Нервная система состоит из нейронов (специфических клеток, имеющих отростки) и нейроглии (она заполняет пространство между нервными клетками в ЦНС). Главное отличие между ними заключается в направлении передачи нервного импульса. Дендриты – это принимающие ответвления, по ним сигнал идет к телу нейрона. Передающие клетки – аксоны – проводят сигнал от сомы к принимающим. Это могут быть не только отростки нейрона, но и мышцы.
Строение нейрона и синапса
Нейроны — главные кирпичики нервной системы. Их основная функция — передача сигналов по маленьким соединениям (синапсам). Хотя нейроны бывают разных видов, их строение и функции в целом схожи между собой.
Наш мозг — это приблизительно полтора килограмма ткани, которая содержит порядка 1,1 триллиона клеток, в том числе 100 миллиардов нейронов. В среднем каждый нейрон образует около пяти тысяч соединений с другими нейронами — так называемых синапсов.
Клеточное тело нейрона выпускает отростки, которые называются дендритами. Они получают нейромедиаторы от других нейронов (некоторые нейроны взаимодействуют друг с другом через электрические импульсы.)
Давайте представим один типичный нейрон. Он выделяет нейромедиатор под названием серотонин.
Этот маленький нейрон является частью нервной системы, но и сам по себе он — сложная система, для работы которой требуется взаимодействие нескольких подсистем. Когда нейрон возбуждается, усики на кончиках его аксонов вбрасывают молекулы на синапсы — соединения, которые наш нейрон создал с другими нейронами.
Если же это синапсы-получатели, то через них нейрон получает от других нейронов сигналы (обычно в форме химических элементов, которые называют нейротрансмиттерами). Сигнал указывает нейрону, возбуждаться или нет.
Возбуждение нейрона зависит в основном от сочетания сигналов, получаемых в каждый конкретный момент. Когда же нейрон возбуждается, он начинает по синапсам посылать сигналы другим нейронам, передавая им сообщение: возбуждаться или нет.
Обычный нейрон возбуждается 5–50 раз в секунду. За время, которое потребуется вам на прочтение этого текста, у вас в голове будут переданы в буквальном смысле квадриллионы сигналов.
На каждом нейроне порядка двухсот небольших пузырьков, везикул, полных серотонина. Каждый раз, когда нейрон возбуждается, открываются от пяти до десяти везикул. Если в среднем нейрон возбуждается десять раз в секунду, каждый усик опустошается раз в несколько секунд.
Как следствие, маленькие молекулярные машинки должны либо производить новый серотонин, либо перерабатывать свободный серотонин, который плавает вокруг нейрона. После этого им нужно построить везикулы, наполнить их серотонином, довести до места действия на кончике каждого отростка.
Согласитесь, здесь не обойтись без поддержания баланса между многими процессами, а значит, многие процессы могут пойти не так. И не будем забывать, что метаболизм серотонина — это лишь одна система из тысяч, функционирующих в вашем теле.
Сильно упрощая, можно сказать, что общее возбуждение нейрона зависит от суммы всех возбуждающих и тормозящих сигналов, которые он получает в каждую миллисекунду.
Когда нейрон возбуждается, по его аксону (отростку, по которому передаются сигналы) проходит электрохимическая волна. Она высвобождает нейротрансмиттеры, которые попадают на синапсы к нейронам-получателям и вызывают либо торможение, либо возбуждение.
Скорость передачи нервных сигналов увеличивается благодаря миелину — жировой субстанции, изолирующей аксоны.
Серое вещество мозга по большей части состоит из клеточных тел нейронов. В состав белого вещества входят аксоны и глиальные клетки.
Глиальные клетки осуществляют метаболическую поддержку — способствуют образованию миелиновой оболочки на аксонах и перерабатывают неиспользованные нейромедиаторы.
Функционально клеточные тела нейронов похожи на сто миллиардов переключателей «Вкл./Выкл.», соединенных проводами-аксонами в сложнейшую сеть прямо в вашей голове.
Каждый нервный сигнал — это бит информации. Нервная система перемещает информацию по вашему организму так же, как сердце качает кровь.
