Cosa sono i neuroni cerebrali. Cosa sono i neuroni? Neuroni motori: descrizione, struttura e funzioni

Sono state scritte montagne di letteratura sulle nostre inesauribili possibilità. È in grado di elaborare un'enorme quantità di informazioni che nemmeno i computer moderni possono fare. Inoltre, il cervello in condizioni normali funziona ininterrottamente per 70-80 anni o più. E ogni anno la durata della sua vita, e quindi la vita di una persona, aumenta.

L'efficace funzionamento di questo importantissimo e per molti versi misterioso organo è assicurato principalmente da due tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. Sono i neuroni che sono responsabili della ricezione e dell'elaborazione delle informazioni e.

Spesso puoi sentire che una persona mentale garantisce la presenza di materia grigia. Cos'è questa sostanza e perché è grigia? Questo colore ha la corteccia cerebrale, costituita da cellule microscopiche. Questi sono neuroni o cellule nervose che forniscono il lavoro del nostro cervello e controllano l'intero corpo umano.

Come è una cellula nervosa

Un neurone, come ogni cellula vivente, è costituito da un nucleo e da un corpo cellulare, chiamato soma. La dimensione della cellula stessa è microscopica: da 3 a 100 micron. Ciò però non impedisce al neurone di essere un vero e proprio deposito di varie informazioni. Ogni cellula nervosa contiene un set completo di geni: istruzioni per la produzione di proteine. Alcune proteine sono coinvolte nella trasmissione delle informazioni, altre creano un guscio protettivo attorno alla cellula stessa, altre sono coinvolte nei processi di memoria, altre ancora forniscono cambiamenti dell'umore, ecc.

Anche un piccolo fallimento in uno dei programmi per la produzione di alcune proteine può portare a gravi conseguenze, malattie, disturbi mentali, demenza, ecc.

Ogni neurone è circondato da una guaina protettiva di cellule gliali; esse riempiono letteralmente l'intero spazio intercellulare e costituiscono il 40% della sostanza del cervello. La glia o un insieme di cellule gliali svolge funzioni molto importanti: protegge i neuroni da influenze esterne sfavorevoli, fornisce nutrienti alle cellule nervose e rimuove i loro prodotti di scarto.

Le cellule gliali proteggono la salute e l'integrità dei neuroni, quindi non consentono a molte sostanze chimiche estranee di entrare nelle cellule nervose. Compresi i medicinali. Pertanto, l'efficacia dei vari farmaci progettati per migliorare l'attività cerebrale è completamente imprevedibile e agiscono in modo diverso per ogni persona.

Dendriti e assoni

Nonostante la complessità della struttura del neurone, di per sé non svolge un ruolo significativo nel funzionamento del cervello. La nostra attività nervosa, inclusa l'attività mentale, è il risultato dell'interazione di molti neuroni che si scambiano segnali. La ricezione e la trasmissione di questi segnali, più precisamente di deboli impulsi elettrici, avviene con l'aiuto delle fibre nervose.

Il neurone ha diverse fibre nervose ramificate corte (circa 1 mm) - dendriti, così chiamati per la loro somiglianza con un albero. I dendriti sono responsabili della ricezione dei segnali da altre cellule nervose. E l'assone funge da trasmettitore di segnale. Questa fibra nel neurone è solo una, ma può raggiungere una lunghezza fino a 1,5 metri. Collegandosi con l'aiuto di assoni e dendriti, le cellule nervose formano intere reti neurali. E quanto più complesso è il sistema di interconnessioni, tanto più complessa è la nostra attività mentale.

Il lavoro di un neurone

Al centro dell'attività più complessa del nostro sistema nervoso c'è lo scambio di deboli impulsi elettrici tra i neuroni. Ma il problema è che inizialmente l'assone di una cellula nervosa e i dendriti dell'altra non sono collegati, tra loro c'è uno spazio pieno di sostanza intercellulare. Questa è la cosiddetta fessura sinaptica e il segnale non può superarla. Immagina che due persone si protendano l'una verso l'altra con le mani e si allunghino appena.

Questo problema viene risolto semplicemente da un neurone. Sotto l'influenza di una debole corrente elettrica, si verifica una reazione elettrochimica e si forma una molecola proteica, un neurotrasmettitore. Questa molecola blocca la fessura sinaptica, diventando una sorta di ponte per il passaggio del segnale. I neurotrasmettitori svolgono anche un'altra funzione: collegano i neuroni e quanto più spesso il segnale passa attraverso questo circuito neurale, tanto più forte è questa connessione. Immagina di guadare un fiume. Passandolo, una persona lancia una pietra nell'acqua, e poi ogni viaggiatore successivo fa lo stesso. Il risultato è una transizione forte e affidabile.

Questa connessione tra i neuroni è chiamata sinapsi e svolge un ruolo importante nell'attività cerebrale. Si ritiene che anche la nostra memoria sia il risultato del lavoro. Queste connessioni forniscono un'elevata velocità di passaggio degli impulsi nervosi: il segnale lungo la catena dei neuroni si muove ad una velocità di 360 km / ho 100 m / s. Puoi calcolare quanto tempo impiega un segnale proveniente da un dito che hai punto accidentalmente con un ago per entrare nel cervello. C'è un vecchio indovinello: "Qual è la cosa più veloce del mondo?". Risposta: pensiero. Ed è stato notato in modo molto accurato.

Tipi di neuroni

I neuroni non si trovano solo nel cervello, dove interagiscono per formare il sistema nervoso centrale. I neuroni si trovano in tutti gli organi del nostro corpo, nei muscoli e nei legamenti sulla superficie della pelle. Soprattutto molti nei recettori, cioè negli organi di senso. Una vasta rete di cellule nervose che permea l'intero corpo umano è il sistema nervoso periferico, che svolge funzioni non meno importanti di quella centrale. Tutta la varietà di neuroni è divisa in tre gruppi principali:

I neuroni affettivi ricevono informazioni dagli organi di senso e le trasmettono al cervello sotto forma di impulsi lungo le fibre nervose. Queste cellule nervose hanno gli assoni più lunghi, poiché il loro corpo si trova nella parte corrispondente del cervello. Esiste una specializzazione rigorosa e i segnali sonori vanno esclusivamente alla parte uditiva del cervello, gli odori - all'olfatto, la luce - alla vista, ecc.
I neuroni intermedi o intercalari sono impegnati nell'elaborazione delle informazioni ricevute dagli affetti. Dopo aver valutato l'informazione, i neuroni intermedi impartiscono un comando agli organi di senso e ai muscoli situati alla periferia del nostro corpo.
I neuroni efferenti o effettori trasmettono questo comando da quelli intermedi sotto forma di impulso nervoso agli organi, ai muscoli, ecc.

Il più complesso e meno compreso è il lavoro dei neuroni intermedi. Sono responsabili di qualcosa di più delle semplici risposte riflesse, come allontanare la mano da una padella calda o sbattere le palpebre davanti a un lampo di luce. Queste cellule nervose forniscono processi mentali complessi come il pensiero, l'immaginazione, la creatività. E come fa lo scambio istantaneo di impulsi nervosi tra neuroni a trasformarsi in immagini vivide, storie fantastiche, scoperte brillanti e semplicemente pensieri su un lunedì difficile? Questo è il mistero principale del cervello, che gli scienziati non sono ancora riusciti a svelare.

L'unica cosa che siamo riusciti a scoprire è che diversi tipi di attività mentale sono associati all'attività di diversi gruppi di neuroni. Sognare il futuro, memorizzare una poesia, percepire una persona cara, considerare gli acquisti: tutto ciò si riflette nel nostro cervello come esplosioni di attività delle cellule nervose in vari punti della corteccia cerebrale.

Funzioni dei neuroni

Dato che i neuroni assicurano il funzionamento di tutti i sistemi del corpo, le funzioni delle cellule nervose dovrebbero essere molto diverse. Inoltre, non tutti sono stati ancora del tutto chiariti. Tra le tante diverse classificazioni di queste funzioni, ne sceglieremo quella più comprensibile e più vicina ai problemi della scienza psicologica.

Funzione di trasferimento delle informazioni

Questa è la funzione principale dei neuroni, alla quale se ne associano altre, anche se non meno significative. Questa funzione è anche la più studiata. Tutti i segnali esterni ricevuti dagli organi entrano nel cervello, dove vengono elaborati. E poi, come risultato del feedback sotto forma di impulsi-comandi, vengono trasferiti lungo le fibre nervose efferenti agli organi di senso, ai muscoli, ecc.

Una circolazione così costante di informazioni avviene non solo a livello del sistema nervoso periferico, ma anche nel cervello. Le connessioni tra neuroni che si scambiano informazioni formano reti neurali straordinariamente complesse. Immagina: ci sono almeno 30 miliardi di neuroni nel cervello e ognuno di essi può avere fino a 10mila connessioni. A metà del XX secolo, la cibernetica ha cercato di creare un computer elettronico che funzionasse secondo il principio del cervello umano. Ma non ci sono riusciti: i processi che si verificano nel sistema nervoso centrale si sono rivelati troppo complessi.

