ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 203
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
10
устройство и функции нервной системы
Клеточное тело. В этом отсеке происходит обработка сигналов, поступающих от дендрита, и производится исходящий сигнал. Здесь же расположено ядро клетки, а в нем — ДНК, длинная молекула, хранящая информацию для синтеза тысяч белков, контролирующих функции клетки.
Каждый тип нейронов определяется уникальной комбинацией генов, придающих ему его особые свойства.
Аксон. Одиночный отросток на другом конце нейрона, проводник исходящего сигнала нейрона. Электрические сигналы генерируются в основании аксона и отводятся от клеточного тела, после чего передаются другим клеткам. Конец аксона образует ветвистые терминали, они и доносят сигнал до множества «целевых» клеток. Мы уже знаем, однако, что импульсы могут возникать в любой части нейрона и двигаться в обоих направлениях.
Вымуштрованная армия
Вымуштрованная армия
Большинство нейронов — около 80 % — располагается в мозжечке. Клетки в его коре (внешней оболочке) устроены высокоупорядоченными слоями, подобно дисциплинированным солдатам в войсках особого назначения. Два типа клеток в этой части мозга нагляд- но показывают, насколько разнообразны бывают нейроны. Клетки
Пуркинье — крупнейшие нейроны мозга. Они широкие, плоские и чрезвы- чайно разветвленные. Гранулярные же клетки, напротив, мельчайшие.
У них одиночное волокно вблизи клеточного тела раздваивается
Клетки Дженнифер Энистон
Исследуя мозг страдающих эпилепси- ей, ученые обнаружили нейроны, реагирующие на образы знаменито- стей вроде Дженнифер Энистон или
Хэлли Берри или же на легендарные объекты — Эйфелеву башню или
Белый дом. Эти клетки расположены в области мозга, содержащей структуры, необходимые для производства памяти. Далее те же исследователи установили, что эти клетки активизируются не только в тех случаях, когда пациент видит образы знаменитостей или объектов, но и когда просто о них думает. Эти открытия привели к предположению, что индивидуальные клетки отвечают за кодирование абстрактных понятий.
Однако более вероятным видится такой вывод: каждая клетка есть часть распределенной системы, содержа- щей несколько миллионов нейронов, и эта система кодирует воспоминание о знаменитости или объекте.
Отдельные клетки, вероятно, участвуют в миллионах других систем, и каждая система кодирует опреде- ленное воспоминание или понятие.
нейронная доктрина
11
и ответвляется перпендикулярно дендритам клетки Пуркинье. Каждая клетка Пуркинье формирует связи примерно с 250 000 волокон гранулярных клеток.
Кора головного мозга тоже слоиста, и каждый слой — предельно упорядоченная общность нейронов. Пирамидальные клетки, расположен- ные во всех слоях, кроме самого верхнего, — один из основных видов клеток, они собраны в скопле- ния определенного устройства, воспроизводимо- го на каждой тридцатитысячной доле миллиме- тра. Структура этих клеток в разных слоях и участках мозга разная, но у всех узнаваемая пирамидальная форма клеточного тела, сильно разветвленные дендриты и ветвистые аксоны, простирающиеся к клеткам в других слоях коры и удаленных областях мозга.
В сухом остатке
Нейроны —
кирпичики
нервной системы
Пирамидальные нейроны из разных участков коры головного мозга
11
и ответвляется перпендикулярно дендритам клетки Пуркинье. Каждая клетка Пуркинье формирует связи примерно с 250 000 волокон гранулярных клеток.
Кора головного мозга тоже слоиста, и каждый слой — предельно упорядоченная общность нейронов. Пирамидальные клетки, расположен- ные во всех слоях, кроме самого верхнего, — один из основных видов клеток, они собраны в скопле- ния определенного устройства, воспроизводимо- го на каждой тридцатитысячной доле миллиме- тра. Структура этих клеток в разных слоях и участках мозга разная, но у всех узнаваемая пирамидальная форма клеточного тела, сильно разветвленные дендриты и ветвистые аксоны, простирающиеся к клеткам в других слоях коры и удаленных областях мозга.
В сухом остатке
Нейроны —
кирпичики
нервной системы
Пирамидальные нейроны из разных участков коры головного мозга
СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
12
устройство и функции нервной системы
Помимо нейронов в мозге также содержатся и другие клетки,
именуемые глиальными (клетками глии). Почти всю историю
современных наук о мозге клетки глии считались незначи-
мыми, обслуживающими. Ныне же известно, что они, играя
важную сопровождающую роль, все же ключевой фактор
в развитии мозга, его деятельности и болезней.
