Непередаваемое по красоте волшебство нейронов мозга (22 фото)

Автор: TainT

27 октября 2021 12:14

Сообщество : Наука

Метки: макросъёмка  наука  нейронаука  фото  это интересно  

6281

22

Мозг — это целая вселенная. Что там есть, что делается и как это все работает сегодня мы можем видеть с помощью микроскопа и макросъемки. Давайте приоткроем завесу и заглянем в этот удивительный мир.

0

Смотреть все фото в галерее

«Улитка» новорожденного крысёнка

0
Этот потрясающий снимок, занявший восьмое место на конкурсе Nikon Small World 2021 года, показывает нам главный орган, благодаря которому мы слышим: улитку. Зелёным показаны волосковые клетки, отклонение которых и запускает нервный импульс, приходящий, в итоге, в слуховую кору. Красным — нервные клетки улитки, «собирающие» сигналы от волосковых клеток.

Упрощенный случай: рецепторы, пути и контуры нейронов

Хотя рефлекторные дуги активируются внешним воздействием, они тем не менее полностью интегрированы в выполнение произвольных движений. К примеру, вы поворачиваете голову из стороны в сторону, когда читаете эту статью.

Таким образом, вы обеспечиваете выполнение произвольной задачи, а ваши глаза тем временем обеспечивают фокусировку. Это – одно из важных свойств сенсомоторной адаптации, причем осуществляющееся без участия произвольных механизмов. Окуломоторная координация сложнее, чем обычная рефлекторная дуга.

Произвольные действия, подчиненные внешним целям, у людей ассоциированы с корой. Сложные субкортикальные системы также задействованы в планировании и исполнении различных действий. Спинномозговые центры способны выполнять команды высших структур, используя сенсомоторные рефлексы; также они посылают в мозг сигналы обратной связи.

На всех уровнях контроля движения имеется как эндогенный, так и экзогенный (сенсорный) входы, как осознанные, так и неосознанные (Goodale and Milner, 1992). Таким образом, хотя и существует некоторое количество простых рефлексов, таких как знаменитый коленный рефлекс.

Рефлексы редко работают изолированно. В норме они служат для выполнения обусловленных корой задач.

Рефлексы являются врожденными механизмами. Они образуются в процессе развития; некоторые из них впоследствии исчезают, как, например, младенческий хватательный рефлекс.

Однако приобретенные непроизвольные процессы рефлексами не являются. Они представляют собой сложные процессы, называемые автоматизированными навыками, и зависят от практики.

Так, вы, читая эту книгу, прекрасно отличаете друг от друга буквы а и б, тогда как для человека, незнакомого с алфавитом, сделать это куда сложнее. При разговоре и письме контроль мышечных сокращений очень точный и большей частью бессознательный. Человек использует множество автоматизированных навыков для исполнения повседневных задач и нужд.

Подобные навыки чаще всего бессознательные, не требуют значительных усилий и не требуют детального сознательного контроля. Их не следует путать с рефлексами. Автоматизированные навыки изначально находятся под контролем коры, однако после интенсивной практики они постепенно переходят под контроль субкортикальных структур.

Каждый сенсорный нерв может содержать несколько параллельных каналов, каждый из которых проводит несколько различающуюся информацию. Так, зрительный тракт имеет канал передачи цвета, называемый мелкоклеточным, и канал передачи формы и размеров объекта, называемый крупноклеточным. Точно так же соматосенсорные пути сочетают каналы передачи прикосновения, давления, боли и некоторые другие.

Большинство сенсорных волокон оканчиваются в таламусе, где они передают сигнал нейронам, оканчивающимся в коре. Таламические ядра обеспечивают соединения. Зрение и осязание организованы топографически, сенсорные поля первичных рецепторов переходят в поля более высокого уровня. Слух организован тонотопически; массивы нейронов при этом соответствуют определенной частоте звука.

Сходства сенсорных путей – осязание, зрение и слух. Все сенсорные системы начинаются с массивов рецепторов, таких как слои рецепторов прикосновения в коже или сетчатка глаза.

После первичной обработки на месте сенсорная информация направляется для дальнейшей обработки в кору. Обратите внимание на то, что все три указанных сенсорных пути оканчиваются в ядрах таламуса (зеленые).

Все эти пути также разделяются на две части, одна из которых оканчивается в противоположном полушарии. Это явление носит название перекреста.

