Что такое нейрон: это специализированная нервная клетка, которая принимает, обрабатывает и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов. Если разбирать, что именно представляет собой нейрон, ключевыми частями будут тело клетки, дендриты, аксон и синаптические окончания.
Основные части нервной клетки
Типичный нейрон состоит из тела клетки, или сомы, дендритов и аксона. В соме находится ядро и большая часть аппарата, который поддерживает обмен веществ и синтез белков. Дендриты в основном принимают сигналы, а аксон проводит выходной электрический импульс к другим клеткам.
Форма нейронов сильно различается в зависимости от задачи. У одних клеток множество ветвящихся дендритов и сравнительно короткий аксон, у других аксон способен проходить на большое расстояние от тела клетки. Поэтому строение связано не с единым шаблоном, а с тем, какую информацию клетка принимает и куда ее передает.
Когда объясняют, что такое нейрон, его иногда сравнивают с проводом, но такое сравнение неполно. Нервная клетка не только проводит сигнал: она получает тысячи входов, суммирует возбуждающие и тормозные влияния и меняет вероятность собственного ответа.
Дендриты и прием информации
Дендриты — разветвленные отростки, которые увеличивают поверхность клетки для синаптических контактов. На них и на теле нейрона располагаются рецепторы к нейромедиаторам, поэтому именно здесь часто начинается преобразование химического сигнала в изменение электрического состояния мембраны.
Один вход обычно не определяет поведение клетки сам по себе. Потенциалы, возникающие в разных участках дендритов и сомы, складываются во времени и пространстве. В результате нейрон интегрирует множество сигналов и отвечает только тогда, когда совокупное воздействие достигает необходимого уровня.
- дендриты принимают значительную часть синаптических сигналов;
- сома обеспечивает обмен веществ и интеграцию входов;
- начальный сегмент аксона участвует в запуске потенциала действия;
- аксон доставляет импульс к терминалям.
Как возникает электрический импульс
Мембрана нервной клетки поддерживает разность электрических потенциалов благодаря неравномерному распределению ионов и работе ионных каналов и насосов. В покое внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно относительно наружной. Это состояние называют мембранным потенциалом покоя.
Если деполяризация достигает порога, открываются потенциалзависимые натриевые каналы и начинается быстрый вход ионов натрия. Затем натриевые каналы инактивируются, а калиевые каналы усиливают выход калия, что способствует реполяризации мембраны. Так формируется потенциал действия — кратковременный самоподдерживающийся электрический сигнал.
Если уточнять, что в физиологии называют нейроном как возбудимой клеткой, важен принцип «все или ничего» для отдельного потенциала действия. Сила стимула обычно кодируется не амплитудой одного импульса, а частотой и временным рисунком серии импульсов.
| Структура | Основная функция |
|---|---|
| Дендриты | Прием и локальная обработка входящих сигналов |
| Сома | Метаболическая поддержка клетки и интеграция сигналов |
| Аксон | Проведение потенциала действия к удаленным мишеням |
| Синаптическая терминаль | Передача сигнала следующей клетке |
Как сигнал идет по аксону
Потенциал действия распространяется по мембране аксона за счет последовательного открытия потенциалзависимых каналов. Каждый соседний участок мембраны деполяризуется и запускает новый участок волны, поэтому сигнал может проходить по длинному отростку без постепенного затухания.
Многие аксоны покрыты миелином. В центральной нервной системе миелин формируют олигодендроциты, в периферической — шванновские клетки. Миелиновая оболочка изолирует участки аксона, а потенциал действия эффективно «перескакивает» между узлами Ранвье, что ускоряет проведение.
Скорость передачи зависит от диаметра аксона, степени миелинизации и свойств мембраны. Повреждение миелина нарушает проведение импульсов, поэтому демиелинизирующие заболевания могут вызывать слабость, расстройства чувствительности, зрения и координации.
Синапс и передача следующей клетке
На конце аксона расположены пресинаптические терминали. Когда потенциал действия достигает терминали, открываются кальциевые каналы, и вход кальция запускает слияние синаптических пузырьков с мембраной. Нейромедиатор выделяется в синаптическую щель и связывается с рецепторами следующей клетки.
В химическом синапсе между клетками нет непрерывного электрического соединения. Сигнал преобразуется из электрического в химический, а затем снова влияет на электрические свойства постсинаптической клетки. Некоторые синапсы возбуждают нейрон, другие снижают вероятность его разряда.
Помимо химических существуют электрические синапсы, где ионы проходят через щелевые контакты между клетками. Они обеспечивают очень быструю передачу и могут синхронизировать активность групп нейронов, хотя в нервной системе человека химические синапсы встречаются гораздо шире.
