Kako delujejo človeški možgani?



Možgani delujejo kot strukturna in funkcionalna enota, sestavljena predvsem iz dveh tipov celic: nevronov in celic glije. Ocenjuje se, da je okoli 100 milijard nevronov v celotnem človeškem živčnem sistemu in približno 1.000 milijard glialnih celic (10-krat več glialnih celic kot nevroni)..

Nevroni so visoko specializirani in njihove funkcije so sprejemanje, obdelovanje in posredovanje informacij prek različnih vezij in sistemov. Postopek prenosa informacij poteka preko sinaps, ki so lahko električni ali kemični.

Glijalne celice pa so odgovorne za uravnavanje notranjega okolja možganov in olajšanje procesa nevronske komunikacije. Te celice so razporejene po celotnem delu živčnega sistema, če so strukturirane in so vključene v procese razvoja in oblikovanja možganov.

Včasih je veljalo, da glijalne celice tvorijo samo strukturo živčnega sistema, zato je slavni mit, da uporabljamo le 10% naših možganov. Danes pa vemo, da izpolnjuje veliko bolj kompleksne funkcije, na primer, so povezane z regulacijo imunskega sistema in procesi celične plastičnosti po poškodbi..

Poleg tega so bistveni za pravilno delovanje nevronov, saj omogočajo nevronsko komunikacijo in igrajo pomembno vlogo pri prenosu hranil na nevrone..

Kot lahko uganite, so človeški možgani izjemno zapleteni. Ocenjuje se, da odrasli človeški možgani vsebujejo med 100 in 500 bilijonov povezav, naša galaksija pa ima približno 100 bilijonov zvezd, zato lahko sklepamo, da so človeški možgani veliko bolj kompleksni kot galaksija (García, Núñez, Santín, Redolar, & Valero, 2014).

Komunikacija med nevroni: sinapse

Funkcija možganov vključuje prenos informacij med nevroni, ta prenos poteka preko bolj ali manj zapletenega postopka, imenovanega sinapsa.

Sinapse so lahko električne ali kemične. Električni sinapsi so sestavljeni iz dvosmernega prenosa električnega toka med dvema nevronima neposredno, v kemičnih sinapsah pa primanjkuje posrednikov, imenovanih nevrotransmiterji..

V bistvu, ko nevron komunicira z drugim nevronom, da ga aktivira ali zavre, so končni učinki, ki jih lahko opazimo v vedenju ali v nekaterih fizioloških procesih, posledica vzbujanja in inhibicije večih nevronov vzdolž nevronskega vezja..

Električni sinapse

Električni sinapsi so veliko hitrejši in enostavnejši od kemičnih. Enostavno pojasnjene so sestavljene iz prenosa depolarizirajočih tokov med dvema nevronima, ki sta zelo blizu, skoraj zlepljena skupaj. Ta vrsta sinapse običajno ne povzroči dolgoročnih sprememb v postsinaptičnih nevronih.

Ti sinapsi se pojavijo v nevronih, ki imajo tesen spoj, v katerem se membrane skoraj dotaknejo, ločene z nekaj 2-4 nm. Prostor med nevroni je tako majhen, da morajo biti njihovi nevroni povezani s kanali, ki jih tvorijo proteini, imenovani koneksini.

Kanali, ki jih tvorijo koneksini, omogočajo komunikacijo znotraj obeh nevronov. Skozi te pore lahko preidejo majhne molekule (manj kot 1kDa), tako da so kemični sinapsi povezani s procesi presnovne komunikacije, poleg električne komunikacije, prek izmenjave sekundarnih kurirjev, ki se pojavljajo v sinapsi, kot so inositoltrifosfat ( IP3) ali ciklični adenozin monofosfat (cAMP).

Električne sinapse so običajno narejene med nevroni istega tipa, vendar pa se lahko pojavijo tudi električni sinapsi med nevroni različnih tipov ali celo med nevroni in astrociti (vrsta glialnih celic)..

Električni sinapsi omogočajo nevroni hitre komunikacije in sinhrono povezovanje številnih nevronov. Zaradi teh lastnosti lahko izvajamo kompleksne procese, ki zahtevajo hiter prenos informacij, kot so senzorični, motorični in kognitivni procesi (pozornost, spomin, učenje ...).

Kemični sinapse

Kemijski sinapsi se pojavljajo med sosednjimi nevroni, v katerih je povezan presinaptični element, ponavadi aksonski terminal, ki oddaja signal, in postsinaptični, ki se običajno nahaja v somah ali dendritih, ki prejmejo signal. signala.

Ti nevroni niso obtičali, med njimi je prostor 20nm, imenovan sinaptična razpoka.