Funzione di salvataggio dell'esperienza

I neuroni sono responsabili di ciò che chiamiamo memoria. Più precisamente, come hanno scoperto i neurofisiologi, la conservazione delle tracce dei segnali che passano attraverso i circuiti neurali è una sorta di effetto collaterale dell'attività cerebrale. La base della memoria sono proprio quelle molecole proteiche: neurotrasmettitori che appaiono come ponti di collegamento tra le cellule nervose. Pertanto, non esiste una parte speciale del cervello responsabile della memorizzazione delle informazioni. E se, a causa di un infortunio o di una malattia, si verifica la distruzione delle connessioni nervose, una persona potrebbe perdere parzialmente la memoria.

Funzione integrativa

Questa è la fornitura di interazione tra diverse parti del cervello. "Lampi" istantanei di segnali trasmessi e ricevuti, focolai di maggiore eccitazione nella corteccia cerebrale: questa è la nascita di immagini e pensieri. Le complesse connessioni neurali che uniscono varie parti della corteccia cerebrale e penetrano nella zona sottocorticale sono il prodotto della nostra attività mentale. E quanto più tali connessioni sorgono, migliore è la memoria e il pensiero più produttivo. Cioè, più pensiamo, più diventiamo intelligenti.

Funzione di produzione delle proteine

L'attività delle cellule nervose non si limita ai processi di informazione. I neuroni sono vere e proprie fabbriche di proteine. Questi sono gli stessi neurotrasmettitori che non solo servono da "ponte" tra i neuroni, ma svolgono anche un ruolo enorme nella regolazione del lavoro del nostro corpo nel suo complesso. Attualmente esistono circa 80 tipi di questi composti proteici che svolgono diverse funzioni:

Noradrenalina, a volte chiamata l'ormone della rabbia o. Tonifica il corpo, aumenta l'efficienza, fa battere più forte il cuore e prepara il corpo ad un'azione immediata per respingere il pericolo.
La dopamina è il principale tonico del nostro corpo. È coinvolto nell'attivazione di tutti i sistemi, anche durante il risveglio, durante lo sforzo fisico e crea uno stato d'animo emotivo positivo fino all'euforia.
Anche la serotonina è una sostanza che “fa stare bene”, sebbene non influisca sull’attività fisica.
Il glutammato è un trasmettitore necessario per il funzionamento della memoria; senza di esso la memorizzazione a lungo termine delle informazioni è impossibile.
L'acetilcolina controlla i processi del sonno e del risveglio ed è necessaria anche per migliorare l'attenzione.

I neurotrasmettitori, o meglio la loro quantità, influiscono sulla salute dell'organismo. E se ci sono problemi con la produzione di queste molecole proteiche, possono svilupparsi malattie gravi. Ad esempio, la mancanza di dopamina è una delle cause del morbo di Parkinson e, se questa sostanza viene prodotta in quantità eccessiva, può svilupparsi la schizofrenia. Se l'acetilcolina non viene prodotta a sufficienza, può verificarsi una malattia di Alzheimer molto spiacevole, accompagnata da demenza.

La formazione dei neuroni cerebrali inizia anche prima della nascita di una persona e durante l'intero periodo di crescita si verifica una formazione attiva e una complicazione delle connessioni neurali. Per molto tempo si è creduto che nuove cellule nervose non potessero apparire in un adulto, ma il processo della loro morte è inevitabile. Pertanto, il mentale è possibile solo a causa della complicazione delle connessioni neurali. E anche allora, tutti sono condannati a una diminuzione delle capacità mentali.

Ma recenti ricerche hanno smentito questa previsione pessimistica. Scienziati svizzeri hanno dimostrato che esiste una parte del cervello responsabile della nascita di nuovi neuroni. Questo è l'ippocampo, produce fino a 1400 nuove cellule nervose al giorno. E dobbiamo solo includerli attivamente nel lavoro del cervello, ricevere e comprendere nuove informazioni, creando così nuove connessioni neurali e complicando la rete neurale.

Articolo per il concorso "bio/mol/text": I processi cellulari che assicurano lo scambio di informazioni tra i neuroni richiedono molta energia. Nel corso dell'evoluzione, l'elevato consumo energetico ha contribuito alla selezione dei meccanismi più efficienti per la codifica e la trasmissione delle informazioni. In questo articolo imparerai l'approccio teorico allo studio dell'energia cerebrale, il suo ruolo nella ricerca patologica, quali neuroni sono più avanzati, perché a volte è utile per le sinapsi non "accendersi" e anche come selezionano solo le informazioni di cui un neurone ha bisogno.

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Origine dell'approccio

Dalla metà del XX secolo è noto che il cervello consuma una parte significativa delle risorse energetiche dell'intero organismo: un quarto di tutto il glucosio e ⅕ di tutto l'ossigeno nel caso di un primate superiore. Ciò ha ispirato William Levy e Robert Baxter del Massachusetts Institute of Technology (USA) a condurre un'analisi teorica dell'efficienza energetica della codifica delle informazioni nelle reti neurali biologiche (Fig. 1). Lo studio si basa sulla seguente ipotesi. Poiché il consumo di energia del cervello è elevato, è utile per lui avere neuroni che funzionino in modo più efficiente: trasmettono solo informazioni utili e consumano la minima quantità di energia.

Questa ipotesi si è rivelata corretta: su un semplice modello di rete neurale, gli autori hanno riprodotto i valori misurati sperimentalmente di alcuni parametri. In particolare, la frequenza ottimale di generazione degli impulsi da loro calcolata varia da 6 a 43 impulsi/s - quasi la stessa che nei neuroni della base dell'ippocampo. Possono essere divisi in due gruppi in base alla frequenza degli impulsi: lenti (~10 impulsi/s) e veloci (~40 impulsi/s). Allo stesso tempo, il primo gruppo supera significativamente il secondo. Un quadro simile si osserva nella corteccia cerebrale: ci sono molte volte più neuroni piramidali lenti (~4-9 impulsi/s) che interneuroni inibitori veloci (>100 impulsi/s). Quindi, a quanto pare, il cervello “preferisce” utilizzare meno neuroni veloci e che consumano energia in modo che non consumino tutte le risorse.

Figura 1. Vengono mostrati due neuroni. In uno di essi viola la proteina presinaptica sinaptofisina è colorata. Un altro neurone è completamente colorato proteina fluorescente verde. Piccoli punti luminosi- contatti sinaptici tra neuroni. Nell'inserto, un "granello" viene presentato più vicino.
Vengono chiamati gruppi di neuroni collegati tra loro da sinapsi reti neurali, . Ad esempio, nella corteccia cerebrale, i neuroni piramidali e gli interneuroni formano estese reti. Il lavoro "concertato" ben coordinato di queste cellule determina le nostre capacità cognitive e di altro tipo superiori. Reti simili, solo di altri tipi di neuroni, sono distribuite in tutto il cervello, sono interconnesse in un certo modo e organizzano il lavoro dell'intero organo.

Cosa sono gli interneuroni?

I neuroni del sistema nervoso centrale sono divisi in attivando (formano sinapsi attivanti) e inibitorio (formano sinapsi inibitorie). Questi ultimi sono largamente rappresentati interneuroni o neuroni intermedi. Nella corteccia cerebrale e nell'ippocampo sono responsabili della formazione dei ritmi gamma del cervello, che assicurano il lavoro coordinato e sincrono di altri neuroni. Questo è estremamente importante per le funzioni motorie, la percezione delle informazioni sensoriali, la formazione della memoria.

Trovare l'ottimale

Stiamo infatti parlando di un problema di ottimizzazione: trovare il massimo di una funzione e determinare i parametri sotto i quali viene raggiunto. Nel nostro caso, la funzione è il rapporto tra la quantità di informazioni utili e i costi energetici. La quantità di informazioni utili può essere calcolata approssimativamente utilizzando la formula di Shannon, ampiamente utilizzata nella teoria dell'informazione. Esistono due metodi per calcolare i costi energetici ed entrambi forniscono risultati plausibili. Uno di questi - il "metodo del conteggio degli ioni" - si basa sul conteggio del numero di ioni Na + che sono entrati nel neurone durante un particolare evento di segnale (PD o PSP, vedere la barra laterale " Cos'è un potenziale d'azione”) seguita dalla conversione nel numero di molecole adenosina trifosfato (ATP), la principale "moneta" energetica delle cellule. Il secondo si basa sulla descrizione delle correnti ioniche attraverso la membrana secondo le leggi dell'elettronica e permette di calcolare la potenza del circuito elettrico equivalente del neurone, che viene poi convertita in costi ATP.

Questi valori dei parametri "ottimali" devono quindi essere confrontati con quelli misurati sperimentalmente e determinare quanto differiscono. Il quadro generale delle differenze ne indicherà il grado ottimizzazione di un dato neurone nel suo insieme: quanto reali, misurati sperimentalmente, i valori dei parametri coincidono con quelli calcolati. Quanto più deboli sono le differenze, tanto più vicino è il neurone all'ottimale e tanto più efficiente e ottimale funziona dal punto di vista energetico. D'altra parte, il confronto di parametri specifici mostrerà in quale capacità specifica questo neurone si avvicina all'“ideale”.

Inoltre, nel contesto dell'efficienza energetica dei neuroni, vengono considerati due processi su cui si basa la codifica e la trasmissione delle informazioni nel cervello. Questo è un impulso nervoso, o potenziale d'azione, attraverso il quale possono passare le informazioni inviato"destinatario" ad una certa distanza (dai micrometri a un metro e mezzo) e la trasmissione sinaptica alla base dell'effettivo trasmissione segnale da un neurone all’altro.

potenziale d'azione

potenziale d'azione (PD) è un segnale che i neuroni si inviano tra loro. I PD sono diversi: veloci e lenti, piccoli e grandi. Spesso sono organizzati in lunghe sequenze (come le lettere nelle parole), o in brevi "pacchetti" ad alta frequenza (Fig. 2).