Какие бывают нейроны
Нейроны классифицируют по форме, длине отростков, нейромедиатору и функции. В практическом объяснении часто выделяют чувствительные, двигательные нейроны и интернейроны, но реальное разнообразие нервных клеток намного больше и особенно велико в головном мозге.
- чувствительные нейроны передают информацию от рецепторов к центральной нервной системе;
- двигательные нейроны посылают команды к мышцам и некоторым другим эффекторным клеткам;
- интернейроны связывают нервные клетки внутри локальных и распределенных цепей;
- модулирующие нейроны способны менять состояние больших участков сети через специфические медиаторные системы.
Когда рассматривают, что именно означает нейрон в составе нервной цепи, функция определяется не только его внутренними свойствами, но и набором входов и выходов. Один и тот же тип электрического импульса приобретает разное значение в зависимости от того, из какой сети он пришел и какую мишень активирует.
Чем нейроны отличаются от глии
Нервная ткань состоит не только из нейронов. Глиальные клетки обеспечивают метаболическую поддержку, регулируют состав внеклеточной среды, формируют миелин, участвуют в иммунной защите мозга и влияют на работу синапсов. Без глии нормальная передача сигналов невозможна.
Астроциты контактируют с синапсами и сосудами, помогают поддерживать концентрации ионов и захватывать часть нейромедиаторов. Олигодендроциты и шванновские клетки формируют миелин, а микроглия выполняет функции резидентных иммунных клеток центральной нервной системы.
Если спрашивать, что для нервной ткани означает нейрон рядом с глией, это прежде всего специализированный элемент быстрой передачи информации. Поэтому противопоставление «нейроны думают, глия только обслуживает» неточно. Нейроны остаются основными специализированными клетками для быстрой передачи информации, но свойства нейронных сетей зависят от постоянного взаимодействия с глиальными элементами.
Могут ли нейроны восстанавливаться
Зрелые нейроны центральной нервной системы обычно плохо заменяются после гибели. В отдельных областях мозга у взрослых описана нейрогенезоподобная активность, однако ее масштаб и функциональное значение у человека остаются предметом исследований и не означают универсального восстановления поврежденных участков.
Периферические аксоны при определенных условиях способны отрастать после повреждения, если сохранено тело клетки и среда благоприятна для регенерации. В головном и спинном мозге восстановлению мешают особенности ткани, рубцевание, молекулярные ингибиторы и сложность восстановления точных связей.
Функциональное восстановление после повреждения мозга может происходить и без образования большого числа новых нервных клеток. Существующие сети способны менять силу синапсов, перераспределять функции и формировать новые связи — эти процессы относят к нейропластичности.
Почему нейроны уязвимы
Нервные клетки требуют постоянного снабжения кислородом и глюкозой и чувствительны к нарушению кровотока. При инсульте недостаток кислорода и энергии нарушает работу ионных насосов, вызывает чрезмерную деполяризацию и запускает каскады повреждения. Скорость восстановления кровотока поэтому критична для сохранения ткани.
Другие болезни повреждают разные компоненты клетки. При нейродегенеративных заболеваниях могут накапливаться патологические белки и нарушаться транспорт внутри аксона, при токсических воздействиях страдают ионные каналы или митохондрии, а при демиелинизации главным дефектом становится проведение импульса.
Ответ на вопрос, что такое нейрон в клинической неврологии, связан не с одной универсальной причиной симптомов, а с тем, какое звено нарушено: генерация импульса, аксональный транспорт, синаптическая передача, миелин или энергетический обмен клетки.
Как нейроны создают сложные функции
Отдельная нервная клетка не хранит готовое «воспоминание» и не управляет сложным поведением в одиночку. Нейроны объединяются в сети, где тысячи и миллионы клеток взаимодействуют через возбуждающие, тормозные и модулирующие связи. Именно свойства таких сетей лежат в основе восприятия, движения, обучения и памяти.
Синаптическая пластичность позволяет связям становиться сильнее или слабее в зависимости от активности. Изменения могут происходить на уровне количества выделяемого медиатора, числа и свойств рецепторов, структуры дендритных шипиков и экспрессии генов. Эти механизмы поддерживают обучение и адаптацию нервных цепей.
В последнем функциональном смысле что такое нейрон — это элемент распределенной сети, который получает входы, принимает решение о генерации импульса и передает результат дальше. Его вклад определяется положением в цепи, свойствами синапсов и состоянием окружающих клеток, поэтому работа мозга возникает из взаимодействия множества таких элементов.