Количество возможных комбинаций возбуждения или торможения сотни миллиардов нейронов составляет 10 в миллионной степени (то есть единица и еще миллион нулей). По сути, это и есть число возможных состояний вашего мозга. Чтобы лучше понять значение этого числа, сравним его с количеством атомов во Вселенной — «всего лишь» десять в восьмидесятой степени.
Сознательные психические события основываются на временных комбинациях синапсов, которые формируются и распадаются (обычно в течение пары секунд), как вихри в потоке. Также нейроны способны создавать долгосрочные нервные цепи, соединения в которых усиливаются каждый раз, когда происходит определенная психическая активность.
Richard Mendius, Rick Hanson. The Practical Neuroscience of Happiness, Love & Wisdom. 2010
Дендриты и аксоны в строении нервной клетки
Дендриты и аксоны это неотъемлемые части, входящие в строение нервной клетки. Аксон зачастую у нейрона содержится в одном числе и выполняет передачу нервных импульсов от клетки, частью которой он является к другой, воспринимающей информацию посредством восприятия ее такой частью клетки, как дендрит.
Дендриты и аксоны, соприкасаясь с друг другом, создают нервное волокно в периферических нервах, головном, а также спинном мозге.
Дендрит — это короткий, разветвлённый отросток, который служит главным образом для передачи электрических (химических) импульсов от одной клетки к другой. Он выступает принимающей частью и проводит нервные импульсы, полученные от соседней клетки к телу (ядру) нейрона, элементом строения которой он является.
Свое название, он получил от греческого слова, что в переводе означает дерево благодаря своему внешнему сходству с ним.
Тело клетки
Нейрон (от др.-греч. νεῦρον — волокно, нерв) — это структурно-функциональная единица нервной системы. Эта клетка имеет сложное строение, высоко специализирована и по структуре содержит ядро, тело клетки и отростки. В организме человека насчитывается более ста миллиардов нейронов.
Сложность и многообразие функций нервной системы определяются взаимодействием между нейронами, которое, в свою очередь, представляют собой набор различных сигналов, передаваемых в рамках взаимодействия нейронов с другими нейронами или мышцами и железами. Сигналы испускаются и распространяются с помощью ионов, генерирующих электрический заряд, который движется вдоль нейрона.
Строение
Тело клетки
Тело нервной клетки состоит из протоплазмы (цитоплазмы и ядра), снаружи ограничена мембраной из двойного слоя липидов(билипидный слой).
Липиды состоят из гидрофильных головок и гидрофобных хвостов, расположены гидрофобными хвостами друг к другу, образуя гидрофобный слой, который пропускает только жирорастворимые вещества (напр. кислород и углекислый газ).
На мембране находятся белки: на поверхности (в форме глобул), на которых можно наблюдать наросты полисахаридов (гликокаликс), благодаря которым клетка воспринимает внешнее раздражение, и интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь, в которых находятся ионные каналы.
Типичная структура нейрона
Нейрон состоит из тела диаметром от 3 до 130 мкм, содержащего ядро (с большим количеством ядерных пор) и органеллы (в том числе сильно развитый шероховатый ЭПР с активными рибосомами, аппарат Гольджи), а также из отростков. Выделяют два вида отростков: дендриты и аксоны.
Нейрон имеет развитый и сложный цитоскелет, проникающий в его отростки. Цитоскелет поддерживает форму клетки, его нити служат «рельсами» для транспорта органелл и упакованных в мембранные пузырьки веществ (например, нейромедиаторов).
Цитоскелет нейрона состоит из фибрилл разного диаметра: Микротрубочки (Д = 20-30 нм) — состоят из белка тубулина и тянутся от нейрона по аксону, вплоть до нервных окончаний. Нейрофиламенты (Д = 10 нм) — вместе с микротрубочками обеспечивают внутриклеточный транспорт веществ.
Микрофиламенты (Д = 5 нм) — состоят из белков актина и миозина, особенно выражены в растущих нервных отростках и в нейроглии. В теле нейрона выявляется развитый синтетический аппарат, гранулярная ЭПС нейрона окрашивается базофильно и известна под названием «тигроид».
