Schopnosť buniek reagovať na podnety z vonkajšieho sveta je hlavným kritériom živého organizmu. Štrukturálne prvky nervového tkaniva - neuróny cicavcov a ľudí - sú schopné transformovať podnety (svetlo, vôňa, zvukové vlny) do procesu excitácie. Jeho konečným výsledkom je adekvátna reakcia organizmu na rôzne vplyvy prostredia. V tomto článku budeme študovať funkciu neurónov mozgu a periférnych častí nervového systému a tiež zvážime klasifikáciu neurónov v súvislosti so zvláštnosťami ich fungovania v živých organizmoch.
Tvorba nervového tkaniva
Pred štúdiom funkcií neurónu sa pozrime na to, ako sa tvoria bunky neurocytov. V štádiu neuruly je neurálna trubica položená v embryu. Tvorí sa z ektodermálneholist so zhrubnutím - nervová platnička. Rozšírený koniec trubice neskôr vytvorí päť častí vo forme mozgových bublín. Tvoria časti mozgu. Hlavnú časť nervovej trubice v procese embryonálneho vývoja tvorí miecha, z ktorej vychádza 31 párov nervov.
Uróny mozgu sa spájajú a vytvárajú jadrá. Z nich vychádza 12 párov hlavových nervov. V ľudskom tele sa nervový systém diferencuje na centrálnu časť - mozog a miechu, pozostávajúcu z buniek neurocytov, a podporné tkanivo - neurogliu. Okrajová časť pozostáva zo somatickej a vegetatívnej časti. Ich nervové zakončenia inervujú všetky orgány a tkanivá tela.
Neuróny sú štrukturálne jednotky nervového systému
Majú rôzne veľkosti, tvary a vlastnosti. Funkcie neurónu sú rôznorodé: účasť na tvorbe reflexných oblúkov, vnímanie podráždenia z vonkajšieho prostredia, prenos vzniknutého vzruchu na iné bunky. Neurón má niekoľko vetiev. Dlhý je axón, krátke sa rozvetvujú a nazývajú sa dendrity.
Cytologické štúdie odhalili v tele nervovej bunky jadro s jedným alebo dvoma jadierkami, dobre vytvorené endoplazmatické retikulum, množstvo mitochondrií a výkonný aparát na syntézu bielkovín. Predstavujú ho ribozómy a molekuly RNA a mRNA. Tieto látky tvoria špecifickú štruktúru neurocytov – Nisslovu substanciu. Zvláštnosť nervových buniek - veľké množstvo procesov prispieva k tomu, že hlavnou funkciou neurónu je prenos nervuimpulzov. Poskytujú ho dendrity aj axón. Prvé vnímajú signály a prenášajú ich do tela neurocytu a axón, jediný veľmi dlhý proces, vedie excitáciu do iných nervových buniek. Pokračujúc v hľadaní odpovede na otázku: akú funkciu vykonávajú neuróny, obráťme sa na štruktúra takej látky ako neuroglia.
Štruktúry nervového tkaniva
Neurocyty sú obklopené špeciálnou látkou, ktorá má podporné a ochranné vlastnosti. Má tiež charakteristickú schopnosť deliť sa. Toto spojenie sa nazýva neuroglia.
Táto štruktúra je v úzkom spojení s nervovými bunkami. Pretože hlavnými funkciami neurónu sú generovanie a vedenie nervových impulzov, gliové bunky sú ovplyvnené procesom excitácie a menia svoje elektrické charakteristiky. Okrem trofických a ochranných funkcií zabezpečuje glia metabolické reakcie v neurocytoch a prispieva k plasticite nervového tkaniva.
Mechanizmus vedenia excitácie v neurónoch
Každá nervová bunka vytvára niekoľko tisíc kontaktov s inými neurocytmi. Elektrické impulzy, ktoré sú základom excitačných procesov, sa prenášajú z tela neurónu pozdĺž axónu a kontaktujú ďalšie štrukturálne prvky nervového tkaniva alebo vstupujú priamo do pracovného orgánu, napríklad do svalu. Na zistenie, akú funkciu vykonávajú neuróny, je potrebné študovať mechanizmus prenosu excitácie. Vykonávajú ho axóny. V motorických nervoch sú pokryté myelínovou pošvou a nazývajú sa dužinaté. Vo vegetatívnomnervový systém sú nemyelinizované procesy. Prostredníctvom nich by mala excitácia vstúpiť do susedného neurocytu.
