Zdolność komórek do reagowania na bodźce ze świata zewnętrznego jest głównym kryterium żywego organizmu. Elementy strukturalne tkanki nerwowej - neurony ssaków i ludzi - potrafią przekształcać bodźce (światło, zapach, fale dźwiękowe) w proces wzbudzania. Jej efektem końcowym jest odpowiednia reakcja organizmu na różne wpływy środowiska. W tym artykule zbadamy funkcję neuronów mózgu i obwodowych części układu nerwowego, a także rozważymy klasyfikację neuronów w związku z osobliwościami ich funkcjonowania w organizmach żywych.
Tworzenie tkanki nerwowej
Przed badaniem funkcji neuronu przyjrzyjmy się, jak powstają komórki neurocytów. Na etapie neuruli w zarodku układana jest cewa nerwowa. Powstaje z ektodermalnegoliść z pogrubieniem - płytka nerwowa. Rozszerzony koniec rurki utworzy później pięć części w postaci pęcherzyków mózgowych. Tworzą części mózgu. Główna część cewy nerwowej w procesie rozwoju embrionalnego tworzy rdzeń kręgowy, z którego odchodzi 31 par nerwów.
Neurony mózgu łączą się, tworząc jądra. Wyłania się z nich 12 par nerwów czaszkowych. W organizmie człowieka układ nerwowy jest zróżnicowany na część centralną – mózg i rdzeń kręgowy, składający się z komórek neurocytów, oraz tkankę podporową – neuroglej. Część obwodowa składa się z części somatycznej i wegetatywnej. Ich zakończenia nerwowe unerwiają wszystkie narządy i tkanki ciała.
Neurony to strukturalne jednostki układu nerwowego
Mają różne rozmiary, kształty i właściwości. Funkcje neuronu są zróżnicowane: udział w tworzeniu łuków odruchowych, postrzeganie podrażnienia ze środowiska zewnętrznego, przekazywanie powstałego pobudzenia do innych komórek. Neuron ma kilka gałęzi. Długie to akson, krótkie rozgałęziają się i nazywane są dendrytami.
Badania cytologiczne ujawniły w ciele komórki nerwowej jądro z jednym lub dwoma jąderkami, dobrze uformowaną retikulum endoplazmatyczne, wiele mitochondriów i potężny aparat do syntezy białek. Jest reprezentowany przez rybosomy oraz cząsteczki RNA i mRNA. Substancje te tworzą specyficzną strukturę neurocytów - substancję Nissla. Specyfika komórek nerwowych - duża liczba procesów przyczynia się do tego, że główną funkcją neuronu jest przekazywanie nerwuimpulsy. Dostarczają go zarówno dendryty, jak i akson. Te pierwsze odbierają sygnały i przekazują je do ciała neurocytu, a akson, jedyny bardzo długi proces, prowadzi wzbudzenie do innych komórek nerwowych. W poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie: jaką funkcję pełnią neurony, zwróćmy się do struktura takiej substancji jak neuroglia.
Struktury tkanki nerwowej
Neurocyty otoczone są specjalną substancją, która ma właściwości podtrzymujące i ochronne. Posiada również charakterystyczną zdolność do dzielenia. To połączenie nazywa się neuroglia.
Ta struktura jest ściśle związana z komórkami nerwowymi. Ponieważ głównymi funkcjami neuronu jest generowanie i przewodzenie impulsów nerwowych, komórki glejowe podlegają wpływowi procesu wzbudzania i zmieniają swoje właściwości elektryczne. Oprócz funkcji troficznych i ochronnych glej zapewnia reakcje metaboliczne w neurocytach i przyczynia się do plastyczności tkanki nerwowej.
Mechanizm prowadzenia wzbudzenia w neuronach
Każda komórka nerwowa nawiązuje kilka tysięcy kontaktów z innymi neurocytami. Impulsy elektryczne, które są podstawą procesów wzbudzenia, są przekazywane z ciała neuronu wzdłuż aksonu i stykają się z innymi elementami strukturalnymi tkanki nerwowej lub wchodzą bezpośrednio do narządu pracy, np. do mięśnia. Aby ustalić, jaką funkcję pełnią neurony, konieczne jest zbadanie mechanizmu transmisji wzbudzenia. Dokonują tego aksony. W nerwach ruchowych są pokryte osłonką mielinową i nazywane są miazgą. W fazie wegetatywnejukład nerwowy to procesy niezmielinizowane. Za ich pośrednictwem pobudzenie powinno wejść do sąsiedniego neurocytu.