Тигроид проникает в начальные отделы дендритов, но располагается на заметном расстоянии от начала аксона, что служит гистологическим признаком аксона.
Различается антероградный (от тела) и ретроградный (к телу) аксонный транспорт.
Дендриты и аксон
Аксон — обычно длинный отросток, приспособленный для проведения возбуждения от тела нейрона.
Нейрон может иметь несколько дендритов и обычно только один аксон. Один нейрон может иметь связи со многими (до 20-и тысяч) другими нейронами.
Дендриты делятся дихотомически, аксоны же дают коллатерали. В узлах ветвления обычно сосредоточены митохондрии.
Дендриты не имеют миелиновой оболочки, аксоны же могут её иметь. Местом генерации возбуждения у большинства нейронов является аксонный холмик — образование в месте отхождения аксона от тела. У всех нейронов эта зона называется триггерной.
Схема строения нейрона
Синапс
Си́напс (греч. σύναψις, от συνάπτειν — обнимать, обхватывать, пожимать руку) — место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторнойклеткой.
Служит для передачи нервного импульса между двумя клетками, причём в ходе синаптической передачи амплитуда и частота сигнала могут регулироваться. Одни синапсывызывают деполяризацию нейрона, другие — гиперполяризацию; первые являются возбуждающими, вторые — тормозными.
Обычно для возбуждения нейрона необходимо раздражение от нескольких возбуждающих синапсов.
Термин был введён в 1897 г. английским физиологом Чарльзом Шеррингтоном.
- Классификация
- Структурная классификация
- На основании числа и расположения дендритов и аксона нейроны делятся на безаксонные, униполярные нейроны, псевдоуниполярные нейроны, биполярные нейроны и мультиполярные (много дендритных стволов, обычно эфферентные) нейроны.
Строение
Вместе они создают специфическую систему нервной ткани, отвечающую за восприятие передачи химических (электрических) импульсов и передачу их дальше. Они схожи по строению, только аксон намного длиннее дендрита, последний наиболее рыхлый, с наименьшей плотностью.
Нервная клетка зачастую содержит достаточно большую разветвленную сеть дендритных ответвлений. Это дает ей возможность повысить сбор сведений из среды вокруг нее.
Находятся дендриты около тела нейрона и образуют больше количество соприкосновений с другими нейронами, выполняя свою основную функцию передачу нервного импульса. Между собой они могут соединяться маленькими отростками.
К особенностям его строения относят:
- длинной может достигать до 1 мм;
- он не обладает электроизолирующей оболочки;
- обладает большим количеством правильной уникальной системой микротрубочек (они ясно видны на срезах, идут параллельно, не пересекаясь между собой зачастую одни длиннее других, отвечают за передвижение веществ по отросткам нейрона);
- имеет активные зоны соприкосновения (синапсов) с яркой электронной плотностью цитоплазмы;
- от ствола клетки имеет такие отхождения, как шипики;
- имеет рибонуклеопротеиды (осуществляющие биосинтез белка);
- обладает гранулированной и не гранулированной эндоплазматической ретикулумой.
Отличия аксонов и дендритов
Какова же разница между ними? Рассмотрим.
- Дендрит нейрона короче передающего отростка.
- Аксон всего один, принимающих ответвлений может быть много.
- Дендриты сильно ветвятся, а передающие отростки начинают разделяться ближе к концу, образуя синапс.
- Дендриты истончаются по мере удаления от тела нейрона, толщина аксонов практически неизменна по всей длине.
- Аксоны покрыты миелиновой оболочкой, состоящей из липидных и белковых клеток. Она выполняет роль изолятора и защищает отросток.
Поскольку нервный сигнал передается в виде электрического импульса, клеткам необходима изоляция. Её функции выполняет миелиновая оболочка. Она имеет мельчайшие разрывы, способствующие более быстрой передаче сигнала. Дендриты – это безоболочечные отростки.
