimą iš kraujagyslių į neuronus, normalios jonų pusiausvyros palaikymą smegenyse, patogeninių mikrobų neutralizavimo) vaidmenį. kurie išvengė imuninės sistemos persekiojimo ir pan. d.). Tuo tarpu glia palaikomi neuronai galėjo laisvai bendrauti vieni su kitais per mažyčius kontaktinius taškus (sinapses) ir sudaryti sudėtingiausius ryšių tinklus, per kuriuos mąstome, prisimename praeitį ar patiriame džiaugsmą.

Nežinoma, kiek ilgai toks smegenų struktūros modelis būtų gyvavęs, jei ne neseniai atrasti faktai, rodantys, kad per visą žmogaus gyvenimą (nuo embriono vystymosi laikotarpio iki ekstremalios senatvės) neuronai ir glia elgiasi. labai gyvas dialogas. Glia įtakoja sinapsių susidarymą ir padeda smegenims nustatyti, kurios nervinės jungtys laikui bėgant stiprėja ar silpsta (šie pokyčiai tiesiogiai susiję su komunikacijos ir ilgalaikės atminties procesais). Naujausi tyrimai parodė, kad glijos ląstelės bendrauja tarpusavyje, paveikdamos visų smegenų veiklą. Neuromokslininkai labai rūpinasi, kad glia būtų suteikta naujų galių. Tačiau galima įsivaizduoti, kaip juos jaudina mintis, kad didelė mūsų smegenų dalis yra beveik neištirta ir todėl vis dar gali atskleisti daugybę paslapčių.

Glialinės ląstelės bendrauja su neuronais

Mes galvojame apie nervų sistemą kaip apie laidų tinklą, jungiantį neuronus. Kiekviename neurone yra vienas ilgas procesas – aksonas, pernešantis elektrinius signalus iš neurono kūno į išsiplėtusias sritis jo gale – aksono terminalus. Kiekvienas terminalas į sinapsinį plyšį išskiria cheminio pasiuntinio – neuromediatoriaus – molekules, kurios pasiekia atitinkamus receptorius ant kaimyninio neurono trumpų šakojančių procesų (dendritų). Tarpai tarp neuronų ir aksonų užpildyti įvairiomis glijos ląstelėmis. Tuo metu, kai mirė Einšteinas, neurologai jau įtarė, kad glijos ląstelės dalyvauja informacijos apdorojime, tačiau neturėjo įrodymų. Galų gale jie paliko glia ramybėje.

Priežastis, dėl kurios mokslininkai negalėjo aptikti signalų tarp glijos ląstelių, iš dalies buvo dėl netobulų metodų. Tačiau pagrindiniai nesėkmių kaltininkai buvo patys mokslininkai, kurie klaidingai manė, kad jei glijos ląstelės turi galimybę bendrauti, tai jos turėtų keistis informacija lygiai taip pat, kaip ir neuronai – elektros signalų pagalba. Buvo manoma, kad glijos ląstelės taip pat turėtų generuoti elektrinius impulsus (veiksmo potencialus), kurie skatina neuromediatorių išsiskyrimą į sinapsinį plyšį, kuris savo ruožtu sukelia impulsus kitose ląstelėse. Tyrėjai išsiaiškino, kad glijos ląstelės turi kelių tipų jonų kanalus, atsakingus už elektrinių signalų generavimą aksonuose, tačiau jie iškėlė hipotezę, kad šie kanalai glijai reikalingi tiesiog norint pajusti netoliese esančių neuronų aktyvumo lygį. Nustatyta, kad glijos ląstelių membrana neturi savybių, būtinų veikimo potencialui atlikti. Tačiau neuromokslininkai nepastebėjo vieno fakto, kuris buvo atrastas tik šiuolaikiniais tyrimų metodais: glijos ląstelės bendrauja tarpusavyje naudodamos cheminius, o ne elektrinius signalus.

Dešimtojo dešimtmečio viduryje mokslininkai atrado receptorius glijos ląstelių membranose, kurie reaguoja į įvairias chemines medžiagas, įskaitant neurotransmiterius. Šis atradimas paskatino juos patikėti, kad glijos ląstelės gali bendrauti viena su kita, naudodamos signalus, kurių nervinės ląstelės neatpažįsta.

Eksperimentiškai nustatyta, kad glijos ląstelių aktyvacijos rodiklis yra jų kalcio absorbcija. Remdamiesi šiuo stebėjimu, mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį vizualiai nustatyti, ar galinės Schwann ląstelės (viena iš glijos ląstelių tipų, supančių sinapses toje vietoje, kur nervai liečiasi su raumenų ląstelėmis) yra jautrūs nerviniams signalams, ateinantiems į šias sinapses. Buvo parodyta, kad Schwann ląstelės iš tikrųjų reaguoja į sinapsinius impulsus ir kad tokią reakciją lydi kalcio jonų prasiskverbimas į jas.

Bet ar glia dalyvavimas nerviniuose procesuose apsiriboja tik nervinių ryšių „pasiklausymu“? Galų gale, Schwann ląstelės supa aksonus tiek sinapsių srityje, tiek išilgai nervų skirtingose kūno dalyse, o kito tipo glijos ląstelės (oligodendrocitai) sudaro apvalkalus aplink centrinėje nervų sistemoje (t. y. smegenyse ir stuburo) esančius aksonus. laidas). NIH laboratorijos mokslininkai nusprendė išsiaiškinti, ar glia taip pat gali sekti nervinius signalus, kurie sklinda palei aksonus nervų grandinėse. Ir jei toks ryšys tarp glijos ir neuronų egzistuoja, kokiais mechanizmais tai grindžiama ir, dar svarbiau, kaip jų „išgirsti“ nerviniai pranešimai įtakoja glijos ląstelių darbą?

Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, specialiuose laboratoriniuose induose su elektrodais, kurie gali būti naudojami aksonų veikimo potencialui sukelti, kultivavome pelių jutimo neuronus (nugaros radikulinį ganglioną arba DRG ląsteles). Į kai kuriuos indus su neuronais pridėjome Schwann ląstelių, o į kitus - oligodendrocitus. Reikėjo vienu metu kontroliuoti tiek aksonų, tiek glijos aktyvumą. Nervinių ir glijos ląstelių veiklą stebėjome vizualiai, įvesdami į jas dažus, kurie, susijungę su kalcio jonais, turėtų fluorescuoti. Kai nervinis impulsas sklinda žemyn aksonu, neuronų membranoje atsiveria nuo įtampos priklausomi jonų kanalai ir kalcio jonai patenka į ląstelę. Todėl impulsų sklidimas išilgai aksonų turėtų būti lydimas žalių blyksnių neuronų viduje. Didėjant kalcio koncentracijai ląstelėje, fluorescencija turėtų ryškėti. Jo intensyvumą galima išmatuoti naudojant fotodaugintuvo vamzdelį, o dirbtinai nuspalvintus šviečiančios ląstelės vaizdus galima atkurti realiu laiku monitoriaus ekrane. Jei šiuo metu glijos ląstelės reaguoja į nervinius signalus ir sugeria kalcio jonus iš aplinkos, jos taip pat turėtų užsidegti – tik kiek vėliau nei neuronai.

Sėdėdami tamsesnėje patalpoje ir įdėmiai žiūrėdami į monitoriaus ekraną, biologė Beth Stevens ir aš ruošėmės pradėti eksperimentą, kuriam pasiruošti prireikė kelių mėnesių. Įjungus stimuliatorių, DCG neuronai iš karto sureagavo su spalvos pasikeitimu: padidėjus kalcio koncentracijai jų aksonuose, jie iš mėlynos spalvos pavirto į žalią, paskui į raudoną ir galiausiai pasidarė balti. Iš pradžių nei Schwann ląstelėse, nei oligodendrocituose nebuvo jokių pakitimų, tačiau po 15 ilgų sekundžių jie pradėjo šviesti kaip Kalėdų eglutės lemputės. Kažkokiu nežinomu būdu glijos ląstelės pajuto, kad impulsai bėga per aksonus, ir reagavo į šį įvykį padidindamos kalcio koncentraciją citoplazmoje.

Glialinės ląstelės bendrauja tarpusavyje

Mums pavyko parodyti, kad glia gali atpažinti impulsinį aktyvumą aksonuose, reaguodama į jį absorbuodama kalcį. Neuronuose jis aktyvina fermentus, atsakingus už neurotransmiterių gamybą. Tikėtina, kad kalcio patekimas į glijos ląsteles taip pat sukelia fermentų, susijusių su tam tikros reakcijos išsivystymu, aktyvavimą. Bet kas?