Более 150 лет глиальные клетки считали необходимыми лишь для удержания нейронов на своих местах, их защиты и питания.
Современные исследования, однако, показали, что эти клетки очень значимы для способностей мозга к обработке информации.
Глиальных клеток в мозге больше, чем нейронов, но с тех пор как их открыли, ученые ими, в общем, пренебрегали. Теперь-то делается все яснее, что для развития нашего понимания работы мозга эти клетки принимать в расчет необходимо. Они не просто актеры второго плана: глиальные клетки играют важные роли на сцене работы мозга, а могут и вообще оказаться звездами этого спектакля.
Знакомство с глиальными клетками
Знакомство с глиальными клетками
В мозге содержатся разные типы глиальных клеток, и у каждого — свои особые функции.
Астроциты имеют форму звездочки, размещаются в пространстве между нейронами. Снабжают питательными веществами и регулируют химический состав нейронов, а к тому же необходимы для обработки информации.
Эпендимальные клетки выстилают стенки желудочков мозга, произ- водят и выделяют спинномозговую жидкость. У этих клеток имеются волоски-протуберанцы, именуемые ресничками, — они торчат внутрь
03
Глиальные
клетки
1839
Теодор Шванн описывает структуру периферической нервной системы и наблюдает клетки, впоследствии названные его именем
1856
Рудольф Вирхов называет клетки глии nervenkitt, что означает «клей нервов»
1896
Георге Маринеску обнаруживает, что глия поглощает нейроны в процессе фагоцитоза
глиальные клетки
13
желудочков и колышутся, тем самым улучшая циркуляцию спинномозговой жидкости.
Микроглиальные клетки — отряд особого реагирования мозга, первая линия обороны от микробов, уборщики отходов за умирающими нейронами
(
см. стр. 126–127).
Олигодендроциты производят жировую ткань миелин — изолятор для аксонов. Благодаря ей нервные импульсы перемещаются вдоль аксонов с большей эффективностью. (Для периферической нервной системы эту функцию выполняют шванновские клетки.)
Радиальная глия наличествует только на ранних стадиях развития мозга
(
см. след. стр.). Клетки этого вида производят громадное количество нейро- нов мозга и направляют их к развивающейся коре.
Аварийная бригада мозга
Микроглия формируется костным мозгом, клетки микроглии — иммунная система мозга. Эти клетки постоянно патрулируют мозг, вытягивая и поджи- мая похожие на пальцы отростки, — проверяют, не возникло ли каких-нибудь признаков инфекции, повреждения или болезни. Обнаружив в мозге микробы, микроглиальные клетки ползут, подобно амебам, к чужакам и поглощают их; этот процесс называется фагоцитозом (букв. «поедание клетки»). Микроглиальная клетка в этом процессе обволакивает микроб своей клеточной мембраной, включает его в свое тело, после чего уничтожает.
Микроглия задействована и в случаях поражений мозга: микроглиальные клетки принимают сигнал о химических неполадках, отправленный повреж- денными и умирающими нейронами, и ползут к месту поражения. По прибытии они прибирают мертвые клетки и другие клеточные отходы.
Ядро
Клеточное тело
Микроглиальная клетка
1920
Пио дель Рио-Ортега подразделяет глиальные клетки на четыре типа
1966
Стивен Куффлер с коллегами доказывает, что глия реагирует на сигналы от нейронов
1970
Паско Ракич описывает миграцию молодых нейронов вдоль волокон радиальных глиоцитов
13
желудочков и колышутся, тем самым улучшая циркуляцию спинномозговой жидкости.
Микроглиальные клетки — отряд особого реагирования мозга, первая линия обороны от микробов, уборщики отходов за умирающими нейронами
(
см. стр. 126–127).
Олигодендроциты производят жировую ткань миелин — изолятор для аксонов. Благодаря ей нервные импульсы перемещаются вдоль аксонов с большей эффективностью. (Для периферической нервной системы эту функцию выполняют шванновские клетки.)
Радиальная глия наличествует только на ранних стадиях развития мозга
(
см. след. стр.). Клетки этого вида производят громадное количество нейро- нов мозга и направляют их к развивающейся коре.