Последствия разрушения дендритов
Они хоть и после устранения условий, вызвавших нарушения в их построении, способны восстанавливаться, полностью нормализуя обмен веществ, но только если эти факторы недолго, незначительно воздействовали на нейрон, в противном же случае, части дендритов погибают, и так как не имеют возможности покинуть организм, накапливаются в их цитоплазме, провоцируя отрицательные последствия.
У животных это приводит к нарушению форм поведения, за исключением простейших условных рефлексов, а у человека может вызвать нарушения нервной системы.
Кроме того, рядом ученных доказано, что при слабоумии в пожилом возрасте и заболевание Альцгеймера у нейронов не отслеживаются отростки. Стволы дендритов внешне становятся похожи на обгоревшие (обугленные).
Не менее важным является и изменения количественного эквивалента шипиков вследствие патогенных условий. Так как они признаны структурными компонентами межнейрональных контактов, то нарушения, возникающие в них, могут спровоцировать достаточно серьезные нарушениям функций мозговой деятельности.
Функционирование нервной системы
Нормальное функционирование нервной системы зависит от передачи импульса и химических процессов в синапсе. Не менее важную роль играет создание нервных связей. Способность к обучению присутствует у людей именно благодаря возможности организма формировать новые соединения между нейронами.
Любое новое действие на стадии изучения требует постоянного контроля со стороны мозга. По мере его освоения образуются новые нейронные связи, со временем действие начинает выполняться автоматически (например, умение ходить).
Дендриты – это передающие волокна, составляющие примерно треть всей нервной ткани организма. Благодаря их взаимодействию с аксонами люди имеют возможность обучаться.
Синапс — что это такое, их виды и функции
Нервная система, как известно, состоит из нейронов. Эти особые клетки умеют принимать, хранить и обрабатывать информацию, они отвечают за связь организма с внешним миром и за работу всех систем этого организма. Память, внимание, мышление, воображение, творчество – всё это результаты работы нейронов. Однако вся эта многообразная деятельность не могла бы осуществиться, не будь у нейрона такого важного элемента, как синапс. В определённом смысле именно синапсы, а не сами нейроны, являются основой нервной системы.
Что такое синапс
Если сказать слишком упрощённо, то синапс – это место стыковки двух нервных клеток. Казалось бы, что здесь особенного? Но на самом деле синапс – это довольно сложное устройство, благодаря которому весь механизм сбора и обработки информации может исправно работать. Синапс – это то, что позволяет превратить простейшие сигналы и безусловные рефлексы в сложнейшие образцы мыслительной деятельности: представления, идеи, образы, произведения искусства, научные теории. Каково же строение синапса?
Строение синапса
Каждая нервная клетка имеет большое количество отростков. Все эти отростки, кроме одного, являются дендритами; это короткие и сильно разветвлённые образования, которые предназначены для приёма информации от других нейронов. Оставшийся длинный отросток называется аксоном; он отвечает за передачу информации от данной нервной клетки к следующей.
Соединяясь между собой отростками, нервные клетки образуют сложную сеть, по которой в разные стороны перемещаются сигналы. Разрозненные сигналы от периферической нервной системы попадают в центральную, где из них организм формирует целостную картину мира, решает, как ему поступать в дальнейшем, и посылает сигналы к нужным органам. Аксон нервной клетки может достигать внушительной длины – до полутора метров. И это только в организме человека. У жирафов аксоны в спинном мозге могут достигать и пяти метров. По-видимому, у более крупных вымерших животных, например, динозавров, аксоны нервных клеток в спинном мозге были ещё длиннее. Выходит, что нервные клетки являются самыми крупными клетками в организме.
Однако чаще всего напрямую от одной нервной клетки к другой сигнал пройти не может, потому что пространство между дендритами и аксоном заполнено межклеточным веществом. Чтобы нервная информация прошла от одного отростка к другому, нужно соорудить своеобразный мост. Такие мосты называются нейротрансмиттерами, или нейромедиаторами; образуются они в результате биохимических реакций и представляют собой белковые молекулы.