Kito tipo glijos ląstelių – astrocitų, kurie perneša maistines medžiagas iš kapiliarų į nervines ląsteles ir palaiko optimalų jonų lygį, reikalingą nerviniams impulsams generuoti neuronus supančioje aplinkoje (įskaitant neurotransmiterių pertekliaus ir neuronų impulsų metu išskiriamų jonų pašalinimą). ), padės atsakyti į šį klausimą. 1990 m. Stevenas Smithas iš Jeilio universiteto parodė, kad jei į astrocitų kultūrą pridedama neuromediatoriaus glutamato, kalcio koncentracija ląstelėse smarkiai padidėja. Ląstelės elgiasi taip, lyg ką tik iš neurono būtų paleistas neuromediatorius, ir jos karštai diskutuoja viena su kita apie tai sukėlusių neuronų užsidegimą.

Kai kurie neurologai bandė išsiaiškinti, ar glialinių ląstelių bendravimas nebuvo paprasto kalcio jonų ar su juo susijusių molekulių judėjimo iš vieno astrocito į kitą per juos jungiančius atvirus vartus rezultatas. 1996 metais Benas Kateris iš Jutos universiteto paneigė šią prielaidą. Aštriu mikroelektrodu jis perpjovė kultūroje esantį astrocitų sluoksnį į dvi dalis, palikdamas tarp jų tarpą, kuriame nebuvo ląstelių ir atskyrė astrocitų populiaciją. Kai kalcio koncentracija ląstelėse vienoje pjūvio pusėje padidėjo, tas pats nutiko ir kitoje pusėje. Taigi paaiškėjo, kad astrocitai vienas kitam siuntė signalus per tarpląstelinę terpę.

ATP kaip cheminis pasiuntinys

Atskleisti modeliai sukėlė tyrėjų painiavą. Glijos ląstelių, taip pat neuronų, ryšį kontroliuoja kalcio srovės. Tačiau jei jo lygio pokyčiai neuronuose sukelia elektrinius impulsus, tai glia – ne. Kyla klausimas: ar kalcio jonų judėjimą į glia iniciavo koks nors kitas elektrinis reiškinys? O jei ne, koks mechanizmo pobūdis?

Kai mokslininkai eksperimentavo su glia, nuolat atsirasdavo pažįstama molekulė adenozino trifosfatas (ATP). Būdamas pagrindinis energijos šaltinis gyvose ląstelėse, ATP turi daug savybių, dėl kurių jis puikiai tinka kaip cheminis tarpininkas tarp ląstelių. Aplinkoje jo randama dideliais kiekiais, o tarpląstelinėje erdvėje – maža. Dėl mažo dydžio molekulė gali greitai sklisti ir yra lengvai sunaikinama fermentų. Be to, ATP yra aksono galuose, kur paprastai saugomos neurotransmiterių molekulės, ir gali būti išleistas į sinapsinį plyšį.

1999 metais Peteris B. Guthrie ir jo bendradarbiai Jutos universitete parodė, kad susijaudinę astrocitai į aplinką išskiria ATP. Tada jis prisijungia prie kaimyninių astrocitų receptorių, todėl jonų kanalai atsidaro ir kalcis gali patekti į ląsteles. Savo ruožtu, padidėjus kalcio kiekiui ląstelėse, jos išskiria naujas ATP dalis į tarpląstelinę aplinką – taip astrocitų populiacijoje pradedama grandininė reakcija, susijusi su kalcio tarpląstelinio lygio pasikeitimu ir tarpininkaujama. pagal ATP.

Kaip glijos ląstelės bendrauja? Astrocitai (a) ir jutimo neuronai buvo patalpinti į auginimo terpę, kurioje yra kalcio. Neuronams pradėjus generuoti aksoninius (žaibo zigzagus) (b) impulsus (veiksmo potencialus) veikiant elektrinei stimuliacijai, glia pradėjo fluorescuoti – tai rodo, kad glijos ląstelės į šį įvykį reagavo pasisavindamos kalcį. Po 10 ir 12,5 sekundės (c ir d) dvi didžiulės kalcio įsiskverbimo į ląsteles bangos nuvilnijo per visą astrocitų populiaciją. Kalcio koncentracijos padidėjimą astrocituose liudija pakitusi jų spalva: iš pradžių jie buvo žali, vėliau pasidarė mėlyni ir galiausiai raudoni.

Stebėjimų rezultatas buvo modelis, leidžiantis paaiškinti beveik aksoninės glijos gebėjimą atpažinti neuronų aktyvumą, o tada perduoti pranešimus kitoms glijos ląstelėms, supančioms sinapsę. Neuronų uždegimas skatina aksoną supančias glijos ląsteles išskirti ATP, dėl kurios kaimyninės glijos ląstelės pasisavina kalcį. Tai skatina naujų ATP dalių išsiskyrimą, o tai suaktyvina pranešimo perdavimą ilgoje glialinių ląstelių grandinėje, kartais dideliu atstumu nuo neurono, kuris inicijavo visą šių įvykių seką. Tačiau kaip mūsų eksperimente dalyvaujančios glijos ląstelės sugebėjo atpažinti neuronų impulsus – juk aksonai nesudaro sinapsinių kontaktų su glija, o sinapsės srityje glijos ląstelių nebuvo? Šio reiškinio negalima paaiškinti neuromediatorių dalyvavimu: jie neišsiskleidžia iš aksonų. Ar tai galėjo sukelti ATP kaip nors nutekėjimas iš aksonų?

Norėdami patikrinti hipotezę, nusprendėme atlikti grynų DCG aksonų kultūrų elektrinę stimuliaciją ir vėlesnę cheminę auginimo terpės analizę. Naudodami fermentą, atsakingą už ugniagesių vabalų pilvo švytėjimą (šiai reakcijai reikalingas ATP dalyvavimas), stebėjome terpės švytėjimą impulsui sklindant palei aksonus, o tai rodė, kad iš jų išsiskiria ATP. Tada į kultūrą įtraukėme Schwann ląstelių, kurios taip pat pradėjo švytėti po to, kai veikimo potencialas bėgo per aksonus. Bet kai į terpę įdėjome fermento apirazę, kuri greitai sunaikina ATP ir neleidžia jam pasiekti Schwann ląstelių, aksoninių impulsų metu glia išliko tamsi. Taigi kalcio kiekis Schwann ląstelėse nepasikeitė, nes jos negavo ATP signalo.

Iš aksonų išsiskyręs ATP iš tikrųjų paskatino kalcio transportavimą į Schwann ląsteles. Naudojant biocheminę analizę ir skaitmeninę mikroskopiją, pavyko parodyti, kad dėl šio įvykio signalinės molekulės iš ląstelės membranos pereina į branduolį ir čia įjungia įvairius genus. Taigi, mes atradome stulbinantį faktą: generuodami impulsus, skirtus bendrauti su kitais neuronais, nervinė ląstelė ir jos aksonas gali paveikti genų skaitymą glijos ląstelėje ir taip pakeisti jos elgesį.

Aksonai lemia glijos ląstelių likimą

Kokias glia funkcijas gali valdyti ATP įjungti genai? Ar jie liepia glijos ląstelėms veikti taip, kad paveiktų juos supančius neuronus? Stevensas bandė atsakyti į šį klausimą atkreipdamas dėmesį į procesą, skatinantį mielino izoliacinio apvalkalo susidarymą aplink aksonus. Jo dėka aksonai gali dideliu greičiu perduoti nervinius impulsus dideliais atstumais. Jo išsilavinimas leidžia mažyliui vis tvirčiau laikyti galvą vertikalioje padėtyje, o destrukcija dėl tam tikrų ligų (pavyzdžiui, išsėtinės sklerozės) paverčia žmogų neįgaliu.

Siekėme išsiaiškinti, kaip nesubrendusi Schwann ląstelė, esanti ant aksono vaisiaus ar kūdikio periferinėje nervų sistemoje, žino, ar procesui reikia mielinizacijos ir kada pradėti jį suvystyti mielinu. Ar, priešingai, ji turėtų tapti ląstele, kuri nesudarys mielino apvalkalo? Paprastai tariant, mielino reikia tik didelio skersmens aksonams. Ar aksoniniai nerviniai impulsai arba ATP išsiskyrimas gali turėti įtakos Schwann ląstelių atrankai? Mes nustatėme, kad Schwann ląstelės kultūroje dauginasi lėčiau, kai jas supa šaudymas, o ne tylūs aksonai. Be to, jie sustabdė savo vystymąsi ir sustabdė mielino gamybą. ATP pridėjimas sukėlė tą patį poveikį.