Figura 2. Diversi tipi di neuroni generano segnali diversi. Al centro- sezione longitudinale del cervello di un mammifero. Gli inserti mostrano diversi tipi di segnali registrati mediante metodi elettrofisiologici. UN - Corticale ( Corteccia cerebrale) I neuroni piramidali possono trasmettere segnali a bassa frequenza ( Tiro regolare) e brevi segnali esplosivi o di scoppio ( fuoco a raffica). B - Per le cellule del Purkinje del cervelletto ( Cervelletto) è caratterizzato solo da un'attività burst ad una frequenza molto elevata. V - Neuroni relè del talamo ( Talamo) hanno due modalità di attività: burst e tonica ( cottura tonica). G - Neuroni della parte centrale del guinzaglio ( MHb, Habenula mediale) dell'epitalamo generano segnali tonici a bassa frequenza.

Cos'è un potenziale d'azione?

membrana e ioni. La membrana plasmatica del neurone mantiene una distribuzione non uniforme delle sostanze tra la cellula e l'ambiente extracellulare (Fig. 3 B). Tra queste sostanze ci sono anche piccoli ioni, di cui K+ e Na+ sono importanti per descrivere la PD.
Ci sono pochi ioni Na+ all'interno della cellula, ma molti all'esterno. Per questo motivo si sforzano costantemente di entrare nella gabbia. Al contrario, ci sono molti ioni K + all'interno della cellula e cercano di uscirne. Gli ioni non possono farlo da soli, perché la membrana è loro impermeabile. Per il passaggio degli ioni attraverso la membrana è necessario aprire proteine speciali - canali ionici membrane.

Figura 3. Neurone, canali ionici e potenziale d'azione. UN - Ricostruzione della cellula candelabra della corteccia cerebrale di ratto. blu i dendriti e il corpo del neurone sono colorati (macchia blu al centro), rosso- assone (in molti tipi di neuroni l'assone è molto più ramificato dei dendriti). Verdi E frecce cremisi indicano la direzione del flusso dell'informazione: i dendriti e il corpo del neurone la ricevono, l'assone la invia ad altri neuroni. B - La membrana di un neurone, come qualsiasi altra cellula, contiene canali ionici. Tazze verdi- Ioni Na+, blu- Ioni K+. V - Cambiamenti nel potenziale di membrana durante la generazione di un potenziale d'azione (AP) da parte del neurone di Purkinje. area verde: I canali del Na sono aperti, gli ioni Na + entrano nel neurone, si verifica la depolarizzazione. Zona blu: I canali K sono aperti, K+ esce, avviene la ripolarizzazione. La sovrapposizione delle regioni verde e blu corrisponde al periodo in cui Na+ entra e K+ esce contemporaneamente.

canali ionici. La varietà di canali è enorme. Alcuni di essi si aprono in risposta a un cambiamento nel potenziale di membrana, altri - quando si lega un ligando (ad esempio un neurotrasmettitore in una sinapsi), altri - a seguito di cambiamenti meccanici nella membrana, ecc. L'apertura del canale consiste nel cambiare la sua struttura, in conseguenza della quale gli ioni possono attraversarlo. Alcuni canali lasciano passare solo un certo tipo di ioni, mentre altri sono caratterizzati da una conduttività mista.
I canali che "sentono" il potenziale di membrana svolgono un ruolo chiave nella generazione di AP - potenziale dipendente canali ionici. Si aprono in risposta ai cambiamenti nel potenziale di membrana. Tra questi, siamo interessati ai canali del sodio voltaggio-dipendenti (canali Na), che consentono il passaggio solo degli ioni Na+, e ai canali del potassio voltaggio-dipendenti (canali K), che consentono il passaggio solo degli ioni K+.

La PD è una variazione relativamente forte in ampiezza simile a un salto nel potenziale di membrana.

Corrente ionica e PD. La base della PD è la corrente ionica, il movimento degli ioni attraverso i canali ionici della membrana. Poiché gli ioni sono carichi, la loro corrente porta ad una variazione della carica totale all'interno e all'esterno del neurone, che comporta immediatamente una variazione del potenziale di membrana.
La generazione di AP, di regola, avviene nel segmento iniziale dell'assone, in quella parte di esso adiacente al corpo del neurone. Ci sono molti canali del Na concentrati qui. Se si aprono, una potente corrente di ioni Na+ si riverserà nell'assone e a depolarizzazione membrane: una diminuzione del potenziale di membrana in valore assoluto (Fig. 3 V). Successivamente, è necessario tornare al suo valore originale: ripolarizzazione. Gli ioni K+ ne sono responsabili. Quando i canali K si aprono (poco prima del massimo AP), gli ioni K+ inizieranno a lasciare la cellula e ripolarizzare la membrana.
Depolarizzazione e ripolarizzazione sono le due fasi principali del PD. Oltre a loro, se ne distinguono molti altri che, per mancanza di necessità, non sono qui considerati. Una descrizione dettagliata della generazione di PD può essere trovata in. Una breve descrizione della PD si trova anche negli articoli su "Biomolecule".
Segmento iniziale dell'assone e inizio AP. Cosa porta all'apertura dei canali del Na nel segmento iniziale dell'assone? Ancora una volta, il cambiamento nel potenziale di membrana, "arrivando" lungo i dendriti del neurone (Fig. 3 UN). Questo - potenziali postsinaptici (PSP) derivanti dalla trasmissione sinaptica. Questo processo è spiegato più dettagliatamente nel testo principale.
Condurre il PD. I canali Na vicini non saranno indifferenti all'AP nel segmento iniziale dell'assone. Anche loro si apriranno in risposta a questo cambiamento nel potenziale di membrana, che innescherà anche l'AP. Quest'ultimo, a sua volta, provocherà una "reazione" simile nel segmento successivo dell'assone, più lontano dal corpo del neurone, e così via. In questo modo accade conduzione PD lungo l'assone, . Alla fine raggiungerà le sue terminazioni presinaptiche ( frecce cremisi nella fig. 3 UN) dove può innescare la trasmissione sinaptica.
Il consumo di energia per la generazione di AP è inferiore a quello per il lavoro delle sinapsi. Quante molecole di adenosina trifosfato (ATP), la principale “valuta” energetica, costa la PD? Secondo una stima, per i neuroni piramidali nella corteccia cerebrale del ratto, il consumo di energia per generare 4 AP al secondo è circa ⅕ del consumo energetico totale del neurone. Se prendiamo in considerazione altri processi di segnalazione, in particolare la trasmissione sinaptica, la proporzione sarà ⅘. Per la corteccia cerebellare, responsabile delle funzioni motorie, la situazione è simile: il consumo di energia per generare un segnale di uscita è del 15% del totale e circa la metà è per l'elaborazione delle informazioni di input. Quindi, la PD è ben lungi dall’essere il processo che consuma più energia. A volte è necessaria più energia per il lavoro della sinapsi. Tuttavia, ciò non significa che il processo di generazione della PD non presenti caratteristiche di efficienza energetica.

Un'analisi di diversi tipi di neuroni (Fig. 4) ha mostrato che i neuroni degli invertebrati non sono molto efficienti dal punto di vista energetico e alcuni neuroni dei vertebrati sono quasi perfetti. Secondo i risultati di questo studio, gli interneuroni dell'ippocampo coinvolti nella formazione della memoria e delle emozioni, così come i neuroni relè talamocorticali, che trasportano il flusso principale di informazioni sensoriali dal talamo alla corteccia cerebrale, si sono rivelati i più energetici efficiente.

Figura 4. Neuroni diversi sono efficienti in modi diversi. La figura mostra un confronto tra il consumo energetico di diversi tipi di neuroni. Il consumo energetico è calcolato nei modelli come con i valori iniziali (reali) dei parametri ( colonne nere), e con quelli ottimali, in cui, da un lato, il neurone svolge la funzione assegnata, dall'altro consuma un minimo di energia ( barre grigie). Due tipi di neuroni dei vertebrati si sono rivelati i più efficaci tra quelli presentati: gli interneuroni dell'ippocampo ( interneurone ippocampale di ratto, RHI) e neuroni talamocorticali ( cellula relè talamocorticale di topo, MTCR), poiché per loro il consumo energetico nel modello originale è il più vicino al consumo energetico di quello ottimizzato. Al contrario, i neuroni degli invertebrati sono meno efficienti. Leggenda: SA (assone di calamaro) - assone di calamaro gigante; circa (assone del granchio) - assone del granchio; MFS (interneurone corticale a punta veloce del topo) - interneurone corticale veloce del topo; BK (cellula Kenyon del corpo del fungo dell'ape) è la cellula Kenyon dell'ape, a forma di fungo.