Glede na njihove morfološke značilnosti obstajajo različne vrste kemičnih sinaps. Po Grayu (1959) lahko kemijske sinapse razdelimo v dve skupini.

  • Kemični sinapsi tipa I (asimetrično) V teh sinapsah se presinaptična komponenta oblikuje z aksonalnimi konci, ki vsebujejo zaokrožene vezikule in postsinaptiko najdemo v dendritih in obstaja velika gostota postsinaptičnih receptorjev..
  • Kemični sinapsi tipa II (simetrično) V teh sinapsah se presinaptična komponenta oblikuje z aksonalnimi konci, ki vsebujejo ovalne vezikule in postsinaptično komponento najdemo tako v somi kot v dendritih in je nižja gostota postsinaptičnih receptorjev kot pri sinapah tipa I. Druge razlike v tem vrsta sinapse v primerjavi s tipom I je, da je njena sinaptična razcep ožja (približno 12nm).

Vrsta sinapse je odvisna od nevrotransmiterjev, ki sodelujejo v njem, tako da ekscitatorski nevrotransmiterji, kot je glutamat, sodelujejo pri sinapah tipa I, medtem ko bi bili zaviralci, kot je GABA, vključeni v sinapse tipa II..

Čeprav se to ne pojavi v živčnem sistemu, na nekaterih področjih, kot so hrbtenjača, substrat nigra, bazalni gangliji in kolikuli, obstajajo GABA-ergični sinapsi s strukturo tipa I \ t.

Drugi način razvrščanja sinaps je v skladu s presinaptičnimi in postsinaptičnimi komponentami, ki jih tvorijo. Na primer, če sta obe presinaptični komponenti akson in postsinaptični dendrit imenovani aksodendritični sinapse, lahko na ta način najdemo aksoaksonske, aksosomatske, dendroaksonske, dendrodendritične sinapse ...

Vrsto sinapse, ki se najpogosteje pojavlja v centralnem živčnem sistemu, so tipa I (asimetrične) aksospinozne sinapse. Ocenjuje se, da je med 75-95% sinaps možganske skorje tipa I, medtem ko je med 5 in 25% sinapse tipa II..

Kemijske sinapse lahko preprosto povzamemo na naslednji način:

  1. Akcijski potencial doseže aksonski terminal, odpira kalcijeve ionske kanale (Ca2+) in tok ionov se sprosti v sinaptično razpoko.
  2. Tok ionov sproži proces, v katerem se vezikli, polni nevrotransmiterjev, vežejo na postsinaptično membrano in odprejo por, skozi katero se vsa njena vsebina sprosti v sinaptično razpoko..
  3. Sproščeni nevrotransmiterji se vežejo na specifični postsinaptični receptor za ta nevrotransmiter.
  4. Vezava nevrotransmiterja na postsinaptični nevron uravnava funkcije postsinaptičnega nevrona..

Nevrotransmiterji in neuromodulatorji

Koncept nevrotransmiterja vključuje vse snovi, ki se sproščajo v kemični sinapsi in omogočajo nevronsko komunikacijo. Nevrotransmiterji izpolnjujejo naslednja merila:

  • Sintetizirajo se znotraj nevronov in so prisotni v aksonskih terminalih.
  • Ko se sprosti zadostna količina nevrotransmiterja, deluje na sosednje nevrone.
  • Ko opravijo svojo nalogo, se izločijo z mehanizmi razgradnje, inaktivacije ali ponovnega zajetja.

Neuromodulatorji so snovi, ki dopolnjujejo delovanje nevrotransmiterjev s povečevanjem ali zmanjševanjem njihovega učinka. To počnejo tako, da se pridružijo določenim mestom znotraj postsinaptičnega receptorja.

Obstajajo številne vrste nevrotransmiterjev, najpomembnejši pa so:

  • Aminokisline, ki so lahko ekscitatorne, kot so glutamat ali inhibitorji, kot je γ-aminobutirna kislina, bolj znana kot GABA.
  • Acetilholin.
  • Kateholamidi, kot so dopamin ali noradrenalin
  • Indolamini, kot je serotonin.
  • Neuropeptidi.

Reference

  1. García, R., Núñez, Santín, L., Redolar, D., & Valero, A. (2014). Nevroni in živčna komunikacija. V D. Redolar, Kognitivna nevroznanost (str. 27-66). Madrid: Panamericana Medicina.
  2. Gary, E. (1959). Axo-somatska in akso-dendritična sinapsa možganske skorje: študija z elektronskim mikroskopom. J.Anat, 93, 420-433.
  3. Pripravniki, H. (s.f.). Kako deluje možgan? Splošna načela. Pridobljeno 1. julija 2016, iz Science for All.