Сами нервные клетки очень маленькие – крупнейшие из них обычно не превышают длины 100 микрометров. Отростки нейронов, следовательно, имеют и вовсе микроскопические размеры. Однако даже на таком микроскопическом уровне строение синапса довольно сложное. Он состоит из трёх отделов. Первый – утолщение на конце аксона, называемое пресинапсической мембраной и необходимое для формирования нейромедиаторов. Второй отдел – аналогичное утолщение на конце дендрита, которое служит для приёма сигналов от нейромедиатора. Между ними находится третий отдел – сама синаптическая щель, в которой нейромедиаторы образуются.
Но строение синапса этим не ограничивается. На утолщении аксона имеются особые образования – синаптические пузырьки, которые содержат либо нейромедиатор, либо фермент, разрушающий нейромедиатор. А на утолщении дендрита имеются рецепторы, принимающие сигналы от конкретного нейромедиатора.
Синапс
Место, в котором происходит контакт между ответвлениями нейронов или между аксоном и принимающей клеткой (например, мышечной), называется синапсом. В нем может участвовать всего по одному ответвлению от каждой клетки, но чаще всего контакт происходит между несколькими отростками. Каждый вырост аксона может контактировать с отдельным дендритом.
Сигнал в синапсе может передаваться двумя способами:
- Электрическим. Это происходит только в случае, когда ширина синаптической щели не превышает 2 нм. Благодаря такому маленькому разрыву импульс проходит через него, не задерживаясь.
- Химическим. Аксоны и дендриты вступают в контакт благодаря разнице потенциалов в мембране передающего отростка. С одной ее стороны частицы имеют положительный заряд, с другой – отрицательный. Это обусловлено разной концентрацией ионов калия и натрия. Первые находятся внутри мембраны, вторые – снаружи.
При прохождении заряда увеличивается проницаемость мембраны, и натрий входит в аксон, а калий выходит из него, восстанавливая потенциал.
Сразу после контакта отросток становится невосприимчивым к сигналам, через 1 мс способен к передаче сильных импульсов, через 10 мс возвращается в исходное состояние.
Дендриты – это принимающая сторона, передающая импульс от аксона телу нервной клетки.
Классификация синапсов
Существует несколько классификаций соединений нервных клеток. Первую из них мы рассмотрели выше – это деление на химические, электрические и смешанные синапсы. Также синапсы можно разделить по характеру передаваемого сигала: возбуждающие
и
тормозящие
. Синапсы могут быть разделены и по месту расположения:
центральные
, находящиеся в головном мозге, и
периферические
, расположенные в периферической нервной системе.
Также синапсы делят в зависимости от производимых нейромедиаторов. Одни производят норадреналин, другие – ацетилхолин, серотонин, глутамат и другие. Всего существует около шестидесяти видов нейромедиааторов, каждый из которых несёт специфическую функцию. Так, норадреналин является возбуждающим веществом, он активизирует все системы организма, порождает чувство ярости. Дофамин – гормон счастья, который сообщает организму состояние блаженства, порождает позитивные эмоции; также он отвечает за познавательные процессы. Как переизбыток, так и недостаток нейромедиаторов приводит к различным нарушениям в нервной системе и организме в целом. Так, недостаток дофамина порождает депрессию, упадок сил, приводит к слабоумию. Переизбыток глутамата может привести к гибели нервных клеток.
Строение и функционирование биологической нервной системы позволило учёным создать её искусственный аналог. В искусственной нейронной сети соединения между отдельными «нейронами» также именуют синапсами, есть в их составе и «дендриты», и «аксоны». В искусственных нейронных сетях удаётся смоделировать даже отдельные типы сигналов – так, есть здесь сигналы возбуждающие и тормозящие. Конечно, искусственная нейронная сеть является упрощённой моделью настоящей, биологической, но по мере развития технологий модель становится более детализированной. Так, в 2015 году в Швеции исследователи создали один из наиболее совершенных на сегодняшний день искусственных аналогов нейрона. Устройство было создано на основе органической биоэлектроники. Такой искусственный нейрон наиболее полноценно повторяет работу естественной нервной клетки и может даже общаться с другими нейронами.