Perché sono più efficienti? Perché hanno poca sovrapposizione delle correnti Na e K. Durante la generazione della PD, c'è sempre un periodo di tempo in cui queste correnti sono presenti contemporaneamente (Fig. 3 V). In questo caso non vi è praticamente alcun trasferimento di carica e la variazione del potenziale di membrana è minima. Ma in ogni caso bisogna “pagare” per queste correnti, nonostante la loro “inutilità” in questo periodo. Pertanto, la sua durata determina la quantità di risorse energetiche sprecate. Più è breve, più efficiente è l'uso dell'energia. Più è lungo, meno è efficace. Proprio nei due tipi di neuroni sopra menzionati, grazie ai canali ionici veloci, questo periodo è molto breve, e i PD sono i più efficaci.

A proposito, gli interneuroni sono molto più attivi della maggior parte degli altri neuroni nel cervello. Allo stesso tempo sono estremamente importanti per il lavoro coordinato e sincrono dei neuroni, con i quali formano piccole reti locali. Probabilmente, l'elevata efficienza energetica dell'AP degli interneuroni è una sorta di adattamento alla loro elevata attività e al ruolo nel coordinare il lavoro di altri neuroni.

Sinapsi

La trasmissione del segnale da un neurone all'altro avviene in un contatto speciale tra neuroni, in sinapsi . Considereremo solo sinapsi chimiche (ce n'è ancora qualcuno? elettrico), poiché sono molto comuni nel sistema nervoso e sono importanti per la regolazione del metabolismo cellulare e l'apporto di nutrienti.

All'estremità presinaptica dell'assone, AP provoca il rilascio di un neurotrasmettitore nell'ambiente extracellulare, al neurone ricevente. Quest'ultimo non vede l'ora: nella membrana dendritica, i recettori - canali ionici di un certo tipo - legano il neurotrasmettitore, si aprono e lasciano passare vari ioni. Ciò si traduce nella generazione di un file small potenziale postsinaptico(PSP) sulla membrana dendritica. Assomiglia ad AP, ma ha un'ampiezza molto più piccola e si verifica a causa dell'apertura di altri canali. Molte di queste piccole PSP, ciascuna dalla propria sinapsi, “scendono” lungo la membrana dendritica fino al corpo del neurone ( frecce verdi nella fig. 3 UN) e raggiungono il segmento iniziale dell'assone, dove provocano l'apertura dei canali del Na e lo "provocano" a generare AP.

Tali sinapsi sono chiamate emozionante : contribuiscono all'attivazione del neurone e alla generazione di AP. Ci sono anche inibitorio sinapsi. Al contrario, contribuiscono all’inibizione e impediscono la generazione di AP. Spesso ci sono entrambe le sinapsi sullo stesso neurone. Una certa relazione tra inibizione ed eccitazione è importante per il normale funzionamento del cervello, la formazione di ritmi cerebrali che accompagnano le funzioni cognitive superiori.

Stranamente, il rilascio di un neurotrasmettitore nella sinapsi potrebbe non avvenire affatto: questo è un processo probabilistico. I neuroni risparmiano così energia: la trasmissione sinaptica determina già circa la metà del consumo energetico totale dei neuroni. Se le sinapsi si attivassero sempre, tutta l’energia andrebbe a farle funzionare e non rimarrebbero risorse per altri processi. Inoltre, è la bassa probabilità (20–40%) di rilascio del neurotrasmettitore che corrisponde alla massima efficienza energetica delle sinapsi. Il rapporto tra la quantità di informazioni utili e l'energia spesa in questo caso è massimo, . Quindi, si scopre che i "fallimenti" svolgono un ruolo importante nel lavoro delle sinapsi e, di conseguenza, dell'intero cervello. E non devi preoccuparti della trasmissione del segnale con sinapsi a volte "non funzionanti", poiché di solito ci sono molte sinapsi tra i neuroni e almeno una di esse funzionerà.

Un'altra caratteristica della trasmissione sinaptica è la divisione del flusso generale di informazioni in componenti separate in base alla frequenza di modulazione del segnale in entrata (in parole povere, la frequenza degli AP in entrata). Ciò è dovuto alla combinazione di diversi recettori sulla membrana postsinaptica. Alcuni recettori si attivano molto rapidamente: ad esempio, Recettori AMPA (AMPA deriva da α- UN mino-3-idrossi-5- M etil-4-isossazolo P ropionico UN cid). Se sul neurone postsinaptico sono presenti solo questi recettori, esso può percepire chiaramente un segnale ad alta frequenza (come, ad esempio, in Fig. 2 V). L'esempio più chiaro sono i neuroni del sistema uditivo coinvolti nella determinazione della posizione della sorgente sonora e nel riconoscimento accurato di suoni brevi come i clic, che sono ampiamente rappresentati nel parlato. Recettori NMDA (NMDA – da N -M etilico- D -UN spartato) sono più lenti. Permettono ai neuroni di selezionare segnali a frequenza più bassa (Fig. 2 G), oltre a percepire la serie ad alta frequenza di AP come qualcosa di unificato - la cosiddetta integrazione dei segnali sinaptici. Esistono recettori metabotropici ancora più lenti che, legandosi a un neurotrasmettitore, trasmettono un segnale a una catena di "secondi messaggeri" intracellulari per regolare un'ampia varietà di processi cellulari. Ad esempio, i recettori associati alle proteine G sono molto diffusi. A seconda del tipo, regolano ad esempio il numero di canali nella membrana o ne modulano direttamente il funzionamento.

Varie combinazioni di recettori AMPA veloci, NMDA più lenti e metabotropici consentono ai neuroni di selezionare e utilizzare le informazioni più utili per loro, importanti per il loro funzionamento. E le informazioni "inutili" vengono eliminate, non vengono "percepite" dal neurone. In questo caso, non è necessario spendere energie per elaborare informazioni non necessarie. Questo è un altro aspetto dell’ottimizzazione della trasmissione sinaptica tra i neuroni.

Cos'altro?

L'efficienza energetica delle cellule cerebrali viene studiata anche in relazione alla loro morfologia. La ricerca mostra che la ramificazione dei dendriti e degli assoni non è caotica e fa risparmiare energia. Ad esempio, l'assone si ramifica in modo tale che la lunghezza totale del percorso attraversato dall'AP sia la più piccola. In questo caso il consumo di energia per condurre AP lungo l’assone è minimo.

Una diminuzione del consumo energetico di un neurone si ottiene anche con un certo rapporto tra sinapsi inibitorie ed eccitatorie. Questo è direttamente correlato, ad esempio, a ischemia(una condizione patologica causata da un alterato flusso sanguigno nei vasi) del cervello. In questa patologia, molto probabilmente, i neuroni più metabolicamente attivi sono i primi a fallire. Nella corteccia sono rappresentati da interneuroni inibitori che formano sinapsi inibitorie su molti altri neuroni piramidali. Come risultato della morte degli interneuroni, l'inibizione piramidale diminuisce. Di conseguenza, il livello complessivo di attività di questi ultimi aumenta (attivando le sinapsi più spesso, gli AP vengono generati più spesso). Questo è immediatamente seguito da un aumento del consumo energetico, che in condizioni di ischemia può portare alla morte dei neuroni.

Quando si studiano le patologie, si presta attenzione anche alla trasmissione sinaptica come il processo che consuma più energia. Ad esempio, nel morbo di Parkinson, di Huntington e di Alzheimer, si verifica un'interruzione del lavoro o del trasporto alle sinapsi dei mitocondri, che svolgono un ruolo importante nella sintesi dell'ATP. Nel caso del morbo di Parkinson ciò potrebbe essere dovuto alla distruzione e alla morte dei neuroni della substantia nigra, che consumano molta energia e sono importanti per la regolazione delle funzioni motorie e del tono muscolare. Nella malattia di Huntington, la proteina mutante Huntingtina interrompe i meccanismi di consegna di nuovi mitocondri alle sinapsi, il che porta alla "fame di energia" di queste ultime, ad una maggiore vulnerabilità dei neuroni e ad un'attivazione eccessiva. Tutto ciò può causare un'ulteriore interruzione del lavoro dei neuroni, seguita dall'atrofia dello striato e della corteccia cerebrale. Nella malattia di Alzheimer, la distruzione dei mitocondri (parallelamente alla diminuzione del numero di sinapsi) si verifica a causa della deposizione di placche amiloidi. L'azione di quest'ultimo sui mitocondri porta allo stress ossidativo e all'apoptosi - morte cellulare dei neuroni.

Ancora una volta su tutto

Alla fine del XX secolo è nato un approccio allo studio del cervello in cui vengono considerate contemporaneamente due importanti caratteristiche: quanto un neurone (o rete neurale, o sinapsi) codifica e trasmette informazioni utili e quanta energia trasmette spende, . Il loro rapporto è una sorta di criterio per l'efficienza energetica dei neuroni, delle reti neurali e delle sinapsi.

L'utilizzo di questo criterio nelle neuroscienze computazionali ha dato un aumento significativo delle conoscenze riguardo al ruolo di alcuni fenomeni, processi, . In particolare, la bassa probabilità di rilascio dei neurotrasmettitori nella sinapsi, un certo equilibrio tra inibizione ed eccitazione dei neuroni, il rilascio solo di un certo tipo di informazioni in arrivo a causa di una determinata combinazione di recettori: tutto ciò contribuisce a risparmiare preziose risorse energetiche.