На своем пути от периферии к коре большая часть сенсорных путей пересекает плоскость симметрии тела. Эволюционное значение этого явления все еще не выяснено, но тем не менее оно чрезвычайно распространено в организмах как человека, так и других млекопитающих.

Сенсорные органы взаимодействуют с ядрами таламуса. Таламус часто называют узловым центром мозга.

Однако вполне возможно, что именно он является важнейшей его частью. Обратите внимание на то, что зрительная, слуховая и соматосенсорная информация, прежде чем попасть в кору, достигает таламуса.

Вместе с тем из коры также поступают сигналы в таламус, что означает наличие непрерывного потока информации между корой и многочисленными таламическими ядрами. В некоторых случаях таламус усиливает активность коры, тогда как в других – тормозит или блокирует ее.

Обратите внимание на сходство кортикального входа и выхода всех трех систем. JIKT – латеральное коленчатое тело, РЯ – ретикулярные ядра, МКТ – медиальное коленчатое тело, ВБ – вентробазальный комплекс ядер таламуса.

Хотя мы привыкли считать, что по различным путям сигналы идут только в одну сторону, на самом деле это редко является правдой. Так, сигналы от сетчатки в таламус идут в одном направлении, тогда как исходящий сигнал оттуда двунаправленный. До 90% нейронов, соединяющих таламус и зону VI, передают сигнал в обратном направлении – из зоны VI в таламус. В слуховом анализаторе обратный поток сигналов идет непосредственно к рецепторам.

Таким образом, в большинстве сигнальных путей существуют петли обратной связи – такие, как в нейросети с двумя или более слоями. Идельман с соавторами придавали обратной связи особое значение, считая ее одним из основных свойств мозга. С этой точки зрения мозг представляется системой воздействующих друг на друга массивов и сетей.

Делящиеся нейрональные стволовые клетки

0
Кожа, печень, сердце, почки, легкие и кровь могут образовывать новые клетки для замены поврежденных. Вплоть до недавнего времени специалисты считали, что такая способность к регенерации не распространяется на центральную нервную систему, состоящую из головного и спинного мозга. Однако за последние пять лет нейробиологи открыли, что мозг все же меняется в течение жизни: происходит образование новых клеток, позволяющих справиться с возникающими трудностями. Такая пластичность помогает мозгу восстанавливаться после травмы или заболевания, увеличивая свои потенциальные возможности.

Нейрон и его строение

Часто можно слышать, что умственные способности человека гарантирует наличие серого вещества. Что это за вещество и почему оно серое? Такой цвет имеет кора головного мозга, состоящая из микроскопических клеток. Это нейроны или нервные клетки, которые обеспечивают работу нашего мозга и управление всем организмом человека.

Как устроена нервная клетка

Нейрон, как и любая живая клетка, состоит из ядра и клеточного тела, которое называют сома. Размер самой клетки микроскопический – от 3 до 100 мкм. Однако это не мешает нейрону быть настоящим хранилищем разнообразной информации. Каждая нервная клетка содержит в себе полный набор генов – инструкций по производству белков. Одни из белков участвуют в передаче информации, другие создают защитную оболочку вокруг самой клетки, третьи участвуют в процессах памяти, четвертые обеспечивают смену настроения и т. д.

Даже небольшой сбой в одной из программ по производству какого-то белка может привести к тяжелым последствиям, заболеванию, нарушению психической деятельности, слабоумию и т. д.

Каждый нейрон окружен защитной оболочкой из глиальных клеток, они буквально заполняют все межклеточное пространство и составляют 40 % от вещества головного мозга. Глия или совокупность глиальных клеток выполняет очень важные функции: защищает нейроны от неблагополучных внешних воздействий, поставляет нервным клеткам питательные вещества и выводит продукты их жизнедеятельности.

Глиальные клетки стоят на страже здоровья и целостности нейронов, поэтому не допускают проникновение в нервные клетки многих посторонних химических веществ. В том числе и лекарственных препаратов. Поэтому эффективность различных лекарств, призванных усилить деятельность мозга, совершенно непредсказуема, и действуют они по-разному на каждого человека.

Дендриты и аксоны

Несмотря на сложность устройства нейрона, сам по себе он не играет существенной роли в работе мозга. Наша нервная деятельность, в том числе мыслительная активность – это результат взаимодействия множества нейронов, обменивающихся сигналами. Прием и передача этих сигналов, точнее, слабых электрических импульсов происходит с помощью нервных волокон.