Čo je synapsia
Miesto, kde sa stretávajú dve bunky, sa nazýva synapsia. K prenosu vzruchu v ňom dochádza buď pomocou chemických látok - mediátorov, alebo prechodom iónov z jedného neurónu na druhý, teda elektrickými impulzmi.
Vďaka tvorbe synapsií vytvárajú neuróny sieťovú štruktúru kmeňovej časti mozgu a miechy. Nazýva sa retikulárna formácia, začína od spodnej časti medulla oblongata a zachytáva jadrá mozgového kmeňa alebo mozgové neuróny. Sieťovaná štruktúra udržuje aktívny stav mozgovej kôry a usmerňuje reflexné akty miechy.
Umelá inteligencia
Myšlienku synaptických spojení medzi neurónmi centrálneho nervového systému a štúdium funkcií retikulárnej informácie v súčasnosti stelesňuje veda vo forme umelej neurónovej siete. V ňom sú výstupy jednej umelej nervovej bunky spojené so vstupmi druhej špeciálnymi spojmi, ktoré vo svojich funkciách duplikujú skutočné synapsie. Aktivačná funkcia neurónu umelého neuropočítača je súhrn všetkých vstupných signálov vstupujúcich do umelej nervovej bunky, prevedený na nelineárnu funkciu lineárnej zložky. Nazýva sa aj aktivačná funkcia (prenos). Pri vytváraní umelej inteligencie sú najpoužívanejšie lineárne, semilineárne a stupňovité aktivačné funkcie.neurón.
Aferentné neurocyty
Nazývajú sa aj citlivé a majú krátke procesy, ktoré vstupujú do buniek kože a všetkých vnútorných orgánov (receptorov). Vnímajúc podráždenie vonkajšieho prostredia ich receptory premieňajú na proces excitácie. Podľa druhu podnetu sa nervové zakončenia delia na: termoreceptory, mechanoreceptory, nociceptory. Funkciami senzitívneho neurónu sú teda vnímanie podnetov, ich rozlišovanie, vytváranie vzruchu a jeho prenos do centrálneho nervového systému. Senzorické neuróny vstupujú do dorzálnych rohov miechy. Ich telá sú umiestnené v uzloch (gangliách) umiestnených mimo centrálneho nervového systému. Takto vznikajú gangliá hlavových a miechových nervov. Aferentné neuróny majú veľké množstvo dendritov, ktoré sú spolu s axónom a telom nevyhnutnou súčasťou všetkých reflexných oblúkov. Funkcie citlivého neurónu preto spočívajú jednak v prenose procesu excitácie do mozgu a miechy, jednak v účasti na tvorbe reflexov.
Funkcie interneurónu
Pokračovaním v štúdiu vlastností štrukturálnych prvkov nervového tkaniva zistime, akú funkciu vykonávajú interneuróny. Tento typ nervových buniek prijíma bioelektrické impulzy zo senzorického neurocytu a prenáša ich:
a) iné interneuróny;
b) motorické neurocyty.
Väčšina interneurónov má axóny, ktorých koncové časti sú zakončené, spojené s neurocytmi jedného centra.
Interkalárny neurón, ktorého funkciami je integrácia vzruchu a jeho distribúcia ďalej do častí centrálneho nervového systému, sú podstatnou súčasťou väčšiny nepodmienených reflexných a podmienených reflexných nervových oblúkov. Excitačné interneuróny podporujú prenos signálu medzi funkčnými skupinami neurocytov. Inhibičné interkalárne nervové bunky dostávajú excitáciu z vlastného centra prostredníctvom spätnej väzby. To prispieva k tomu, že interkalárny neurón, ktorého funkciami je prenos a dlhodobé uchovávanie nervových vzruchov, zabezpečuje aktiváciu senzorických miechových nervov.
Funkcia motorického neurónu
Motoneurón je konečná štrukturálna jednotka reflexného oblúka. Má veľké telo uzavreté v predných rohoch miechy. Tieto nervové bunky, ktoré inervujú kostrové svaly, majú názvy týchto motorických prvkov. Ďalšie eferentné neurocyty vstupujú do sekrečných buniek žliaz a spôsobujú uvoľňovanie vhodných látok: sekrétov, hormónov. Pri mimovoľných, teda nepodmienených reflexných aktoch (prehĺtanie, slinenie, defekácia) odchádzajú eferentné neuróny z miechy alebo z mozgového kmeňa. Na vykonávanie zložitých akcií a pohybov telo používa dva typy odstredivých neurocytov: centrálny motor a periférny motor. Telo centrálneho motorického neurónu sa nachádza v mozgovej kôre, blízko Roland sulcus.