Inoltre, la semplice determinazione del consumo energetico dei processi di segnalazione (ad esempio generazione, conduzione di AP, trasmissione sinaptica) consente di scoprire quale di essi soffrirà per primo in caso di violazione patologica dell'apporto di nutrienti. Poiché le sinapsi richiedono più energia per funzionare, sono le prime a cedere in patologie come l'ischemia, l'Alzheimer e la malattia di Huntington. Allo stesso modo, determinare il consumo energetico di diversi tipi di neuroni aiuta a scoprire quale di essi morirà prima degli altri in caso di patologia. Ad esempio, con la stessa ischemia, i primi a fallire saranno gli interneuroni della corteccia. Questi stessi neuroni, a causa del metabolismo intenso, sono le cellule più vulnerabili durante l'invecchiamento, il morbo di Alzheimer e la schizofrenia.

Grazie

Sono sinceramente grato ai miei genitori Olga Natalevich e Alexander Zhukov, alle sorelle Lyuba e Alena, al mio supervisore Alexei Brazhe e alle meravigliose amiche di laboratorio Evelina Nickelsparg e Olga Slatinskaya per il loro supporto e ispirazione, i preziosi commenti fatti durante la lettura dell'articolo. Sono anche molto grato ad Anna Petrenko, redattrice dell'articolo, e Anton Chugunov, redattore capo di Biomolecule, per note, suggerimenti e commenti.

Letteratura

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Nei dialoghi pronunciamo la frase "le cellule nervose non si riprendono", suggerendo all'interlocutore che non dovresti preoccuparti così tanto. Ma qual è la sua origine? Per più di 100 anni gli scienziati hanno creduto che il neurone fosse incapace di dividersi. E, secondo queste opinioni, quando morì, uno spazio vuoto rimase per sempre nel cervello. Lo stress, come sai, è dannoso per le cellule nervose. Allora cosa succede: più sei nervoso, più "buchi" nel sistema nervoso?

Vivaio per cellule nervose

Se le cellule nervose scomparissero per sempre dal cervello, probabilmente la Terra non vedrebbe il fiorire della civiltà. L'uomo perderebbe le sue risorse cellulari prima di acquisire qualsiasi abilità. I neuroni sono creature molto "gentili" e vengono facilmente distrutti da influenze avverse. Si stima che ogni giorno perdiamo 200.000 neuroni. Non è molto, ma tuttavia, nel corso degli anni, la carenza può incidere sullo stato di salute se le perdite sono insostituibili. Tuttavia, ciò non accade.

L'osservazione degli scienziati sull'impossibilità di dividere le cellule nervose era assolutamente corretta. Ma il fatto è che la natura ha trovato un altro modo per ripristinare le perdite. I neuroni possono moltiplicarsi, ma solo in tre parti del cervello, uno dei centri più attivi è ippocampo. E da lì, le cellule migrano lentamente verso quelle aree del cervello dove mancano. Il tasso di formazione e morte dei neuroni è quasi lo stesso, quindi nessuna funzione del sistema nervoso viene disturbata.

Chi ne ha di più?

La quantità di perdita di cellule nervose dipende fortemente dall’età. Probabilmente sarebbe logico supporre che più una persona è anziana, più perdite nervose sono irrecuperabili. Tuttavia, i bambini piccoli perdono la maggior parte dei neuroni. Nasciamo con un apporto significativo di cellule nervose e nei primi 3-4 anni il cervello si sbarazza dell'eccesso. I neuroni diventano quasi il 70% più piccoli. Tuttavia, i bambini non diventano affatto stupidi, ma, al contrario, acquisiscono esperienza e conoscenza. Tale perdita è un processo fisiologico, la morte delle cellule nervose viene reintegrata dalla formazione di connessioni tra loro.

Negli anziani, la perdita di neuroni non viene completamente reintegrata, anche a causa della formazione di nuove connessioni tra le cellule nervose.

Non è solo una questione di quantità

Oltre a ripristinare il numero di cellule, il cervello ha un'altra straordinaria capacità. Se un neurone viene perso e per qualche motivo il suo posto non viene occupato, i vicini possono assumerne le funzioni rafforzando le connessioni reciproche. Questa capacità del cervello è così sviluppata che anche dopo un danno cerebrale abbastanza grave, una persona può riprendersi con successo. Ad esempio, dopo un ictus, quando i neuroni di un’intera area del cervello muoiono, le persone iniziano a camminare e a parlare.

colpito l'ippocampo

Con molti effetti avversi e malattie del sistema nervoso, la funzione rigenerativa dell'ippocampo diminuisce, il che porta ad una diminuzione dei neuroni nel tessuto cerebrale. Ad esempio, l’assunzione regolare di alcol rallenta la riproduzione delle giovani cellule nervose in questa parte del cervello. Con una lunga "esperienza alcolica", le capacità rigenerative del cervello diminuiscono, il che influenza lo stato d'animo di un alcolizzato. Tuttavia, se ti fermi in tempo nell '"uso", il tessuto nervoso verrà ripristinato.

Ma non tutti i processi sono reversibili. A Il morbo di Alzheimer l'ippocampo è esaurito e cessa di svolgere appieno le sue funzioni. Le cellule nervose in questa malattia non solo muoiono più velocemente, ma le loro perdite diventano insostituibili.

Ma lo stress acuto è anche utile perché mobilita il cervello. Un'altra cosa - stress cronico. Le cellule nervose da lui uccise possono ancora essere sostituite dal lavoro dell'ippocampo, ma il processo di recupero rallenta in modo significativo. Se le circostanze stressanti sono forti e prolungate, i cambiamenti possono diventare irreversibili.

Oltre a rallentare la neurogenesi, lo stress compromette la capacità delle cellule nervose di formare connessioni tra loro.

Mantieni il cervello giovane

Una delle caratteristiche principali di un cervello giovane è la capacità di recuperare e mantenere le sue funzioni. Quando e in che misura il ricambio armonioso dei neuroni, caratteristico della giovinezza, viene disturbato, dipende da molti fattori. Alcuni di essi, ad esempio, sfuggono al nostro controllo finché non riusciamo a ingannare le caratteristiche genetiche. Ci sono persone la cui funzione di riparazione neuronale è più sensibile agli influssi avversi esterni. Tuttavia, tutti possono creare condizioni più confortevoli per il proprio cervello.

Cosa si può fare:

Stress minimo..Naturalmente non si può scappare da tutti i guai, soprattutto perché ci sono situazioni dalle quali è impossibile scappare in un determinato periodo di tempo. Tuttavia, tutti dovrebbero fare attenzione a ridurre al minimo lo stress e quindi a prevenire cambiamenti irreversibili nell’ippocampo.
Nuove abilità. L'ippocampo inizia a produrre giovani neuroni se ce n'è bisogno. Quando una persona studia o padroneggia una nuova attività, il cervello richiede grandi "riserve nervose". Ulteriori forze si precipitano nell'area responsabile dell'abilità emergente, lì iniziano a formarsi nuove connessioni tra i neuroni. Per questo motivo è sempre consigliabile dedicarsi a un hobby, provare qualcosa di nuovo. Il cervello di una persona del genere è sempre impegnato con gli affari e si ripristina attivamente.

Natalia Stilson

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oh mio Dio, recuperati

Nel corso dei suoi 100 anni di storia, le neuroscienze hanno aderito al dogma secondo cui il cervello adulto non è soggetto a cambiamenti. Si credeva che una persona potesse perdere le cellule nervose, ma non acquisirne di nuove. Infatti, se il cervello fosse capace di cambiamenti strutturali, come verrebbe preservato?

La pelle, il fegato, il cuore, i reni, i polmoni e il sangue possono produrre nuove cellule per sostituire quelle danneggiate. Fino a poco tempo fa, gli esperti credevano che questa capacità di rigenerarsi non si estendesse al sistema nervoso centrale, costituito dal cervello e.

Da decenni i neuroscienziati cercano modi per migliorare la salute del cervello. La strategia di trattamento si basava sul ripristino della carenza di neurotrasmettitori, sostanze chimiche che trasmettono messaggi alle cellule nervose (neuroni). Nella malattia di Parkinson, ad esempio, il cervello del paziente perde la capacità di produrre il neurotrasmettitore dopamina perché le cellule che lo producono muoiono. Il "parente" chimico della dopamina, la L-Dopa, può alleviare temporaneamente le condizioni del paziente, ma non curarlo. Per sostituire i neuroni che muoiono nelle malattie neurologiche come la corea di Huntington e il Parkinson e nelle lesioni, i neuroscienziati stanno cercando di impiantare cellule staminali derivate da embrioni. Recentemente, i ricercatori si sono interessati ai neuroni derivati da cellule staminali embrionali umane che, in determinate condizioni, possono essere trasformate in qualsiasi tipo di cellula umana in piastre di Petri.

Anche se i benefici apportati dalle cellule staminali sono molti, la capacità del sistema nervoso adulto di autoripararsi dovrebbe ovviamente essere coltivata. Per fare ciò è necessario introdurre sostanze che stimolano il cervello a formare le proprie cellule e ripristinare i circuiti nervosi danneggiati.

Cellule nervose neonatali

Negli anni '60 -'70. i ricercatori hanno concluso che il sistema nervoso centrale dei mammiferi è in grado di rigenerarsi. I primi esperimenti hanno dimostrato che i rami principali dei neuroni nel cervello adulto e gli assoni possono riprendersi dopo un danno. Ben presto fu scoperta la nascita di nuovi neuroni nel cervello di uccelli adulti, scimmie e esseri umani; neurogenesi.