Co to jest synapsa
Miejsce, w którym spotykają się dwie komórki, nazywa się synapsą. Przeniesienie w nim wzbudzenia odbywa się albo za pomocą substancji chemicznych - mediatorów, albo poprzez przekazywanie jonów z jednego neuronu do drugiego, czyli za pomocą impulsów elektrycznych.
Dzięki tworzeniu się synaps neurony tworzą strukturę siatkową części macierzystej mózgu i rdzenia kręgowego. Nazywa się formacją siatkowatą, zaczyna się od dolnej części rdzenia przedłużonego i wychwytuje jądra pnia mózgu lub neurony mózgu. Struktura siatki utrzymuje aktywny stan kory mózgowej i kieruje odruchami rdzenia kręgowego.
Sztuczna inteligencja
Idea połączeń synaptycznych między neuronami ośrodkowego układu nerwowego i badanie funkcji informacji siatkowej jest obecnie urzeczywistniana przez naukę w postaci sztucznej sieci neuronowej. W nim wyjścia jednej sztucznej komórki nerwowej są połączone z wejściami innej za pomocą specjalnych połączeń, które powielają prawdziwe synapsy w ich funkcjach. Funkcja aktywacji neuronu sztucznego neurokomputera jest sumą wszystkich sygnałów wejściowych wchodzących do sztucznej komórki nerwowej, przekształconych w nieliniową funkcję składnika liniowego. Nazywana jest również funkcją uruchamiania (przeniesienia). Przy tworzeniu sztucznej inteligencji najczęściej wykorzystywane są funkcje aktywacji liniowej, półliniowej i krokowej.neuron.
Nerocyty doprowadzające
Są one również nazywane wrażliwymi i mają krótkie procesy, które wnikają do komórek skóry i wszystkich narządów wewnętrznych (receptorów). Dostrzegając podrażnienie środowiska zewnętrznego, receptory przekształcają je w proces wzbudzenia. W zależności od rodzaju bodźca zakończenia nerwowe dzieli się na: termoreceptory, mechanoreceptory, nocyceptory. Zatem funkcjami wrażliwego neuronu są percepcja bodźców, ich rozróżnianie, generowanie pobudzenia i przekazywanie go do ośrodkowego układu nerwowego. Neurony czuciowe wchodzą do rogów grzbietowych rdzenia kręgowego. Ich ciała znajdują się w węzłach (zwojach) zlokalizowanych poza ośrodkowym układem nerwowym. W ten sposób powstają zwoje nerwów czaszkowych i rdzeniowych. Neurony aferentne mają dużą liczbę dendrytów i wraz z aksonem i ciałem są niezbędnym składnikiem wszystkich łuków odruchowych. Dlatego funkcje wrażliwego neuronu polegają zarówno na przenoszeniu procesu pobudzenia do mózgu i rdzenia kręgowego, jak i na udziale w tworzeniu odruchów.
Cechy interneuron
Kontynuując badanie właściwości elementów strukturalnych tkanki nerwowej, dowiedzmy się, jaką funkcję pełnią interneurony. Ten typ komórek nerwowych otrzymuje impulsy bioelektryczne z neurocytów czuciowych i przekazuje je:
a) inne interneurony;
b) neurocyty motoryczne.
Większość interneuronów ma aksony, których końcowe sekcje są zakończeniami, połączonymi z neurocytami jednego centrum.
Neuron interkalarny, którego funkcją jest integracja wzbudzenia i jego dalsze rozmieszczenie do części ośrodkowego układu nerwowego, jest zasadniczym składnikiem większości nieuwarunkowanych odruchowych i warunkowych łuków nerwowych. Interneurony pobudzające promują transmisję sygnału między funkcjonalnymi grupami neurocytów. Hamujące interkalarne komórki nerwowe otrzymują pobudzenie z własnego centrum poprzez sprzężenie zwrotne. Przyczynia się to do tego, że neuron interkalarny, którego funkcją jest przekazywanie i długotrwałe zachowanie impulsów nerwowych, zapewnia aktywację czuciowych nerwów rdzeniowych.
Funkcja neuronu ruchowego
Motoneuron jest ostatnią jednostką strukturalną łuku odruchowego. Ma duże ciało zamknięte w rogach przednich rdzenia kręgowego. Te komórki nerwowe, które unerwiają mięśnie szkieletowe, mają nazwy tych elementów motorycznych. Inne neurocyty odprowadzające wnikają do komórek wydzielniczych gruczołów i powodują uwalnianie odpowiednich substancji: sekretów, hormonów. W mimowolnych, to znaczy nieuwarunkowanych aktach odruchowych (połykanie, ślinienie, defekacja), neurony odprowadzające odchodzą od rdzenia kręgowego lub pnia mózgu. Do wykonywania złożonych czynności i ruchów organizm wykorzystuje dwa rodzaje neurocytów odśrodkowych: silnik ośrodkowy i silnik obwodowy. Ciało centralnego neuronu ruchowego znajduje się w korze mózgowej, w pobliżu bruzdy Rolanda.