Аварийная бригада мозга
Микроглия формируется костным мозгом, клетки микроглии — иммунная система мозга. Эти клетки постоянно патрулируют мозг, вытягивая и поджи- мая похожие на пальцы отростки, — проверяют, не возникло ли каких-нибудь признаков инфекции, повреждения или болезни. Обнаружив в мозге микробы, микроглиальные клетки ползут, подобно амебам, к чужакам и поглощают их; этот процесс называется фагоцитозом (букв. «поедание клетки»). Микроглиальная клетка в этом процессе обволакивает микроб своей клеточной мембраной, включает его в свое тело, после чего уничтожает.
Микроглия задействована и в случаях поражений мозга: микроглиальные клетки принимают сигнал о химических неполадках, отправленный повреж- денными и умирающими нейронами, и ползут к месту поражения. По прибытии они прибирают мертвые клетки и другие клеточные отходы.
Ядро
Клеточное тело
Микроглиальная клетка
1920
Пио дель Рио-Ортега подразделяет глиальные клетки на четыре типа
1966
Стивен Куффлер с коллегами доказывает, что глия реагирует на сигналы от нейронов
1970
Паско Ракич описывает миграцию молодых нейронов вдоль волокон радиальных глиоцитов
14
устройство и функции нервной системы
Не просто клей
Не просто клей
В переводе с греческого «глия» означает «клей» — это название отражает давние представления о роли этих клеток. Однако исследования, обнародованные за последние десять лет, показывают, что глиальные клетки на самом деле жизненно важны во всех аспектах деятель- ности мозга.
Астроциты, к примеру, суть гораздо больше, чем просто набивка между нейронами, удерживающая их на местах. У этих клеток свои действующие системы, они общаются друг с другом и с нейронами при помощи химических сигналов, тем самым добавляя еще один уровень сложности к механизмам обработки информации. К тому же они вносят важный вклад в формирование синапсов (связей между нейронами) в период развития мозга.
Эти звездообразные клетки управляют общением между нейронами, а значит, незаменимы для функционирования синапсов в зрелом мозге.
Они тесно контактируют с синапсами — сжимают их своими пальцеподобными отростками, которые могут ослаблять или усиливать хватку, регулируя тем самым поток химических сигналов, проходя- щих между нейронами. Так же действуют и другие отростки астроцитов — базальные ножки: они обвиваются вокруг капилляров и контролируют движение крови в мозге.
Астроциты еще и регулируют так называемую синаптическую пластичность — усиление или ослабление отклика на воспринимаемое извне. Эти сравнительно недавно открытые функции привели некоторых исследователей к предположению: некогда скромные астроциты необходимы мозгу для работы памяти.
Но и этим дело не исчерпывается. Радиальные глиоциты играют ключевую роль в развитии мозга. На ранних стадиях этого развития нервная система представляет собой полую трубку, из которой потом на одном конце образуется головной мозг, а на другом — спинной. У клеток радиальной глии есть одиночные отростки, проницающие толщу трубки, разветвляющиеся у внутренней поверхности и производящие незрелые нейроны.
Юные нейроны взбираются по волокнам клеток произведшей их радиаль- ной глии к внешней поверхности трубки.
Эта «радиальная миграция» происходит волнами — так складываются специфические по свойствам слои коры головного мозга, формируясь изнутри наружу, т. е. первая волна мигрирующих нейронов образует
‘
Глиальные клетки —
необходимые
участники любого
значимого процесса
развития мозга, его
деятельности
и болезни
’
Бен Баррес
(р. 1955), американский нейробиолог
глиальные клетки
15
внутренний слой коры, а все последующие минуют уже образовавшийся слой и выстраивают следу- ющий, ближе к поверхности трубки.
Уборка насмарку
Уборка насмарку
Глиальные клетки играют роль во многих неврологических расстройствах.
Рассеянный склероз, к примеру, заболевание, при котором иммунная система по ошибке нападает на олигодендроциты и разрушает миелиновую оболочку, которую они производят. В результате способность нервов передавать импульсы ухудшает- ся, что приводит к симптомам этого расстройства. В тяжелых случаях нарушение миелинового слоя, изолирующего периферические нервы, вызывает паралич, а поражение зрительного нерва — к слепоте.