La domanda sorge spontanea: se il sistema nervoso centrale può formarne di nuovi, è in grado di riprendersi in caso di malattia o infortunio? Per rispondere è necessario capire come avviene la neurogenesi nel cervello adulto e come ciò è possibile.

La nascita di nuove cellule avviene gradualmente. Le cosiddette cellule staminali multipotenti nel cervello iniziano periodicamente a dividersi, dando origine ad altre cellule staminali che possono crescere in neuroni o cellule di supporto, chiamate. Ma per maturare, le cellule neonate devono evitare l'influenza delle cellule staminali multipotenti, che solo la metà di esse riesce, il resto muore. Questo spreco ricorda il processo che avviene nel corpo prima della nascita e nella prima infanzia, quando vengono prodotte più cellule nervose di quelle necessarie per formare un cervello. Sopravvivono solo quelli che formano legami attivi con gli altri.

Se la giovane cellula sopravvissuta diventerà un neurone o una cellula gliale dipende da quale parte del cervello finirà e da quali processi avranno luogo durante questo periodo. Ci vuole più di un mese affinché un nuovo neurone funzioni completamente. inviare e ricevere informazioni. Così. la neurogenesi non è un evento isolato. un processo. che è regolato dalle sostanze. chiamati fattori di crescita. Ad esempio, un fattore chiamato "riccio sonico" (riccio sonico), scoperto per la prima volta negli insetti, regola la capacità di proliferazione dei neuroni immaturi. Fattore tacca e classe di molecole. Le cosiddette proteine morfogenetiche ossee sembrano determinare se una nuova cellula diventa gliale o neurale. Non appena succederà. altri fattori di crescita. come il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF). neurotrofine e fattore di crescita insulino-simile (IGF) iniziano a sostenere l'attività vitale della cellula, stimolandone la maturazione.

Scena

I nuovi neuroni non nascono per caso nel cervello adulto dei mammiferi. apparentemente. si formano solo nei vuoti pieni di liquido nei ventricoli, così come nell'ippocampo, una struttura nascosta nelle profondità del cervello. a forma di cavalluccio marino. I neuroscienziati hanno dimostrato che le cellule destinate a diventare neuroni. passano dai ventricoli ai bulbi olfattivi. che ricevono informazioni dalle cellule situate nella mucosa nasale e a cui sono sensibili. Nessuno sa esattamente perché il bulbo olfattivo abbia bisogno di così tanti nuovi neuroni. È più facile indovinare perché l'ippocampo ne ha bisogno: poiché questa struttura è importante per ricordare nuove informazioni, probabilmente neuroni extra. contribuiscono al rafforzamento delle connessioni tra le cellule nervose, aumentando la capacità del cervello di elaborare e immagazzinare informazioni.

I processi di neurogenesi si trovano anche al di fuori dell'ippocampo e del bulbo olfattivo, ad esempio nella corteccia prefrontale, sede dell'intelligenza e della logica. così come in altre aree del cervello adulto e del midollo spinale. Recentemente sono apparsi sempre più dettagli sui meccanismi molecolari che controllano la neurogenesi e sugli stimoli chimici che la regolano. e abbiamo il diritto di sperare. che col tempo sarà possibile stimolare artificialmente la neurogenesi in qualsiasi parte del cervello. Sapendo come i fattori di crescita e il microambiente locale guidano la neurogenesi, i ricercatori sperano di sviluppare terapie in grado di riparare cervelli malati o danneggiati.

Stimolando la neurogenesi, è possibile migliorare le condizioni del paziente affetto da alcune malattie neurologiche. Per esempio. il motivo è il blocco dei vasi cerebrali, a seguito del quale i neuroni muoiono a causa della mancanza di ossigeno. Dopo un ictus, la neurogenesi inizia a svilupparsi nell’ippocampo, cercando di “curare” il tessuto cerebrale danneggiato con l’aiuto di nuovi neuroni. La maggior parte delle cellule neonate muore, ma alcune migrano con successo nell'area danneggiata e si trasformano in neuroni a tutti gli effetti. Nonostante ciò non sia sufficiente a compensare i danni causati da un ictus grave. la neurogenesi può aiutare il cervello dopo i microictus, che spesso passano inosservati. Ora i neuroscienziati stanno cercando di utilizzare il fattore di crescita vasculo-epidermico (VEGF) e fattore di crescita dei fibroblasti (FGF) per favorire il recupero naturale.

Entrambe le sostanze sono molecole di grandi dimensioni che difficilmente attraversano la barriera ematoencefalica, cioè una rete di cellule strettamente intrecciate che rivestono i vasi sanguigni del cervello. Nel 1999, un'azienda biotecnologica Laboratori Wyeth-Ayerst e SCIOs dalla California ha sospeso gli studi clinici sull'FGF utilizzato per. perché le sue molecole non entravano nel cervello. Alcuni ricercatori hanno provato a risolvere questo problema collegando la molecola FGF con l'altro, che ha ingannato la cellula costringendola a catturare l'intero complesso di molecole e trasferirlo nel tessuto cerebrale. Altri scienziati hanno modificato geneticamente cellule che producono FGF. e trapiantato nel cervello. Finora tali esperimenti sono stati condotti solo sugli animali.

La stimolazione della neurogenesi può essere efficace nel trattamento della depressione. la cui causa principale (oltre alla predisposizione genetica) è considerata cronica. limitante, come sai. il numero di neuroni nell’ippocampo. Molti dei medicinali prodotti mostrato in depressione. compreso il prozac. migliorare la neurogenesi negli animali. È interessante notare che per alleviare una sindrome depressiva con l'aiuto di questo farmaco è necessario un mese, la stessa quantità. quanto e per l'attuazione della neurogenesi. Forse. la depressione è in parte causata da un rallentamento di questo processo nell'ippocampo. Lo hanno confermato recenti studi clinici che utilizzano tecniche di imaging del sistema nervoso. che nei pazienti con depressione cronica, l'ippocampo è più piccolo che nelle persone sane. Uso a lungo termine di antidepressivi. Sembra come. stimola la neurogenesi: nei roditori. a cui sono stati somministrati questi farmaci per diversi mesi. nuovi neuroni sono nati nell'ippocampo.

Le cellule staminali neuronali danno origine a nuove cellule cerebrali. Si dividono periodicamente in due aree principali: nei ventricoli (viola), che sono pieni di liquido cerebrospinale, che nutre il sistema nervoso centrale, e nell'ippocampo (blu), struttura essenziale per l'apprendimento e la memoria. Con la proliferazione delle cellule staminali (in basso) si formano nuove cellule staminali e cellule progenitrici, che possono trasformarsi in neuroni o cellule di supporto chiamate cellule gliali (astrociti e dendrociti). Tuttavia, la differenziazione delle cellule nervose neonate può avvenire solo dopo che si sono allontanate dai loro antenati. (frecce rosse), che, in media, solo la metà di loro riesce e il resto muore. Nel cervello adulto sono stati trovati nuovi neuroni nell’ippocampo e nei bulbi olfattivi, essenziali per l’olfatto. Gli scienziati sperano di forzare il cervello adulto ad autoripararsi provocando la divisione e lo sviluppo delle cellule staminali neuronali o progenitrici dove e quando necessario.

Cellule staminali come metodo di trattamento

I ricercatori considerano due tipi di cellule staminali un potenziale strumento per riparare il cervello danneggiato. Innanzitutto, le cellule staminali neuronali adulte: rare cellule primarie preservate dalle prime fasi dello sviluppo embrionale, presenti in almeno due aree del cervello. Possono dividersi nel corso della vita, dando origine a nuovi neuroni e cellule di supporto chiamate glia. Il secondo tipo comprende le cellule staminali embrionali umane, isolate da embrioni in uno stadio di sviluppo molto precoce, quando l'intero embrione è costituito da circa un centinaio di cellule. Queste cellule staminali embrionali possono dare origine a qualsiasi cellula del corpo.

La maggior parte degli studi monitora la crescita delle cellule staminali neuronali nelle piastre di coltura. Possono dividersi lì, essere etichettati geneticamente e poi trapiantati nuovamente nel sistema nervoso adulto. Negli esperimenti finora condotti solo sugli animali, le cellule attecchiscono bene e possono differenziarsi in neuroni maturi in due aree del cervello dove avviene normalmente la formazione di nuovi neuroni: nell'ippocampo e nei bulbi olfattivi. Tuttavia, in altre aree, le cellule staminali neurali prelevate dal cervello adulto sono lente a diventare neuroni, sebbene possano diventare glia.

Il problema con le cellule staminali neurali adulte è che sono ancora immature. Se il cervello adulto in cui vengono trapiantati non genera i segnali necessari per stimolare il loro sviluppo in un particolare tipo di neurone – come un neurone dell’ippocampo – moriranno, diventeranno una cellula gliale o rimarranno una cellula staminale indifferenziata. Per risolvere questo problema, è necessario determinare quali segnali biochimici fanno sì che una cellula staminale neuronale diventi un neurone di questo tipo, e quindi dirigere lo sviluppo della cellula lungo questo percorso direttamente nella piastra di coltura. Si prevede che dopo il trapianto in una determinata regione del cervello, queste cellule rimarranno neuroni dello stesso tipo, formeranno connessioni e inizieranno a funzionare.