Нейрон имеет несколько коротких (около 1 мм) разветвленных нервных волокон – дендритов, названных так из-за схожести с деревом. Дендриты отвечают за прием сигналов от других нервных клеток. А в качестве передатчика сигналов выступает аксон. Это волокно у нейрона только одно, зато оно может достигать в длину до 1,5 метров. Соединяясь с помощью аксонов и дендритов, нервные клетки образуют целые нейронные сети. И чем сложнее система взаимосвязей, тем сложнее наша психическая деятельность.

Работа нейрона

В основе сложнейшей деятельности нашей нервной системы – обмен слабыми электрическими импульсами между нейронами. Но проблема в том, что изначально аксон одной нервной клетки и дендриты другой не соединены, между ними находится пространство, заполненное межклеточным веществом. Это так называемая синаптическая щель, и преодолеть ее сигнал не может. Представьте, что два человека тянут друг к другу руки и совсем чуть-чуть не дотягиваются.

Эта проблема решается нейроном просто. Под воздействием слабого электрического тока возникает электрохимическая реакция и формируется белковая молекула – нейротрансмиттер. Эта молекула и перекрывает синаптическую щель, став своеобразным мостиком для прохождения сигнала. Нейротрансмиттеры выполняют и еще одну функцию – они связывают нейроны, и чем чаще проходит сигнал по этой нервной цепи, тем сильнее эта связь. Представьте брод через реку. Проходя по нему, человек бросает в воду камень, и затем каждый следующий путник поступает так же. В результате возникает прочный, надежный переход.

Такое соединение между нейронами называют синапсом, и оно играет важную роль в деятельности мозга. Считается, что даже наша память – это результат работы синапсов. Эти связи обеспечивают большую скорость прохождения нервных импульсов – сигнал по цепи нейронов движется со скоростью 360 км/час или 100 м/сек. Можно посчитать, за какое время в головной мозг попадет сигнал от пальца, который вы случайно укололи иголкой. Есть старая загадка: «Что быстрее всего на свете?». Ответ: «Мысль». И это очень было точно подмечено.

Иммунные клетки лечат мозг после кровотечения

0
В новой статье в Nature Communications хьюстонские нейробиологи показали, как иммунные клетки, называемые нейтрофилами, могут восстанавливать мозг после геморрагического инсульта. Нейтрофилы известны как «пехота» в войне организма с инфекцией. Оказалось, что у них есть и другая функция: новое исследование показало, что эти иммунные клетки могут играть решающую роль в защите мозга от инсульта, а также использоваться при лечении внутримозговых кровоизлияний.

Функции нейронов

Учитывая, что нейроны обеспечивают работу всех систем организма, функции нервных клеток должны быть очень разнообразны. К тому же все они пока еще даже до конца и не выяснены. Среди множества различных классификаций этих функций мы выберем одну, наиболее понятную и близкую к проблемам психологической науки.

Функция передачи информации

Это основная функция нейронов, с которой связаны и другие, хоть и не менее значимые. Эта же функция является и наиболее изученной. Все внешние сигналы, поступающие на органы, попадают в головной мозг, где обрабатываются. А затем в результате обратной связи в виде импульсов-команд переносятся по эфферентным нервным волокнам обратно к органам чувств, мышцам и т. д.

Такая постоянная циркуляция информации происходит не только на уровне периферической нервной системы, но и в головном мозге. Связи между нейронами, обменивающимися информацией, образуют необычайно сложные нейронные сети. Представьте только: в головном мозге насчитывается не менее 30 млрд нейронов, и каждый из них может иметь до 10 тысяч связей. В середине XX века кибернетики пытались создать электронную вычислительную машину, работающую по принципу головного мозга человека. Но это им не удалось – процессы, происходящие в центральной нервной системе, оказались слишком сложными.

Функция сохранения опыта

Нейроны отвечают за то, что мы называем памятью. Точнее, как выяснили нейрофизиологи, сохранение следов проходивших по нейронным цепям сигналов является своеобразным побочным эффектом деятельности мозга. Основа памяти – это те самые белковые молекулы – нейротрансмиттеры, которые возникают в качестве связующих мостиков между нервными клетками. Поэтому специального отдела мозга, отвечающего за хранение информации, нет. А если вследствие травмы или болезни происходит разрушение нервных связей, то человек может частично утратить память.