Ir Vittorio Gallo iš netoliese esančios NIH laboratorijos, tyrinėdamas oligodendrocitus, kurie sudaro mielino apvalkalus aplink smegenų aksonus, rado labai skirtingą vaizdą. ATP neslopino ląstelių dauginimosi, tačiau adenozinas (medžiaga, į kurią ATP molekulė paverčiama po to, kai nuo jos atskeliamos fosforo rūgšties likučiai) skatino ląstelių brendimą ir mielino gamybą.

Svarbu suprasti mielinizacijos mechanizmus. Mielino apvalkalą ardančios ligos kasmet nusineša tūkstančius gyvybių ir sukelia paralyžių bei aklumą. Nežinoma, kuris veiksnys inicijuoja mielinizaciją, tačiau adenozinas buvo pirmoji „aksoninės kilmės“ medžiaga, kuri, kaip įrodyta, stimuliuoja šį procesą. Tai, kad adenozinas išsiskiria iš aksonų reaguojant į impulsų sklidimą, reiškia, kad smegenų elektrinis aktyvumas daro įtaką mielinizacijos procesui. Tokie atradimai padės mokslininkams ieškoti vaistų, skirtų demielinizacijos ligoms gydyti. Galbūt bus veiksmingi vaistai, kurie savo chemine struktūra primena adenoziną. Ir gali būti, kad adenozino pridėjimas prie kamieninių ląstelių kultūros pavers jas mielinizuojančiomis glijos ląstelėmis, kurios gali būti naudojamos kaip transplantacijos.

Išsilaužymas iš putneuralinių tinklų

Ar glia dalyvavimą reguliuojant neuronų funkcijas riboja mielino apvalkalo susidarymas aplink aksonus? Matyt, ne. Richardas Robitailles iš Monrealio universiteto išsiaiškino, kad elektrinio potencialo, susidarančio varlės raumenyje, stimuliuojant sinapsę, dydis padidėjo arba sumažėjo, priklausomai nuo to, kokias chemines medžiagas jis suleido į Schwann ląsteles, supančias tą sinapsę. Kai Ericas A. Newmanas iš Minesotos universiteto palietė žiurkės tinklainę, glia siunčiami „kalcio signalai“ pakeitė optinių neuronų degimo greitį. Maiken Nedergaard iš Niujorko medicinos koledžo, tyrinėjusi žiurkių hipokampo dalis – smegenų sritį, susijusią su atminties procesais, pastebėjo sinapsių elektrinio aktyvumo padidėjimą tuo metu, kai aplinkiniai astrocitai padidino kalcio pasisavinimą. Tokius sinapsių efektyvumo pokyčius mokslininkai laiko pagrindiniu nervų sistemos plastiškumo veiksniu, tai yra jos gebėjimu keisti reakcijas remiantis ankstesne patirtimi, todėl glia gali atlikti svarbų vaidmenį ląstelių mokymesi ir atminties procesai.

Benas Barresas iš Stanfordo universiteto išsiaiškino, kad jei neuronai buvo išauginti iš žiurkės tinklainės laboratorinėje kultūroje, kurioje nebuvo astrocitų, ant neuronų susidarė labai mažai sinapsių. Kai mokslininkas į kultūrą įtraukė astrocitų arba tiesiog aplinką, kurioje anksčiau buvo astrocitai, sinapsių atsirado daug. Tada jis atrado, kad aplinkoje yra dvi astrocitų išskiriamos cheminės medžiagos, skatinančios sinapsių susidarymą – riebalų kompleksas, vadinamas apoE/cholesteroliu, ir baltymas, vadinamas trombospondinu.

Kiek vėliau Le Tianas ir Wesley Thompsonas iš Teksaso universiteto Ostine tyrinėjo peles, kurioms buvo švirkščiama medžiagų, kurios sukėlė Schwann ląstelių fluorescenciją. Tai leido jiems savo akimis stebėti glijos ląstelių veiklą nervų ir raumenų skaidulų sąlyčio srityje. Po to, kai mokslininkai nupjovė aksoną, vedantį į raumenis, neuroraumeninė jungtis išnyko, tačiau grupė neurotransmiterių receptorių liko jo „raumenų pusėje“. Tyrėjai, žinoma, žinojo, kad aksonas gali vėl augti iki receptorių, kurių jis buvo apleidęs. Bet kaip jis ras kelią pas juos?

Stebėdamas fluorescenciją, Thompsonas pamatė, kad nepažeistas sinapses supančios Schwann ląstelės pajuto, kad gretimoje sinapse yra problemų. Tada jie vienbalsiai paleido procesus jo kryptimi, pasiekė pažeistą sinapsę ir suformavo savotišką tiltą, per kurį aksonas galėtų siųsti naują projekciją į savo sinapsę (žr. nuotrauką). Šie radiniai rodo, kad glia padeda neuronams nustatyti, kur užmegzti sinapsinius ryšius. Šiandien mokslininkai bando panaudoti šį glia gebėjimą gydyti nugaros smegenų pažeidimus: persodina Schwann ląsteles į pažeistas laboratorinių gyvūnų nugaros smegenų vietas.

Kalbant apie aukščiau aprašytus pastebėjimus, labai iškyla viena problema. Kalcio pasisavinimas plinta visoje astrocitų populiacijoje kaip gerbėjų bangos, susikibusios rankomis, riedančios per stadioną. Tokia draugiška reakcija veiksminga kontroliuojant visos ląstelių grupės darbą, tačiau ji per grubi sudėtingiems pranešimams perduoti. Principas "visi kaip vienas!" gali būti naudinga koordinuojant bendrą smegenų veiklą miego ir pabudimo ciklo metu, tačiau norint įsitraukti į visas informacijos apdorojimo subtilybes, glijos ląstelės turi mokėti „kalbėtis“ su savo artimiausiais kaimynais.

Stephenas Smithas teigia, kad neuronai ir glijos ląstelės gali bendrauti vieni su kitais „intymesniu“ būdu. Tuo metu mokslininkų dispozicijoje esantys eksperimentiniai metodai neleido jiems pritaikyti neuromediatorių tokiomis nereikšmingomis dozėmis, kurios galėtų atkurti tikrąją astrocito, esančio šalia sinapsės, „patirtį“. Philipui G. Haydonui iš Pensilvanijos universiteto tai pavyko pasiekti tik 2003 m., naudojant šiuolaikinį lazerinį neuromediatorių taikymo metodą. Mokslininkas paskatino hipokampo dalyse išsiskirti tokį nereikšmingą glutamato kiekį, kurį galėjo aptikti tik vienas astrocitas. Haydonas tuo pat metu pastebėjo, kad astrocitas siunčia specifinius kalcio signalus tik nedaugeliui jį supančių astrocitų. Tyrėjas pasiūlė, kad kartu su „kalcio bangomis“, kurios turi didelio masto poveikį, „tarp astrocitų egzistuoja trumpo nuotolio ryšiai“. Kitaip tariant, skirtingos astrocitų grandinės smegenyse koordinuoja savo veiklą pagal nervų grandinių aktyvumą.

Aukščiau aprašytos išvados paskatino Haydoną, šio straipsnio autorių, suformuluoti darbinę hipotezę, kad signalizacija padeda astrocitams suaktyvinti neuronus, kurių aksonai baigiasi gana dideliu atstumu nuo jų. Ir taip pat ginčytis, kad šis aktyvinimas skatina neurotransmiterių išsiskyrimą iš tolimų sinapsių. Tai leidžia astrocitams reguliuoti tolimų sinapsių pasirengimą keisti jų stiprumą (efektyvumą), kuris yra ląstelinis atminties ir mokymosi procesų pagrindas.

2003 m. lapkričio mėn. kasmetiniame Neurobiologijos draugijos susirinkime pristatytų tyrimų rezultatai patvirtina šią hipotezę ir netgi rodo, kad glia dalyvauja formuojant naujas sinapses. Reikėtų paminėti Ben A. Barres ir Frank W. Pfrieger iš Stanfordo universiteto prieš dvejus metus darbus, kurie pranešė, kad kultivuoti žiurkės neuronai, esant astrocitams, sudaro daugiau sinapsių. Vėliau Barreso laboratorijos darbuotojai išsiaiškino, kad baltymas trombospondinas, greičiausiai astrocitinės kilmės, veikia kaip cheminis pasiuntinys ir skatina sinapsių susidarymą. Kuo daugiau šio baltymo buvo dedama į astrocitų kultūrą, tuo daugiau sinapsių atsirado neuronuose. Gali būti, kad trombospondinas yra atsakingas už baltymų ir kitų junginių, reikalingų sinapsėms susidaryti, surišimą augant jauniems neuroniniams tinklams, todėl gali būti susijęs su sinapsių modifikavimu, kai šie tinklai sensta.