Creare connessioni importanti

Dato che trascorre circa un mese dal momento della divisione di una cellula staminale neuronale fino all'inclusione della sua discendente nei circuiti funzionali del cervello, il ruolo di questi nuovi neuroni è probabilmente determinato non tanto dal lignaggio della cellula, ma da come le cellule nuove e quelle esistenti si collegano tra loro (formando sinapsi) e con i neuroni esistenti, formando circuiti nervosi. Nel processo di sinaptogenesi, le cosiddette spine sui processi laterali, o dendriti, di un neurone sono collegate al ramo principale, o assone, di un altro neurone.

Studi recenti mostrano che le spine dendritiche (in basso) possono cambiare forma in pochi minuti. Ciò suggerisce che la sinaptogenesi potrebbe essere alla base dell’apprendimento e della memoria. Micrografie a colori singoli del cervello di un topo vivo (rosso, giallo, verde e blu) sono stati presi a un giorno di distanza. L'immagine multicolore (all'estrema destra) è costituita dalle stesse foto sovrapposte l'una sull'altra. Le aree inalterate appaiono quasi bianche.

Aiuta il cervello

Un'altra malattia che provoca la neurogenesi è il morbo di Alzheimer. Come dimostrato da studi recenti, negli organi del topo. in cui sono stati introdotti i geni di una persona affetta dal morbo di Alzheimer. sono state riscontrate varie deviazioni della neurogenesi dalla norma. Come risultato di questo intervento, l’animale produce in eccesso una forma mutante del precursore del peptide amiloide umano e il livello dei neuroni nell’ippocampo diminuisce. E l'ippocampo dei topi con un gene umano mutante. che codifica per la proteina presenilina. aveva un piccolo numero di cellule in divisione e. rispettivamente. meno neuroni sopravvissuti. introduzione FGF direttamente nel cervello degli animali ha indebolito la tendenza; quindi. I fattori di crescita possono essere un buon trattamento per questa malattia devastante.

La fase successiva della ricerca riguarda i fattori di crescita che controllano le varie fasi della neurogenesi (cioè la nascita di nuove cellule, la migrazione e la maturazione delle cellule giovani), nonché i fattori che inibiscono ciascuna fase. Per il trattamento di malattie come la depressione, in cui diminuisce il numero delle cellule in divisione, è necessario trovare sostanze farmacologiche o altri metodi d'influenza. migliorando la proliferazione cellulare. Con l'epilessia, a quanto pare. nascono nuove cellule. ma poi migrano nella direzione sbagliata e hanno bisogno di essere comprese. come indirizzare i neuroni "fuorviati" nella giusta direzione. Nel glioma cerebrale maligno, le cellule gliali proliferano e formano tumori mortali e in crescita. Anche se le cause del glioma non sono ancora chiare. alcuni credono. che deriva dalla crescita incontrollata delle cellule staminali cerebrali. Il glioma può essere trattato con composti naturali. regolando la divisione di tali cellule staminali.

Per il trattamento di un ictus, è importante scoprirlo. quali fattori di crescita assicurano la sopravvivenza dei neuroni e stimolano la trasformazione delle cellule immature in neuroni sani. Con tali malattie. come la malattia di Huntington. sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e morbo di Parkinson (quando muoiono tipi cellulari molto specifici, portando allo sviluppo di sintomi cognitivi o motori specifici). questo processo si verifica più spesso, a partire dalle cellule. a cui queste malattie sono associate sono localizzate in aree limitate.

Sorge la domanda: come controllare il processo di neurogenesi sotto questo o quel tipo di influenza per controllare il numero di neuroni, poiché anche il loro eccesso è pericoloso? Ad esempio, in alcune forme di epilessia, le cellule staminali neurali continuano a dividersi anche dopo che i nuovi neuroni hanno perso la capacità di stabilire connessioni utili. I neuroscienziati suggeriscono che le cellule “sbagliate” rimangono immature e finiscono nel posto sbagliato. formando il cosiddetto. displasia corticale artificiale (FCD), che genera scariche epilettiformi e provoca crisi epilettiche. È possibile che l'introduzione di fattori di crescita nell'ictus. Il morbo di Parkinson e altre malattie possono causare la divisione troppo rapida delle cellule staminali neurali e portare a sintomi simili. Pertanto, i ricercatori dovrebbero prima esplorare l’applicazione dei fattori di crescita per indurre la nascita, la migrazione e la maturazione dei neuroni.

Nel trattamento delle lesioni del midollo spinale, la SLA o le cellule staminali devono essere costrette a produrre oligodendrociti, un tipo di cellule gliali. Sono necessari per la comunicazione dei neuroni tra loro. perché isolano i lunghi assoni che passano da un neurone all'altro. impedendo la dispersione del segnale elettrico che passa attraverso l'assone. È noto che le cellule staminali del midollo spinale hanno la capacità di produrre di tanto in tanto oligodendrociti. I ricercatori hanno utilizzato fattori di crescita per stimolare questo processo negli animali con lesioni del midollo spinale e hanno riscontrato risultati positivi.

Ricarica per il cervello

Una delle caratteristiche importanti della neurogenesi nell'ippocampo è che un individuo può influenzare il tasso di divisione cellulare, il numero di giovani neuroni sopravvissuti e la loro capacità di integrarsi nella rete nervosa. Per esempio. quando i topi adulti vengono spostati da gabbie ordinarie e anguste a gabbie più comode e spaziose. hanno un aumento significativo della neurogenesi. I ricercatori hanno scoperto che far esercitare i topi su una ruota da corsa era sufficiente per raddoppiare il numero di cellule in divisione nell’ippocampo, portando a un drammatico aumento del numero di nuovi neuroni. È interessante notare che il consumo regolare può alleviare la depressione nelle persone. Forse. ciò è dovuto all'attivazione della neurogenesi.

Se gli scienziati imparassero a controllare la neurogenesi, la nostra comprensione delle malattie e delle lesioni cerebrali cambierà radicalmente. Per il trattamento sarà possibile utilizzare sostanze che stimolano selettivamente alcune fasi della neurogenesi. L'effetto farmacologico sarà combinato con la fisioterapia, che migliora la neurogenesi e stimola alcune aree del cervello a integrare al loro interno nuove cellule. Tenendo conto della relazione tra neurogenesi e stress mentale e fisico si ridurrà il rischio di malattie neurologiche e si miglioreranno i processi riparativi naturali nel cervello.

Stimolando la crescita dei neuroni nel cervello, le persone sane saranno in grado di migliorare le condizioni del proprio corpo. Tuttavia, è improbabile che apprezzino le iniezioni di fattori di crescita che difficilmente penetrano la barriera ematoencefalica dopo l'iniezione nel flusso sanguigno. Pertanto, gli esperti sono alla ricerca di farmaci. che potrebbe essere prodotto sotto forma di compresse. Un tale farmaco stimolerà il lavoro dei geni che codificano i fattori di crescita direttamente nel cervello umano.

È anche possibile migliorare l’attività cerebrale attraverso la terapia genica e il trapianto di cellule: cellule coltivate artificialmente che producono fattori di crescita specifici. può essere impiantato in alcune aree del cervello umano. Si propone inoltre di introdurre nel corpo umano geni che codificano per la produzione di vari fattori di crescita e virus. in grado di consegnare questi geni alle cellule cerebrali desiderate.

Non è ancora chiaro. quale dei metodi sarà il più promettente. Lo dimostrano gli studi sugli animali. che l'uso di fattori di crescita può interrompere il normale funzionamento del cervello. I processi di crescita possono causare la formazione di tumori e le cellule trapiantate possono andare fuori controllo e provocare lo sviluppo del cancro. Un simile rischio può essere giustificato solo nelle forme gravi della malattia di Huntington. Alzheimer o Parkinson.

Il modo migliore per stimolare l’attività cerebrale è un’intensa attività intellettuale abbinata ad uno stile di vita sano: l’attività fisica. buon cibo e buon riposo. È confermato anche sperimentalmente. che le connessioni nel cervello sono influenzate dall’ambiente. Forse. un giorno, nelle case e negli uffici, le persone creeranno e manterranno un ambiente appositamente arricchito per migliorare la funzione cerebrale.

Se è possibile comprendere i meccanismi di autoguarigione del sistema nervoso, nel prossimo futuro i ricercatori padroneggeranno i metodi. permettendoti di utilizzare le tue risorse cerebrali per il suo ripristino e miglioramento.

Fred Gage

(Nel mondo dei ragni, n. 12, 2003)

La cellula è il nucleo di un organismo biologico. Il sistema nervoso umano è costituito da cellule del cervello e del midollo spinale (neuroni). Hanno una struttura molto diversa, hanno un numero enorme di funzioni diverse finalizzate all'esistenza del corpo umano come specie biologica.

In ciascun neurone si verificano contemporaneamente migliaia di reazioni volte a mantenere il metabolismo della cellula nervosa stessa e a svolgere le sue funzioni principali: elaborare e analizzare una vasta gamma di informazioni in arrivo, nonché generare e inviare comandi ad altri neuroni, muscoli, vari organi e tessuti del corpo. Il lavoro ben coordinato di combinazioni di neuroni nella corteccia cerebrale costituisce la base del pensiero e della coscienza.

Funzioni della membrana cellulare

I componenti strutturali più importanti dei neuroni, come di qualsiasi altra cellula, sono le membrane cellulari. Di solito hanno una struttura multistrato e sono costituiti da una classe speciale di composti grassi: i fosfolipidi, nonché da ...