Telá periférnych motorických neurocytov, ktoré inervujú svaly končatín, trupu, krku,umiestnené v predných rohoch miechy a ich dlhé výbežky - axóny - vychádzajú z predných koreňov. Tvoria motorické vlákna 31 párov miechových nervov. Periférne motorické neurocyty inervujúce svaly tváre, hltana, hrtana a jazyka sa nachádzajú v jadrách vagusových, hypoglossálnych a glosofaryngeálnych hlavových nervov. Hlavnou funkciou motorického neurónu je preto nerušené vedenie vzruchu do svalov, sekrečných buniek a iných pracovných orgánov.
Metabolizmus v neurocytoch
Hlavné funkcie neurónu – tvorba bioelektrického akčného potenciálu a jeho prenos do iných nervových buniek, svalov, sekrečných buniek – sú spôsobené štrukturálnymi vlastnosťami neurocytu, ako aj špecifickými metabolickými reakciami. Cytologické štúdie ukázali, že neuróny obsahujú veľké množstvo mitochondrií, ktoré syntetizujú molekuly ATP, vyvinuté granulárne retikulum s mnohými ribozomálnymi časticami. Aktívne syntetizujú bunkové proteíny. Membrána nervovej bunky a jej procesy - axón a dendrity - plní funkciu selektívneho transportu molekúl a iónov. Metabolické reakcie v neurocytoch prebiehajú za účasti rôznych enzýmov a vyznačujú sa vysokou intenzitou.
Prenos excitácie v synapsiách
Vzhľadom na mechanizmus vedenia vzruchu v neurónoch sme sa zoznámili so synapsiami – útvarmi, ktoré vznikajú v mieste kontaktu dvoch neurocytov. Vzruch v prvej nervovej bunke spôsobuje tvorbu molekúl chemických látok - mediátorov - v kolateráloch jej axónu. Tie obsahujúaminokyseliny, acetylcholín, norepinefrín. Uvoľnený z vezikúl synoptických zakončení v synoptickej štrbine môže ovplyvniť tak vlastnú postsynaptickú membránu, ako aj obaly susedných neurónov.
Molekuly neurotransmiterov slúžia ako dráždidlo pre inú nervovú bunku, čo spôsobuje zmeny nábojov v jej membráne – akčný potenciál. Vzruch sa tak rýchlo šíri pozdĺž nervových vlákien a dostáva sa do častí centrálneho nervového systému alebo vstupuje do svalov a žliaz, čím spôsobuje ich adekvátnu činnosť.
Neurónová plasticita
Vedci zistili, že v procese embryogenézy, konkrétne v štádiu neurulácie, sa z ektodermy vyvinie veľmi veľký počet primárnych neurónov. Asi 65% z nich zomrie pred narodením človeka. Počas ontogenézy sa niektoré mozgové bunky naďalej eliminujú. Ide o prirodzený naprogramovaný proces. Neurocyty, na rozdiel od epitelových alebo spojivových buniek, nie sú schopné deliť sa a regenerovať, pretože gény zodpovedné za tieto procesy sú v ľudských chromozómoch inaktivované. Napriek tomu sa dá mozgová a mentálna výkonnosť udržať dlhé roky bez výrazného poklesu. Vysvetľuje to skutočnosť, že funkcie neurónu, stratené v procese ontogenézy, preberajú iné nervové bunky. Musia zvýšiť svoj metabolizmus a vytvoriť nové dodatočné nervové spojenia, ktoré kompenzujú stratené funkcie. Tento jav sa nazýva plasticita neurocytov.
Čoodráža sa v neurónoch
Koncom 20. storočia skupina talianskych neurofyziológov zistila zaujímavý fakt: v nervových bunkách je možný zrkadlový odraz vedomia. To znamená, že v mozgovej kôre sa vytvára fantóm vedomia ľudí, s ktorými komunikujeme. Neuróny zahrnuté v zrkadlovom systéme fungujú ako rezonátory pre duševnú činnosť okolitých ľudí. Preto je človek schopný predvídať zámery partnera. Štruktúra takýchto neurocytov tiež poskytuje špeciálny psychologický fenomén nazývaný empatia. Vyznačuje sa schopnosťou preniknúť do sveta emócií iného človeka a vcítiť sa do jeho pocitov.