Būsimi tyrimai išplės mūsų supratimą apie glia poveikį nervinei smegenų daliai. Galbūt mokslininkams pavyks įrodyti, kad mūsų atmintis (arba jos atitikmuo ląstelėje, pavyzdžiui, ilgalaikis stiprėjimas) priklauso nuo sinaptinių astrocitų veikimo. Taip pat gali būti, kad bus nustatyta, kaip astrocitų grandinėmis perduodami signalai veikia tolimas sinapses.

Smegenų palyginimas rodo, kad kuo aukštesnė gyvūnų padėtis „evoliucijos kopėčiose“, tuo didesnis jų santykis tarp glijos ląstelių ir neuronų skaičiaus. Haydonas teigia, kad padidinus astrocitų ryšį gali padidėti gyvūnų gebėjimas mokytis. Ši hipotezė šiuo metu tikrinama eksperimentiškai. Gali būti, kad didelė glijos ląstelių koncentracija smegenyse ir galbūt „veiksmingesnės“ glijos buvimas kai kuriuos žmones paverčia genijais. Einšteinas išmokė mus mąstyti už dėžutės ribų. Jo pavyzdžiu pasekė mokslininkai, kurie išdrįso „išlipti“ iš neuroninių tinklų ir galiausiai nusprendė išsiaiškinti, kokią dalį informacijos apdorojime užima neuroglija.

Apie autorių:
Douglas Fieldsas(R. Douglas Fields) – Nacionalinio vaikų sveikatos ir žmogaus raidos instituto Nervų sistemos raidos ir plastiškumo katedros vedėjas, taip pat Merilendo universiteto docentas (Neurologijos ir pažinimo mokslų plėtros vadovas Programa). Apgynęs daktaro disertaciją dirbo Jeilio ir Stenfordo universitetuose.

Žmogaus nervų sistema susideda iš centrinės ir periferinės dalies. Centrinė apima smegenis ir nugaros smegenis. Smegenyse yra didžiausia neuronų kolekcija. Iš kiekvieno kūno tęsiasi daugybė procesų, kurie sudaro ryšius su kaimyniniais neuronais. Periferinę dalį sudaro stuburo, vegetaciniai ir kaukolės mazgai, nervai ir nervų galūnės, kurios nervinius impulsus teikia galūnėms, vidaus organams ir audiniams. Sveikoje būsenoje nervų sistema yra gerai koordinuotas mechanizmas, jei viena iš sudėtingos grandinės grandžių neatlieka savo funkcijų, kenčia visas kūnas. Pavyzdžiui, stiprus smegenų pažeidimas po insulto, Parkinsono liga, Alzheimerio liga lemia pagreitintą neuronų mirtį. Jau kelis dešimtmečius mokslininkai bandė suprasti, ar įmanoma paskatinti prarastų nervų ląstelių atstatymą.

Ir vis dėlto jie atsinaujina

Šiandien jau žinoma, kad neuronai gali atsirasti suaugusio žinduolio smegenyse iš vadinamųjų neuronų kamieninių ląstelių. Iki šiol buvo nustatyta, kad tai vyksta trijose smegenų srityse: hipokampo dantytoje, subventrikulinėje srityje (smegenų šoninių skilvelių šoninėse sienelėse) ir smegenėlių žievėje. Smegenėlėse neurogenezė yra aktyviausia. Ši smegenų sritis yra atsakinga už informacijos apie nesąmoningus automatizuotus įgūdžius įgijimą ir saugojimą – pavyzdžiui, mokydamiesi šokti, palaipsniui nustojame galvoti apie judesius, juos atliekame automatiškai; informacija apie šias pas yra saugoma smegenyse. Ko gero, labiausiai tyrėjus domina neurogenezė dantytajame žiede. Čia gimsta mūsų emocijos, saugoma ir apdorojama erdvinė informacija. Iki šiol nepavyko išsiaiškinti, kaip naujai susiformavę neuronai veikia jau susiformavusius prisiminimus ir sąveikauja su subrendusiomis šios smegenų dalies ląstelėmis.

Labirintas atminimui

Treniruojant žiurkes Moriso vandens labirinte buvo galima įrodyti, kad erdvinės atminties formavimasis lemia jauniausių neuronų mirtį, tačiau aktyviai palaiko ląstelių, kurios susiformavo likus maždaug savaitei iki eksperimento, t.y. atminties formavimosi procesas, reguliuojamas naujų neuronų tūris. Tuo pačiu metu naujų neuronų atsiradimas suteikia galimybę formuotis naujiems prisiminimams. Priešingu atveju gyvūnai ir žmonės negalėtų prisitaikyti prie besikeičiančių aplinkos sąlygų.

Pastebėta, kad susidūrus su pažįstamais objektais hipokampe suaktyvėja skirtingos neuronų grupės. Matyt, kiekviena tokių neuronų grupė turi konkretaus įvykio ar vietos atmintį. Be to, gyvenimas įvairioje aplinkoje stimuliuoja neurogenezę hipokampe: pelės, gyvenančios narvuose su žaislais ir labirintais, turi daugiau naujai susiformavusių neuronų hipokampe nei jų giminaičiai iš standartinių tuščių narvų.

Pastebėtina, kad neurogenezė aktyviai vyksta tik tose smegenų srityse, kurios yra tiesiogiai atsakingos už fizinį išlikimą: orientaciją pagal kvapą, orientaciją erdvėje ir už motorinės atminties formavimąsi. Abstraktaus mąstymo mokymas vyksta aktyviai jaunystėje, kai smegenys dar tik auga ir neurogenezė veikia visas sritis. Tačiau sulaukus brandos, psichinės funkcijos vystosi dėl neuronų kontaktų pertvarkymo, bet ne dėl naujų ląstelių atsiradimo.

Nepaisant kelių nesėkmingų bandymų, iki tol nežinomų neurogenezės židinių suaugusiųjų smegenyse paieška tęsiasi. Ši kryptis laikoma aktualia ne tik fundamentiniam mokslui, bet ir taikomiesiems tyrimams. Daugelis centrinės nervų sistemos ligų yra susijusios su tam tikros smegenų neuronų grupės praradimu. Jei pavyktų išauginti jiems pakaitalą, būtų nugalėta Parkinsono liga, daugelis Alzheimerio ligos apraiškų, neigiamos epilepsijos ar insulto pasekmės.

Smegenų pleistrai

Kitas keistas metodas, kurį savo tyrimuose taiko neurologai, yra embrioninių kamieninių ląstelių implantavimas į suaugusio gyvūno smegenis, siekiant atkurti prarastas funkcijas. Iki šiol tokie eksperimentai veda prie įvesto audinio ar ląstelių atmetimo dėl stipraus imuninio atsako, tačiau kai kuriais atvejais kamieninėms ląstelėms įsišaknijus, jos išsivysto į gliulines ląsteles (lydinčius audinius), o ne į neuronus. Net jei ateityje neurogenezę bus galima suaktyvinti bet kurioje smegenų srityje, neaišku, kaip naujai susiformavę neuronai užmegs ryšius jau susiformavusiame nervinių ląstelių tinkle ir ar iš viso galės tai padaryti. Jei hipokampas yra pasiruošęs tokiam procesui, tai naujų neuronų atsiradimas kitose smegenų srityse gali sutrikdyti per daugelį metų susikurtus tinklus; vietoj laukiamos naudos galbūt bus padaryta tik žala. Nepaisant to, mokslininkai ir toliau aktyviai tiria neurogenezės galimybes kitose smegenų dalyse.

Kartu su dirbtinėmis medžiagomis tiriamos ir endogeninių molekulių, galinčių sustiprinti neurogenezę, savybės. Didžiausio dėmesio čia nusipelno neurotrofiniai veiksniai, kuriuos gamina gyvūnų kūnas. Tai yra nervų augimo faktorius (NGF), smegenų kilmės neurotrofinis faktorius (BDNF), neurotrofinai-1, -3 ir -4.

Neurotrofiniai faktoriai priklauso baltymų grupei, kuri palaiko nervinių ląstelių augimą, vystymąsi ir išlikimą. Jei neurotrofinis faktorius patenka į pažeistą smegenų sritį, neuronų mirtis gali būti žymiai sulėtinti ir išlaikyti jų gyvybinę veiklą. Nors neurotrofiniai faktoriai ir nepajėgūs suaktyvinti naujų nervinių ląstelių atsiradimo smegenyse, tačiau jie turi unikalią savybę – aktyvina nervinių ląstelių (aksonų) procesų atkūrimą po pažeidimo ar praradimo. Kai kurių aksonų ilgis siekia metrą, o būtent aksonai perduoda nervinius impulsus iš smegenų į mūsų galūnes, vidaus organus ir audinius. Šių takų vientisumą trikdo stuburo lūžiai ir slankstelių poslinkis. Aksonų regeneracija yra viltis tokiais atvejais atgauti gebėjimą judinti rankas ir kojas.