Эти клетки также играют роль в нейродегенеративных заболеваниях — например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Такого рода недуги характеризуются неестественным скоплением нерастворимых белковых комков внутри или вокруг нейронов. В здоровом мозге микроглиальные клетки приглядывают за порядком и прибирают любые отходы, но, как показывают новейшие исследования, разобраться с этими белковыми комками микроглиоцитам пациентов с нейродегенеративными расстрой- ствами не удается. Недавно ученые обнаружили, что у людей с болезнью под названием «боковой амиотрофический склероз» (разновидность заболева- ния двигательных нейронов) мутировавшие астроциты испускают ядови- тые вещества, убивающие двигательные нейроны.
‘
Это связующее
вещество… своего рода
клей, в который
погружены элементы
нервной системы
’
Рудольф Вирхов
(1821–1902), немецкий врач, гистолог, физиолог, патологоанатом, политик
В сухом остатке
Глиальные клетки
играют главные роли
на сцене мозга
15
внутренний слой коры, а все последующие минуют уже образовавшийся слой и выстраивают следу- ющий, ближе к поверхности трубки.
Уборка насмарку
Уборка насмарку
Глиальные клетки играют роль во многих неврологических расстройствах.
Рассеянный склероз, к примеру, заболевание, при котором иммунная система по ошибке нападает на олигодендроциты и разрушает миелиновую оболочку, которую они производят. В результате способность нервов передавать импульсы ухудшает- ся, что приводит к симптомам этого расстройства. В тяжелых случаях нарушение миелинового слоя, изолирующего периферические нервы, вызывает паралич, а поражение зрительного нерва — к слепоте.
Эти клетки также играют роль в нейродегенеративных заболеваниях — например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Такого рода недуги характеризуются неестественным скоплением нерастворимых белковых комков внутри или вокруг нейронов. В здоровом мозге микроглиальные клетки приглядывают за порядком и прибирают любые отходы, но, как показывают новейшие исследования, разобраться с этими белковыми комками микроглиоцитам пациентов с нейродегенеративными расстрой- ствами не удается. Недавно ученые обнаружили, что у людей с болезнью под названием «боковой амиотрофический склероз» (разновидность заболева- ния двигательных нейронов) мутировавшие астроциты испускают ядови- тые вещества, убивающие двигательные нейроны.
‘
Это связующее
вещество… своего рода
клей, в который
погружены элементы
нервной системы
’
Рудольф Вирхов
(1821–1902), немецкий врач, гистолог, физиолог, патологоанатом, политик
В сухом остатке
Глиальные клетки
играют главные роли
на сцене мозга
СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
16
устройство и функции нервной системы
Нервный
импульс
04
Нейроны производят электрохимические возмущения,
перемещающиеся по их волокнам. Эти возмущения,
именуемые нервными импульсами или потенциалами
действия, генерируются малыми электрическими
токами вдоль мембраны нервной клетки. Нейроны
способны производить до тысячи потенциалов действия
в секунду, в последовательности и длительности которых
закодирована информация.
Нервные импульсы — электрохимические возмущения, передава- емые вдоль нервных волокон; через них нейроны взаимодейству- ют друг с другом и с остальным телом. Электрическая природа нервных импульсов задается структурой клеточной мембраны, которая состоит из двух слоев, разделенных небольшим зазором.
Мембрана действует и как конденсатор — накапливает электриче- ский заряд, собирая на себе ионы, и как сопротивление, блоки- руя ток. У нейрона в покое вдоль внутренней поверхности мембраны образуется облако отрицательно заряженных ионов, а вдоль внешней — положительных.
Нейрон, активируясь, испускает (также говорят «генерирует») нервный импульс. Он возникает в ответ на сигналы, полученные от других клеток, и являет собой краткое обратное изменение разности потенциалов мембраны: внутри она становится на мгнове- ние положительно заряженной, после чего быстро возвращается к состоянию покоя. Во время нервного импульса мембрана нервной клетки пропускает внутрь ионы определенных видов. Поскольку ионы электрически заряжены, их движение есть электрический ток сквозь мембрану.
1791
Луиджи Гальвани изучает биологическое электри- чество на лягушках и их рефлексах
1848
Эмиль Дюбуа-
Реймон открывает нервный импульс
1850
Герман фон Гельмгольц измеряет скорость проводимости импульсов в нервах лягушки
1878
Луи-Антуан Ранвье описывает узлы на миелиновой оболочке