Интегративная функция

Это обеспечение взаимодействия между разными отделами головного мозга. Мгновенные «вспышки» передающихся и принимающихся сигналов, очаги повышенного возбуждения в коре головного мозга – это и есть рождение образов, чувств и мыслей. Сложные нервные связи, объединяющие между собой различные участки коры больших полушарий и проникающие в подкорковую зону, являются продуктом нашей психической деятельности. И чем больше возникает таких связей, тем лучше память и продуктивнее мышление. То есть, по сути, чем больше мы думаем, тем умнее становимся.

Функция производства белков

Деятельность нервных клеток не ограничивается информационными процессами. Нейроны – это настоящие фабрики белков. Это те самые нейротрансмиттеры, которые не только выполняют функцию «мостика» между нейронами, но и играют огромную роль в регуляции работы нашего организма в целом. В настоящее время насчитывается около 80 видов этих белковых соединений, выполняющих разнообразные функции:

• Норадреналин, иногда его называют гормоном ярости или стресса. Он тонизирует организм, повышает работоспособность, заставляет чаще биться сердце и готовит организм к немедленным действиям по отражению опасности.
• Допамин – это главный тоник нашего организма. Он участвует в активизации деятельности всех систем, в том числе во время пробуждения, при физических нагрузках и создает положительный эмоциональный настрой вплоть до эйфории.
• Серотонин – это тоже вещество «хорошего настроения», хоть на физическую активность оно и не влияет.
• Глутамат – трансмиттер, необходимый для работы памяти, без него невозможно долгосрочное хранение информации.
• Ацетилхолин управляет процессами сна и пробуждения, а также необходим для активизации внимания.

Нейротрансмиттеры, точнее их количество, влияют на здоровье организма. И если возникают какие-то проблемы с выработкой этих белковых молекул, то могут развиться серьезные заболевания. Например, недостаток допамина – это одна из причин болезни Паркинсона, а если этого вещества вырабатывается слишком много, то может развиться шизофрения. Если же недостаточно вырабатывается ацетилхолина, то может возникнуть весьма неприятная болезнь Альцгеймера, которая сопровождается слабоумием.

Формирование нейронов головного мозга начинается еще до рождения человека, и в течение всего периода взросления происходит активное формирование и усложнение нервных связей. Долгое время считалось, что у взрослого человека новые нервные клетки появляться не могут, а вот процесс их отмирания неизбежен. Поэтому умственное развитие личности возможно только за счет усложнения нервных связей. Да и то в старости все обречены на снижение умственных способностей.

Но недавние исследования опровергли этот пессимистический прогноз. Швейцарские ученые доказали, что есть отдел головного мозга, который отвечает за рождение новых нейронов. Это гиппокамп, он ежедневно продуцирует до 1400 новых нервных клеток. А нам с вами остается только активнее включать их в работу головного мозга, получать и осмысливать новую информацию, тем самым создавая новые нервные связи и усложняя нейронную сеть.

Гранулярные клетки мозжечка

0
Перед вами — снимок клеток гранулярного слоя мозжечка. Гранулярные клетки — нейроны малого размера, около 10 микрометров в диаметре.

0

В подавляющем большинстве случаев причиной потери зрения является гибель большого количества фоторецепторных клеток сетчатки, которые преобразуют свет в электрические нервные сигналы. Нечувствительные к фотонам клетки сетчатки остаются целыми.

Классификация нейронов

Нервные клетки разнообразны как таковые, поэтому нейроны можно классифицировать, отталкиваясь от разных их параметров и атрибутов, а именно:

• Форма тела. В разных отделах мозга располагаются нейроциты разной формы сомы: звездчатые;
• веретеновидные;
• пирамидные (клетки Беца).

Виды нейронов

Для того чтоб осуществлять осознанные движения нужно, чтобы импульс, образовавшийся в двигательных извилинах головного мозга смог достичь необходимых мышц. Таким образом, выделяют следующие виды нейронов: центральный мотонейрон и таковой периферический.

Первый вид нервных клеток берет свое начало у передней центральной извилины, расположенной спереди от самой большой борозды мозга – борозды Роланда, а именно от пирамидных клеток Беца. Далее аксоны центрального нейрона углубляются в полушария и проходят сквозь внутреннюю капсулу мозга.

Периферические же двигательные нейроциты образованы двигательными нейронами передних рогов спинного мозга. Их аксоны достигают различных образований, таких как сплетения, спинномозговые нервные скопления, и, главное – мышц-исполнителей.