Daigai ir ūgliai

Pagrindinė kliūtis aksonų regeneracijai yra rando audinio susidarymas, kuris atskiria nugaros smegenų ar periferinių nervų pažeidimus nuo aplinkinių ląstelių. Manoma, kad toks randas gelbsti šalia esančias vietas nuo galimo toksinų prasiskverbimo iš pažeistos vietos. Dėl to aksonai negali prasibrauti pro randą. Įrodyta, kad rando audinio pagrindas yra baltyminiai glikanai (chondroitino sulfatas).

1998 metais Floridos universiteto Smegenų instituto profesoriaus Davido Muiro laboratorijoje atlikti tyrimai parodė, kad buvo įmanoma suskaidyti baltymų glikanus naudojant bakterinį fermentą chondroitinazę ABC. Tačiau net pašalinus mechaninę kliūtį, aksonų augimas vis tiek sulėtėja. Faktas yra tas, kad pažeidimo vietoje yra medžiagų, trukdančių atsinaujinti, pavyzdžiui, MAG, OMgp, Nogo. Jei juos užblokuosite, galite žymiai padidinti regeneraciją.

Galiausiai, norint sėkmingai augti aksonuose, svarbu išlaikyti aukštą neurotrofinių veiksnių lygį. Nepaisant to, kad neurotrofinai teigiamai veikia nervų sistemos regeneraciją, klinikiniai tyrimai atskleidė reikšmingą šalutinį poveikį, pavyzdžiui, svorio kritimą, apetitą, pykinimą ir psichologines problemas. Siekiant sustiprinti regeneraciją, kamienines ląsteles galima suleisti į pažeidimo vietą, tačiau yra įrodymų, kad kamieninių ląstelių implantavimas į nugaros smegenis gali išprovokuoti navikų atsiradimą.

Net jei aksonas išaugo ir tapo pajėgus atlikti nervinius impulsus, tai nereiškia, kad galūnės pradės normaliai funkcionuoti. Kad tai įvyktų, tarp nervinių ląstelių aksonų ir raumenų skaidulų būtina turėti daug kontaktų (sinapsių), kurie pajudina žmogaus kūną. Tokių kontaktų atkūrimas užtrunka ilgai. Žinoma, atsigavimą galima paspartinti, jei atliekate specialius fizinius pratimus, tačiau per kelis mėnesius ar net metus neįmanoma visiškai atkurti dešimtmečius, nuo pat pirmos žmogaus gimimo dienos, susiformavusio nervų kontaktų vaizdo. gyvenimą. Tokių kontaktų skaičius nesuskaičiuojamas, tikriausiai palyginamas su žvaigždžių skaičiumi visatoje.

Tačiau yra ir teigiamas dalykas – juk pastaraisiais metais mums pavyko atsispirti nuo žemės, dabar bent jau aišku, kokiais būdais galima bandyti paspartinti neuroregeneraciją.

Partnerių naujienos

Neuronas (nervų ląstelė)- pagrindinis nervų sistemos struktūrinis ir funkcinis elementas; Žmonės turi daugiau nei 100 milijardų neuronų. Neuroną sudaro kūnas ir procesai, dažniausiai vienas ilgas procesas – aksonas ir keli trumpi šakoti procesai – dendritai. Išilgai dendritų impulsai seka į ląstelės kūną, palei aksoną – iš ląstelės kūno į kitus neuronus, raumenis ar liaukas. Procesų dėka neuronai susisiekia vienas su kitu ir sudaro neuroninius tinklus bei apskritimus, kuriais cirkuliuoja nerviniai impulsai. Neuronas arba nervinė ląstelė yra funkcinis nervų sistemos vienetas. Neuronai yra jautrūs stimuliacijai, tai yra, jie gali būti sužadinti ir perduoti elektrinius impulsus iš receptorių į efektorius. Impulsų perdavimo kryptimi išskiriami aferentiniai neuronai (sensoriniai neuronai), eferentiniai (motoriniai neuronai) ir tarpkalariniai neuronai. Kiekvienas neuronas susideda iš somos (nuo 3 iki 100 mikronų skersmens ląstelė, kurioje yra branduolys ir kitos ląstelės organelės, panardintos į citoplazmą) ir procesų – aksonų ir dendritų. Pagal procesų skaičių ir vietą neuronai skirstomi į vienpolius neuronus, pseudovienpolius neuronus, bipolinius neuronus ir daugiapolius neuronus. .

Pagrindinės nervinės ląstelės funkcijos yra išorinių dirgiklių suvokimas (receptorių funkcija), jų apdorojimas (integracinė funkcija) ir nervinio poveikio perdavimas kitiems neuronams ar įvairiems darbo organams (efektoriaus funkcija).

Šių funkcijų įgyvendinimo ypatybės leidžia suskirstyti visus CNS neuronus į dvi dideles grupes:

1) Ląstelės, kurios perduoda informaciją dideliais atstumais (iš vienos centrinės nervų sistemos dalies į kitą, iš periferijos į centrą, iš centro į vykdomąjį organą). Tai yra dideli aferentiniai ir eferentiniai neuronai, kurių kūne ir procesų yra daug sinapsių, tiek slopinančių, tiek sužadinamųjų, ir gebantys sudėtingus procesus apdoroti per juos sklindančią įtaką.

2) Ląstelės, užtikrinančios tarpines jungtis organinėse nervų struktūrose (stuburo smegenų, smegenų žievės ir kt. neuronai). Tai mažos ląstelės, kurios nervinį poveikį suvokia tik per sužadinimo sinapses. Šios ląstelės nepajėgios sudėtingiems vietinių sinoptinių potencialų poveikių integravimo procesams, jos tarnauja kaip sužadinamojo ar slopinamojo poveikio kitoms nervinėms ląstelėms perdavėjai.

Neurono funkcijos suvokimas. Visi dirgikliai, patenkantys į nervų sistemą, perduodami neuronui per tam tikras jo membranos dalis, esančias sinapsinių kontaktų srityje. 6.2 Integracinė neurono funkcija. Bendras neurono membranos potencialo pokytis yra sudėtingos vietinių EPSP ir IPSP sąveikos (integracijos) rezultatas iš daugelio aktyvuotų sinapsių ant ląstelės kūno ir dendritų.

Neurono efektorinė funkcija. Atsiradus AP, kuris, skirtingai nei vietiniai membranos potencialo pokyčiai (EPSP ir IPSP), yra plitimo procesas, nervinis impulsas pradedamas vesti iš nervinės ląstelės kūno palei aksoną į kitą nervinę ląstelę arba darbinį organą. , t.y. atliekama neurono efektorinė funkcija.

Sinapsės CNS.

Sinapsė– Tai morfofunkcinis CNS darinys, užtikrinantis signalo perdavimą iš neurono į kitą neuroną arba iš neurono į efektorinę ląstelę. Visos CNS sinapsės gali būti klasifikuojamos taip.

1. Pagal lokalizaciją: centrinė ir periferinė (neuroraumeninė, neurosekrecinė autonominės nervų sistemos sinapsė).

2. Vystantis ontogenezėje: stabilus ir dinamiškas, atsirandantis individualaus tobulėjimo procese.

3. Pagal galutinį poveikį: slopinantis ir sužadinantis.

4. Pagal signalo perdavimo mechanizmą: elektrinė, chemija, mišri.

5. Cheminės sinapsės gali būti klasifikuojamos:

a) pagal kontaktinę formą- terminalas (kolbos formos jungtis) ir trumpalaikis (aksonų varikozė);

b) tarpininko prigimtis- cholinerginis, adrenerginis, dopaminerginis

elektrinės sinapsės. Dabar pripažįstama, kad CNS yra elektrinių sinapsių. Morfologijos požiūriu elektrinė sinapsė yra į plyšį panašus darinys (plyšio dydis iki 2 nm) su jonų tilteliais-kanalais tarp dviejų besiliečiančių ląstelių. Srovės kilpos, ypač esant veikimo potencialui (AP), beveik netrukdomai šokinėja per tokį lizdą panašų kontaktą ir sužadina, t.y. sukelti antrosios ląstelės AP susidarymą. Apskritai tokios sinapsės (jos vadinamos efapsėmis) užtikrina labai greitą sužadinimo perdavimą. Tačiau tuo pačiu metu šių sinapsių pagalba negalima užtikrinti vienpusio laidumo, nes dauguma šių sinapsių turi dvipusį laidumą. Be to, jie negali būti naudojami norint priversti efektorinę ląstelę (ląstelę, kuri valdoma per tam tikrą sinapsę) slopinti savo veiklą. Lygiųjų raumenų ir širdies raumens elektrinės sinapsės analogas yra nexus tipo tarpinės jungtys.

cheminės sinapsės. Pagal struktūrą cheminės sinapsės yra aksonų galūnės (galinės sinapsės) arba jo varikozinė dalis (praeinančios sinapsės), kuri užpildyta chemine medžiaga – tarpininku. Sinapsėje išskiriamas presinapsinis elementas, kurį riboja presinapsinė membrana, postsinapsinis elementas, kurį riboja postsinapsinė membrana, taip pat ekstrasinapsinė sritis ir sinapsinis plyšys, kurio vidutinis dydis yra 50 nm.