Ciała obwodowych neurocytów ruchowych, które unerwiają mięśnie kończyn, tułowia, szyi,zlokalizowane w rogach przednich rdzenia kręgowego, a ich długie procesy - aksony - wychodzą z przednich korzeni. Tworzą włókna motoryczne 31 par nerwów rdzeniowych. Obwodowe neurocyty ruchowe unerwiające mięśnie twarzy, gardła, krtani i języka zlokalizowane są w jądrach nerwów czaszkowych: nerwu błędnego, podjęzykowego i językowo-gardłowego. Dlatego główną funkcją neuronu ruchowego jest niezakłócone przewodzenie pobudzenia do mięśni, wydzielania komórek i innych pracujących narządów.
Metabolizm w neurocytach
Główne funkcje neuronu – tworzenie bioelektrycznego potencjału czynnościowego i jego przekazywanie do innych komórek nerwowych, mięśni, komórek wydzielniczych – wynikają z cech strukturalnych neurocytów, a także ze specyficznych reakcji metabolicznych. Badania cytologiczne wykazały, że neurony zawierają dużą liczbę mitochondriów, które syntetyzują cząsteczki ATP, rozwiniętą siateczkę ziarnistą z wieloma cząsteczkami rybosomów. Aktywnie syntetyzują białka komórkowe. Błona komórki nerwowej i jej procesy - akson i dendryty - pełni funkcję selektywnego transportu cząsteczek i jonów. Reakcje metaboliczne w neurocytach przebiegają z udziałem różnych enzymów i charakteryzują się dużą intensywnością.
Transmisja pobudzenia w synapsach
Rozważając mechanizm przewodzenia pobudzenia w neuronach, zapoznaliśmy się z synapsami - formacjami, które powstają na styku dwóch neurocytów. Pobudzenie w pierwszej komórce nerwowej powoduje powstawanie cząsteczek substancji chemicznych - mediatorów - w kolateralach jej aksonu. Obejmują oneaminokwasy, acetylocholina, norepinefryna. Uwolniony z pęcherzyków zakończeń synoptycznych w szczelinie synoptycznej może wpływać zarówno na własną błonę postsynaptyczną, jak i na powłoki sąsiednich neuronów.
Cząsteczki neuroprzekaźników działają jako środek drażniący dla innej komórki nerwowej, powodując zmiany ładunku w jej błonie – potencjał czynnościowy. W ten sposób pobudzenie szybko rozprzestrzenia się wzdłuż włókien nerwowych i dociera do części ośrodkowego układu nerwowego lub wnika do mięśni i gruczołów, powodując ich odpowiednie działanie.
Plastyczność neuronu
Naukowcy odkryli, że w procesie embriogenezy, a mianowicie na etapie neurulacji, z ektodermy rozwija się bardzo duża liczba neuronów pierwotnych. Około 65% z nich umiera przed urodzeniem osoby. Podczas ontogenezy niektóre komórki mózgowe są nadal eliminowane. To naturalny zaprogramowany proces. Neurocyty, w przeciwieństwie do komórek nabłonkowych czy łącznych, nie są zdolne do podziału i regeneracji, ponieważ geny odpowiedzialne za te procesy są inaktywowane w ludzkich chromosomach. Niemniej jednak mózg i sprawność umysłową można utrzymać przez wiele lat bez znaczącego spadku. Tłumaczy się to tym, że funkcje neuronu, utracone w procesie ontogenezy, przejmują inne komórki nerwowe. Muszą zwiększyć swój metabolizm i stworzyć nowe dodatkowe połączenia nerwowe, które kompensują utracone funkcje. Zjawisko to nazywa się plastycznością neurocytów.
Coodzwierciedlone w neuronach
Pod koniec XX wieku grupa włoskich neurofizjologów ustaliła interesujący fakt: lustrzane odbicie świadomości jest możliwe w komórkach nerwowych. Oznacza to, że w korze mózgowej powstaje fantom świadomości osób, z którymi się komunikujemy. Neurony wchodzące w skład systemu lustrzanego pełnią funkcję rezonatorów aktywności umysłowej otaczających ludzi. Dlatego osoba jest w stanie przewidzieć intencje rozmówcy. Struktura takich neurocytów zapewnia również specjalne zjawisko psychologiczne zwane empatią. Charakteryzuje się zdolnością wnikania w świat emocji innej osoby i wczuwania się w jej uczucia.