Refleksinis lankas. Refleksų klasifikacija.

Refleksas- organizmo reakcija į išorinės ar vidinės aplinkos pokyčius, vykdoma per centrinę nervų sistemą reaguojant į receptorių dirginimą.

Visi viso organizmo refleksiniai aktai skirstomi į besąlyginius ir sąlyginius refleksus. Besąlyginiai refleksai yra paveldimi, jie būdingi kiekvienai biologinei rūšiai; jų lankai susidaro iki gimimo ir paprastai išlieka visą gyvenimą. Tačiau jie gali pasikeisti dėl ligos. Sąlyginiai refleksai atsiranda individualiai tobulėjant ir kaupiant naujus įgūdžius. Naujų laikinų jungčių plėtra priklauso nuo besikeičiančių aplinkos sąlygų. Sąlyginiai refleksai formuojasi besąlyginių ir dalyvaujant aukštesnėms smegenų dalims. Juos galima suskirstyti į įvairias grupes pagal daugybę kriterijų.

1. Pagal biologinę reikšmę

A.) maistas

B.) gynybinis

B.) seksualinis

D.) orientacinis

D.) posturalinis-toninis (kūno padėties erdvėje refleksai)

E.) lokomotorinis (kūno judėjimo erdvėje refleksai)

2. Pagal receptorių vietą, kurio dirginimas sukelia šį refleksinį aktą

A.) eksterocepcinis refleksas – išoriniame kūno paviršiuje esančių receptorių dirginimas

B.) viscero- arba interorecepcinis refleksas – atsirandantis dėl vidaus organų ir kraujagyslių receptorių dirginimo

B.) proprioceptinis (miotatinis) refleksas – griaučių raumenų, sąnarių, sausgyslių receptorių dirginimas

3. Pagal reflekse dalyvaujančių neuronų išsidėstymą

A.) stuburo refleksai – neuronai išsidėstę nugaros smegenyse

B.) bulbariniai refleksai - atliekami privalomai dalyvaujant pailgųjų smegenų neuronams

C.) mezencefaliniai refleksai – atliekami dalyvaujant vidurinių smegenų neuronams

D.) diencefaliniai refleksai – dalyvauja tarpinės dalies neuronai

D.) žievės refleksai - atliekami dalyvaujant smegenų pusrutulių smegenų žievės neuronams

refleksinis lankas- tai kelias, kuriuo dirginimas (signalas) iš receptoriaus pereina į vykdomąjį organą. Struktūrinį reflekso lanko pagrindą sudaro nervinės grandinės, susidedančios iš receptorių, tarpkalinių ir efektorinių neuronų. Būtent šie neuronai ir jų procesai sudaro kelią, kuriuo nerviniai impulsai iš receptoriaus perduodami į vykdomąjį organą bet kokio reflekso įgyvendinimo metu.

Periferinėje nervų sistemoje išskiriami refleksiniai lankai (nervų grandinės).

Somatinė nervų sistema, inervuojanti skeletą ir raumenis

Autonominė nervų sistema inervuoja vidaus organus: širdį, skrandį, žarnyną, inkstus, kepenis ir kt.

Reflekso lanką sudaro penkios dalys:

1. Receptoriai, kurie suvokia dirginimą ir reaguoja į jį sužadinimu. Receptoriai yra odoje, visuose vidaus organuose, receptorių sankaupos formuoja jutimo organus (akis, ausis ir kt.).

2.Jautrus (centripetalinis, aferentinis) nervinis pluoštas, perduodantis sužadinimą į centrą; Neuronas, turintis šią skaidulą, taip pat vadinamas jautriu. Jutiminių neuronų ląstelių kūnai yra už centrinės nervų sistemos ribų – ganglionuose išilgai nugaros smegenų ir šalia smegenų.

3. Nervų centras, kuriame sužadinimas persijungia iš sensorinio į motorinius neuronus; Daugumos motorinių refleksų centrai yra nugaros smegenyse. Smegenyse yra sudėtingų refleksų centrai, tokie kaip apsauginiai, maisto, orientacijos ir kt. Nervų centre

tarp sensorinių ir motorinių neuronų yra sinapsinis ryšys.

1. Motorinis (išcentrinis, eferentinis) nervinis pluoštas, pernešantis sužadinimą iš centrinės nervų sistemos į darbinį organą; Išcentrinis pluoštas yra ilgas motorinio neurono procesas. Motorinis neuronas vadinamas neuronu, kurio procesas artėja prie darbo organo ir perduoda jam signalą iš centro.

2. Efektorius – veikiantis organas, atliekantis poveikį, reakciją reaguodamas į receptorių dirginimą. Efektoriai gali būti raumenys, kurie susitraukia, kai į juos iš centro ateina sužadinimas, liaukos ląstelės, kurios išskiria sultis veikiant nerviniam sužadinimui, ar kiti organai.

Nervų centro samprata.

Nervų centras- nervinių ląstelių rinkinys, daugiau ar mažiau griežtai lokalizuotas nervų sistemoje ir tikrai dalyvaujantis įgyvendinant refleksą, reguliuojant vieną ar kitą organizmo funkciją ar vieną iš šios funkcijos pusių. Paprasčiausiais atvejais nervų centras susideda iš kelių neuronų, sudarančių atskirą mazgą (ganglioną).

Kiekviename N. c. per įvesties kanalus – atitinkamas nervines skaidulas – nervinių impulsų pavidalu ateina informacija iš jutimo organų arba iš kitų N. c. Šią informaciją apdoroja N. c. neuronai, kurių procesai (Aksonai) neperžengia savo ribų. Neuronai tarnauja kaip paskutinė grandis, kurios procesai palieka N. c. ir perduoda savo komandinius impulsus į periferinius organus ar kitus N. c. (išvesties kanalai). Neuronai, sudarantys N. c., yra tarpusavyje sujungti sužadinimo ir slopinimo sinapsėmis ir sudaro sudėtingus kompleksus, vadinamuosius neuroninius tinklus. Kartu su neuronais, kurie sužadinami tik reaguodami į gaunamus nervinius signalus arba įvairių kraujyje esančių cheminių dirgiklių veikimą, N. c. gali patekti neuronai-stimuliatoriai su savo automatizmu; jie turi galimybę periodiškai generuoti nervinius impulsus.

N. lokalizacija c. nustatyta remiantis eksperimentais su dirginimu, ribotu sunaikinimu, tam tikrų smegenų ar nugaros smegenų dalių pašalinimu ar perpjovimu. Jei tam tikra centrinės nervų sistemos dalis sudirginant įvyksta viena ar kita fiziologinė reakcija, o ją pašalinus ar sunaikinus ji išnyksta, tai visuotinai priimta, kad čia yra N. c., turintis įtakos šiai funkcijai arba dalyvaujantis. tam tikrame reflekse.

Nervų centrų savybės.

Nervų centras (NC) yra įvairiose centrinės nervų sistemos dalyse esančių neuronų rinkinys, reguliuojantis bet kokią kūno funkciją.

Šios savybės būdingos sužadinimui per nervų centrus:

1. Vienos linijos laidumas, jis eina nuo aferento per tarpkalarinį į eferentinį neuroną. Taip yra dėl tarpneuroninių sinapsių buvimo.

2. Centrinis sužadinimo laidumo vėlavimas, ty išilgai sužadinimo NC, yra daug lėtesnis nei išilgai nervinės skaidulos. Taip yra dėl sinapsinio vėlavimo, nes daugiausia sinapsių yra centrinėje reflekso lanko grandyje, kur laidumo greitis yra mažiausias. Remiantis tuo, reflekso laikas yra laikas nuo dirgiklio poveikio pradžios iki atsako atsiradimo. Kuo ilgesnis centrinis delsimas, tuo ilgesnis reflekso laikas. Tačiau tai priklauso nuo stimulo stiprumo. Kuo jis didesnis, tuo trumpesnis reflekso laikas ir atvirkščiai. Ego aiškinamas sužadinimo sinapsėse sumavimo reiškiniu. Be to, tai lemia ir centrinės nervų sistemos funkcinė būklė. Pavyzdžiui, pavargus NC, pailgėja refleksinės reakcijos trukmė.

3. Erdvinė ir laiko sumavimas. Laiko sumavimas, kaip ir sinapsėse, vyksta dėl to, kad kuo daugiau nervinių impulsų patenka, tuo daugiau jose išsiskiria neuromediatorių, tuo didesnė EPSP amplitudė. Todėl gali atsirasti refleksinė reakcija į kelis iš eilės subslenksčius dirgiklius. Erdvinis sumavimas stebimas, kai impulsai iš kelių neuronų receptorių patenka į nervų centrą. Juos veikiant subslenkstiniams dirgikliams, atsirandantys postsinapsiniai potencialai sumuojami 11 ir neurono membranoje sukuriamas sklindantis AP.

4. Sužadinimo ritmo transformacija – nervinių impulsų dažnio pasikeitimas praeinant per nervinį centrą. Dažnis gali padidėti arba mažėti. Pavyzdžiui, transformacija aukštyn (dažnio padidėjimas) atsiranda dėl sužadinimo dispersijos ir dauginimo neuronuose. Pirmasis reiškinys atsiranda dėl nervinių impulsų padalijimo į kelis neuronus, kurių aksonai vėliau sudaro sinapses viename neurone. Antra, kelių nervinių impulsų generavimas, kai susidaro sužadinimo postsinapsinis potencialas vieno neurono membranoje. Transformacija žemyn paaiškinama kelių EPSP sumavimu ir vieno AP atsiradimu neurone.

5. Potetaninė potencija, tai refleksinės reakcijos padidėjimas dėl ilgalaikio sužadinimo

centriniai neuronai. Veikiant daugybei nervinių impulsų serijų, einančių per sinapses dideliu dažniu, tarpneuroninėse sinapsėse išsiskiria didelis kiekis neurotransmiterio. Tai veda prie laipsniško sužadinimo postsinapsinio potencialo amplitudės padidėjimo ir užsitęsusio (kelias valandas) neuronų sužadinimo.

6. Poveikis – tai refleksinio atsako pabaigos vėlavimas po dirgiklio nutraukimo. Susijęs su nervinių impulsų cirkuliacija uždaromis neuronų grandinėmis.

7. Nervų centrų tonusas – nuolatinio padidėjusio aktyvumo būsena. Taip yra dėl nuolatinio nervinių impulsų tiekimo į NK iš periferinių receptorių, sužadinamojo medžiagų apykaitos produktų poveikio neuronams ir kitų humoralinių veiksnių. Pavyzdžiui, atitinkamų centrų tonuso pasireiškimas yra tam tikros raumenų grupės tonusas.

8. automatiškumas arba spontaniškas nervų centrų aktyvumas. Periodiškai arba nuolat neuronų generuojami nerviniai IMPULSAI, kurie juose atsiranda spontaniškai, t.y. nesant signalų iš kitų neuronų ar receptorių. Ją sukelia neuronų metabolizmo procesoriaus svyravimai ir humoralinių faktorių veikimas.

9. Nervų centrų plastiškumas. Tai jų gebėjimas keisti funkcines savybes. Tokiu atveju centras įgyja galimybę atlikti naujas funkcijas arba atkurti senas po pažeidimų. N.Ts plastiškumas. slypi sinapsių ir neuronų membranų plastiškumas, galintis pakeisti jų molekulinę struktūrą.

10. Mažas fiziologinis labilumas ir nuovargis. N.Ts. gali perduoti tik riboto dažnio impulsus. Jų nuovargis paaiškinamas sinapsių nuovargiu ir neuronų metabolizmo pablogėjimu.

Slopinimas CNS.

Slopinimas CNS neleidžia vystytis sužadinimui arba susilpnina vykstantį sužadinimą. Slopinimo pavyzdys gali būti refleksinės reakcijos nutraukimas, kai veikia kitas stipresnis dirgiklis. Iš pradžių buvo pasiūlyta vienetinė-cheminė slopinimo teorija. Jis buvo pagrįstas Deilo principu: vienas neuronas – vienas neuromediatorius. Pagal ją slopinimą užtikrina tie patys neuronai ir sinapsės, kaip ir sužadinimą. Vėliau buvo įrodytas dvejetainės cheminės teorijos teisingumas. Remiantis pastaruoju, slopinimą užtikrina specialūs slopinamieji neuronai, kurie yra tarpkaliniai. Tai nugaros smegenų Renshaw ląstelės ir Purkinje tarpinio neuronai. Slopinimas CNS yra būtinas norint integruoti neuronus į vieną nervų centrą. CNS išskiriami šie slopinimo mechanizmai:

1| Postsinapsinis. Atsiranda somos postsinapsinėje membranoje ir neuronų dendrituose, t.y. po perdavimo sinapsės. Šiose srityse specializuoti slopinamieji neuronai sudaro aksodendritines arba aksosomatines sinapses (pav.). Šios sinapsės yra glicerinerginės. Dėl NLI poveikio postsinapsinės membranos glicino chemoreceptoriams atsidaro kalio ir chlorido kanalai. Kalio ir chlorido jonai patenka į neuroną, vystosi IPSP. Chlorido jonų vaidmuo kuriant IPSP: mažas. Dėl susidariusios hiperpoliarizacijos neurono jaudrumas mažėja. Nervinių impulsų laidumas per jį sustoja. Strichnino alkaloidas gali prisijungti prie glicerolio receptorių postsinapsinėje membranoje ir išjungti slopinančias sinapses. Tai naudojama siekiant parodyti slopinimo vaidmenį. Įvedus strichnino, gyvūnui atsiranda visų raumenų spazmai.

2. Presinapsinis slopinimas. Šiuo atveju slopinantis neuronas neurono aksone suformuoja sinapsę, kuri yra tinkama perduodančiajai sinapsei. Tie. tokia sinapsė yra aksoaksoninė (pav.). Šias sinapses tarpininkauja GABA. Veikiant GABA, aktyvuojami postsinapsinės membranos chlorido kanalai. Tačiau šiuo atveju chlorido jonai pradeda palikti aksoną. Tai sukelia nedidelę vietinę, bet ilgalaikę jo membranos depoliarizaciją.

Didelė dalis membranos natrio kanalų yra inaktyvuota, o tai blokuoja nervinių impulsų laidumą palei aksoną, taigi ir neurotransmiterio išsiskyrimą perduodančioje sinapsėje. Kuo arčiau aksono kalvos yra slopinamoji sinapsė, tuo stipresnis jos slopinamasis poveikis. Presinapsinis slopinimas yra efektyviausias apdorojant informaciją, nes sužadinimo laidumas blokuojamas ne visame neurone, o tik viename jo įėjime. Kitos neurone esančios sinapsės ir toliau veikia.

3. Pesimalus slopinimas. Atrado N.E. Vvedenskis. Atsiranda esant labai dideliam nervinių impulsų dažniui. Vystosi nuolatinė ilgalaikė visos neurono membranos depoliarizacija ir jos natrio kanalų inaktyvacija. Neuronas tampa nejaudinamas.

Neurone vienu metu gali pasireikšti ir slopinantis, ir sužadinantis postsinapsinis potencialas. Dėl to parenkami reikiami signalai.

Refleksinių procesų koordinavimo principai.

Refleksinę reakciją daugeliu atvejų vykdo ne vienas, o visa reflekso lankų ir nervų centrų grupė. Refleksinės veiklos koordinavimas – tokia nervų centrų ir per juos einančių nervinių impulsų sąveika, užtikrinanti koordinuotą organų ir organizmo sistemų veiklą. Tai atliekama šiais procesais:

1. Laikinasis ir erdvinis reljefas. Tai yra refleksinės reakcijos padidėjimas, veikiant eilei nuoseklių dirgiklių arba vienu metu veikiant keliems imliams laukams. Tai paaiškinama sumavimo reiškiniu nervų centruose.

2. Okliuzija yra reljefo priešingybė. Kai refleksinis atsakas į du ar daugiau viršslenkstinių dirgiklių yra mažesnis nei atsakas į atskirą jų poveikį. Jis susijęs su kelių sužadinimo impulsų konvergencija viename neurone.

3. Bendro galutinio kelio principas. Sukūrė C. Sherrington. Jis pagrįstas konvergencijos fenomenu. Pagal šį principą viename eferentiniame motoriniame neurone gali susidaryti kelių aferentų sinapsės, įtrauktos į kelis refleksinius lankus. Šis neuronas vadinamas bendruoju galutiniu keliu ir dalyvauja keliose refleksinėse reakcijose. Jei dėl šių refleksų sąveikos sustiprėja bendra refleksinė reakcija, tokie refleksai vadinami sąjunginiais. Jei tarp aferentinių signalų vyksta kova dėl motorinio neurono – galutinio kelio, tada antagonistinis. Dėl šios kovos susilpnėja antriniai refleksai, išlaisvinamas bendras galutinis kelias, gyvybiškai svarbus.

4. Abipusis slopinimas. Atrado C. Sherrington. Tai vieno Centro slopinimo reiškinys dėl kito sužadinimo. Tie. šiuo atveju slopinamas antagonistinis centras. Pavyzdžiui, kai sužadinami kairės kojos lenkimo centrai, tos pačios kojos tiesiamųjų raumenų centrai ir dešinės kojos lenkimo centrai yra slopinami abipusio mechanizmo. Abipusiuose santykiuose yra pailgųjų smegenų įkvėpimo ir iškvėpimo centrai. miego ir būdravimo centrai ir kt.

5. Dominavimo principas. Atrado A.A. Ukhtomskis. Dominuojantis yra vyraujantis sužadinimo židinys centrinėje nervų sistemoje, pajungdamas kitus NC. Dominuojantis centras suteikia refleksų rinkinį, kuris šiuo metu yra būtinas norint pasiekti konkretų tikslą. Tam tikromis sąlygomis atsiranda gėrimo, maisto, gynybinės, seksualinės ir kitos dominantės. Dominuojančio židinio savybės yra padidėjęs jaudrumas, sužadinimo išlikimas, didelis gebėjimas sumuoti ir inertiškumas. Šios savybės atsiranda dėl reljefo, apšvitinimo reiškinių, kartu didėjant tarpkalarinių slopinamųjų neuronų aktyvumui, kurie slopina kitų centrų neuronus.

6. Atvirkštinės aferentacijos principas. Refleksinio akto rezultatus suvokia atvirkštinės aferentacijos neuronai ir informacija iš jų grįžta į nervų centrą. Ten jie lyginami su sužadinimo parametrais ir koreguojama refleksinė reakcija.

Centrinės nervų sistemos funkcijų tyrimo metodai.

1. Smegenų kamieno pjūvių įvairiais lygiais metodas. Pavyzdžiui, tarp pailgųjų smegenų ir nugaros smegenų.

2. Smegenų dalių išnaikinimo (pašalinimo) arba sunaikinimo būdas.

3. Įvairių smegenų skyrių ir centrų dirginimo būdas.

4. Anatominis ir klinikinis metodas. Klinikiniai centrinės nervų sistemos funkcijų pokyčių stebėjimai pažeidus bet kurį jos skyrių, po kurio atliekamas patoanatominis tyrimas.

5. Elektrofiziologiniai metodai:

a. Elektroencefalografija – smegenų biopotencialų registravimas iš kaukolės odos paviršiaus. Techniką sukūrė ir klinikoje įdiegė G. Bergeris.

b. Įvairių nervų centrų biopotencialų registravimas naudojamas kartu su stereotaksine technika, kai sužadintų potencialų metodu elektrodai įvedami į griežtai apibrėžtą branduolį, naudojant sužadintų potencialų metodą, fiksuojamas smegenų sričių elektrinis aktyvumas stimuliuojant periferinius receptorius. ar kituose regionuose;

6. Medžiagų intracerebrinio įvedimo metodas naudojant mikroinoforezę.

7. Chronorefleksometrija – refleksų laiko nustatymas.

nugaros smegenų refleksai.

refleksinė funkcija. Nugaros smegenų nerviniai centrai yra segmentiniai arba darbo centrai. Jų neuronai yra tiesiogiai susiję su receptoriais ir darbo organais. Be nugaros smegenų, tokie centrai yra pailgosiose smegenyse ir vidurinėse smegenyse. Suprasgmentiniai centrai, pavyzdžiui, tarpgalvis, smegenų žievė, neturi tiesioginio ryšio su periferija. Jie valdo jį per segmentinius centrus. Nugaros smegenų motoriniai neuronai inervuoja visus kamieno, galūnių, kaklo raumenis, taip pat kvėpavimo raumenis – diafragmą ir tarpšonkaulinius raumenis.

8285 0

Neuronai

Aukštesniųjų gyvūnų nervinės ląstelės sudaro centrinės nervų sistemos (CNS) organus – smegenis ir nugaros smegenis – ir periferinę nervų sistemą (PNS), kuri apima nervus ir jų procesus, jungiančius CNS su raumenimis, liaukomis ir receptoriais.

Struktūra

Nervų ląstelės nesidaugina mitozės (ląstelių dalijimosi) būdu. Neuronai vadinami amitotinėmis ląstelėmis – jei jie sunaikinami, jie nebus atstatyti. Ganglijos yra nervų ląstelių pluoštai, esantys už CNS. Visi neuronai sudaryti iš šių elementų.

ląstelės kūnas. Tai yra branduolys ir citoplazma.

Aksonas. Tai ilgas, plonas procesas, perduodantis informaciją iš ląstelės kūno į kitas ląsteles per ryšius, vadinamus sinapsėmis. Vienų aksonų ilgis nesiekia centimetro, o kitų – daugiau nei 90 cm.Dauguma aksonų yra apsauginėje medžiagoje, vadinamoje mielino apvalkale, kuri padeda pagreitinti nervinių impulsų perdavimą. Aksono susiaurėjimai po tam tikro intervalo vadinami Ranvier mazgais.

Dendritai. Tai trumpų skaidulų tinklas, besitęsiantis nuo aksono arba ląstelės kūno ir jungiantis aksonų galus nuo kitų neuronų. Dendritai informaciją apie ląstelę gauna priimdami ir vykdydami signalus. Kiekvienas neuronas gali turėti šimtus dendritų.

Neurono sandara

Funkcijos

Neuronai kontaktuoja vienas su kitu elektrocheminiu būdu, perduodami impulsus po visą kūną.

mielino apvalkalas

. Schwann ląstelės vyniojasi aplink vieną ar daugiau aksonų a) mielino apvalkalo susidarymui.
. Jį sudaro keli (galbūt 50–100) plazminių membranų sluoksniai. b) tarp kurių cirkuliuoja skystas citozolis (citoplazmoje nėra hipochondrijos ir kitų endoplazminio tinklo elementų), išskyrus viršutinį sluoksnį (į).
. Mielino apvalkalas aplink ilgą aksoną yra padalintas į segmentus, kurių kiekvieną sudaro atskira Schwann ląstelė.
. Gretimi segmentai yra atskirti susiaurėjimais, vadinamais Ranvier mazgais (G) kur aksonas neturi mielino apvalkalo.

nerviniai impulsai

Aukštesniuose gyvūnuose signalai siunčiami visame kūne ir iš smegenų elektrinių impulsų, perduodamų per nervus, pavidalu. Nervai sukuria impulsus, kai ląstelės membranoje vyksta fiziniai, cheminiai ar elektriniai pokyčiai.

1 ramybės būsenos neuronas

Ramybės neuronas turi neigiamą krūvį ląstelės membranos viduje (a) ir teigiamą krūvį už šios membranos (b). Šis reiškinys vadinamas liekamuoju membranos potencialu.

Ją palaiko du veiksniai:

Skirtingas ląstelės membranos pralaidumas natrio ir kalio jonams, kurie turi tą patį teigiamą krūvį. Natris pasklinda (praeina) į ląstelę lėčiau nei kalis iš jos palieka.

Natrio-kalio mainai, kai iš ląstelės išeina daugiau teigiamų jonų nei į ją patenka. Dėl to daugiau teigiamų jonų susikaupia už ląstelės membranos, nei jos viduje.

2 Stimuliuojamas neuronas

Kai neuronas stimuliuojamas, pasikeičia tam tikros ląstelės membranos srities (c) pralaidumas. Teigiami natrio jonai (g) pradeda patekti į ląstelę greičiau nei ramybės padėtyje, o tai lemia teigiamo potencialo padidėjimą ląstelės viduje. Šis reiškinys vadinamas depoliarizacija.

3 Nervinis impulsas

Depoliarizacija palaipsniui plinta į visą ląstelės membraną (e). Palaipsniui (ne kurį laiką) keičiasi krūviai ląstelės membranos šonuose. Šis reiškinys vadinamas atvirkštine poliarizacija. Iš tikrųjų tai yra nervinis impulsas, perduodamas išilgai nervinės ląstelės ląstelės membranos.

4 Repoliarizacija

Vėl keičiasi ląstelės membranos pralaidumas. Teigiami natrio jonai (Na+) pradeda palikti ląstelę (e). Galiausiai už ląstelės ribų vėl susidaro teigiamas krūvis, o jos viduje – teigiamas. Šis procesas vadinamas repoliarizacija.