Il sistema nervoso è la parte più complessa e poco studiata del nostro corpo. È composto da 100 miliardi di cellule: neuroni e cellule gliali, che sono circa 30 volte di più. Ad oggi, gli scienziati sono riusciti a studiare solo il 5% delle cellule nervose. Tutto il resto resta ancora un mistero che i medici cercano di risolvere con ogni mezzo.

Neurone: struttura e funzioni

Il neurone è il principale elemento strutturale del sistema nervoso, che si è evoluto dalle cellule neurorefettori. La funzione delle cellule nervose è quella di rispondere agli stimoli mediante contrazione. Si tratta di cellule in grado di trasmettere informazioni utilizzando un impulso elettrico, mezzi chimici e meccanici.

Per eseguire le funzioni, i neuroni sono motori, sensoriali e intermedi. Le cellule nervose sensoriali trasmettono informazioni dai recettori al cervello, dalle cellule motorie ai tessuti muscolari. I neuroni intermedi sono in grado di svolgere entrambe le funzioni.

Anatomicamente, i neuroni sono costituiti da un corpo e due...

La possibilità di un trattamento efficace dei bambini con disturbi dello sviluppo psiconeurologico si basa sulle seguenti proprietà del corpo del bambino e del suo sistema nervoso:

1. Capacità rigenerative del neurone stesso, dei suoi processi e delle reti neuronali che fanno parte dei sistemi funzionali. Il lento trasporto del citoscheletro lungo i processi della cellula nervosa alla velocità di 2 mm/giorno determina anche la rigenerazione dei processi neuronali danneggiati o sottosviluppati alla stessa velocità. La morte di alcuni neuroni e la loro deficienza nella rete neuronale è più o meno completamente compensata dall'avvio della ramificazione asso-dendritica delle cellule nervose rimanenti con la formazione di nuove connessioni interneuronali aggiuntive.

2. Compensazione del danno ai neuroni e alle reti neuronali nel cervello collegando gruppi neuronali vicini per svolgere una funzione perduta o sottosviluppata. Neuroni sani, i loro assoni e dendriti, che lavorano attivamente e si riservano, nella lotta per il territorio funzionale...

oh mio Dio, recuperati

La pelle, il fegato, il cuore, i reni, i polmoni e il sangue possono produrre nuove cellule per sostituire quelle danneggiate. Fino a poco tempo fa, gli esperti ritenevano che questa capacità di rigenerarsi non si estendesse al sistema nervoso centrale, che consiste nel cervello e nel midollo spinale.

Tuttavia, negli ultimi cinque anni, i neuroscienziati hanno scoperto che il cervello cambia nel corso della vita: nuove cellule si formano per far fronte alle difficoltà che si presentano. Questa plasticità aiuta il cervello a riprendersi da lesioni o malattie, aumentandone il potenziale.

I neuroscienziati sono alla ricerca di modi per migliorare...

I neuroni cerebrali si formano durante lo sviluppo prenatale. Ciò avviene a causa della crescita di un certo tipo di cellule, dei loro movimenti e quindi della differenziazione, durante la quale cambiano forma, dimensione e funzione. La maggior parte dei neuroni muore durante lo sviluppo fetale, molti continuano a farlo dopo la nascita e per tutta la vita di una persona, che è geneticamente incorporata. Ma insieme a questo fenomeno accade un'altra cosa: il ripristino dei neuroni in alcune regioni del cervello.

Il processo mediante il quale avviene la formazione di una cellula nervosa (sia nel periodo prenatale che nella vita) è chiamato “neurogenesi”.

L'affermazione ampiamente nota che le cellule nervose non si rigenerano fu fatta una volta nel 1928 da Santiago Ramon-i-Halem, un neuroistologo spagnolo. Questa disposizione durò fino alla fine del secolo scorso, finché non apparve un articolo scientifico di E. Gould e C. Cross, in cui venivano forniti fatti comprovanti la produzione di nuovi ...

I neuroni del cervello sono divisi in base alla classificazione in cellule con un certo tipo di funzione. Ma forse, dopo la ricerca del Duke Institute, guidato dal professore associato di biologia cellulare, pediatria e neuroscienze Chai Kuo, apparirà una nuova unità strutturale (Chay Kuo).

Ha descritto le cellule cerebrali che sono in grado di trasmettere informazioni e avviare la trasformazione in modo indipendente. Il meccanismo della loro azione risiede nell'influenza di uno dei tipi di neuroni nella zona subventricolare (è anche chiamata subependimale) sulla cellula staminale neurale. Inizia a trasformarsi in un neurone. La scoperta è interessante perché dimostra che il ripristino dei neuroni cerebrali sta diventando una realtà per la medicina.

Teoria di Chai Kuo

Il ricercatore osserva che la possibilità dello sviluppo dei neuroni è stata discussa anche prima di lui, ma per la prima volta ha trovato e descritto cosa e come comprende il meccanismo d'azione. Le cellule neuronali che si trovano nella zona subventricolare (SVZ) vengono descritte per prime. Nella zona del cervello...

Il ripristino degli organi e delle funzioni del corpo preoccupa le persone nei seguenti casi: dopo un'unica ma eccessiva assunzione di bevande alcoliche (un banchetto in un'occasione solenne) e durante la riabilitazione dopo la dipendenza da alcol, cioè come risultato di un sistematico e uso prolungato di alcol.

Nel processo di una sorta di festa abbondante (compleanno, matrimonio, Capodanno, festa, ecc.), Una persona consuma una porzione molto grande di alcol per un periodo di tempo minimo. È chiaro che il corpo non sente nulla di buono in questi momenti. Il danno maggiore da tali vacanze lo subiscono quelle persone che di solito si astengono dal bere alcolici o lo assumono raramente e in piccole dosi. Queste persone hanno difficoltà a recuperare il cervello dopo l'alcol al mattino.

Devi sapere che solo il 5% dell'alcol viene escreto dal corpo con l'aria espirata, attraverso la sudorazione e la minzione. Il restante 95% è ossidato all'interno...

Farmaci per il recupero della memoria

Gli aminoacidi aiutano a migliorare la formazione del GABA nel cervello: glicina, triptofano, lisina (preparati "glicina", "aviton ginkgovite"). Si consiglia di utilizzarli con agenti per migliorare l'afflusso di sangue cerebrale (Cavinton, Trental, Vintocetina) e aumentare il metabolismo energetico dei neuroni (Coenzima Q10). Il ginkgo viene utilizzato per stimolare i neuroni in molti paesi del mondo.

L'esercizio quotidiano, la normalizzazione della nutrizione e la routine quotidiana aiuteranno a migliorare la memoria. Puoi allenare la tua memoria: ogni giorno devi imparare piccole poesie, lingue straniere. Non sovraccaricare il tuo cervello. Per migliorare la nutrizione cellulare, si consiglia di assumere farmaci speciali progettati per migliorare la memoria.

Farmaci efficaci per normalizzare e migliorare la memoria

Diprenile. Un farmaco che neutralizza l'azione delle neurotossine che entrano nel corpo con il cibo. Protegge le cellule cerebrali dallo stress, supporta...

Fino agli anni ’90 i neurologi erano fermamente convinti che la rigenerazione del cervello fosse impossibile. Nella comunità scientifica è stata formulata una falsa idea sui tessuti "stazionari", che comprendeva principalmente il tessuto del sistema nervoso centrale, dove presumibilmente non ci sono cellule staminali. Si credeva che la divisione delle cellule nervose potesse essere osservata solo in alcune strutture cerebrali del feto e nei bambini solo nei primi due anni di vita. Quindi si è ipotizzato che la crescita cellulare si interrompa e inizi la fase di formazione dei contatti intercellulari nelle reti neurali. Durante questo periodo, ogni neurone forma centinaia e forse migliaia di sinapsi con le cellule vicine. In media, si ritiene che nelle reti neurali del cervello adulto funzionino circa 100 miliardi di neuroni. L'affermazione che il cervello adulto non si rigenera è diventata un mito assioma. Gli scienziati che hanno espresso un parere diverso sono stati accusati di incompetenza e nel nostro Paese è successo che hanno perso il lavoro. La natura sta in...

Gli ictus non fanno più paura? Sviluppi moderni...

Tutte le malattie provengono dai nervi! Anche i bambini conoscono questa saggezza popolare. Non tutti sanno però che nel linguaggio della scienza medica ha un significato specifico e ben definito. È particolarmente importante conoscerlo per le persone i cui cari hanno subito un ictus. Molti di loro sanno bene che, nonostante il trattamento difficile in corso, le funzioni perse in una persona cara non vengono completamente ripristinate. Inoltre, più tempo è passato dal momento del problema, minore è la probabilità che si ritorni alla parola, ai movimenti e alla memoria. Allora come si può ottenere una svolta nel recupero di una persona cara? Per rispondere a questa domanda, è necessario conoscere il "nemico in faccia" - per capirne il motivo principale.

"TUTTE LE MALATTIE DEI NERVI!"

Il sistema nervoso coordina tutte le funzioni del corpo e gli fornisce la capacità di adattarsi all'ambiente esterno. Il cervello è il suo collegamento centrale. Questo è il computer principale del nostro corpo, che regola il lavoro di tutti ...

Un argomento per coloro che preferiscono pensare che le cellule nervose si stiano ripristinando.

Per creare un'immagine mentale appropriata :)

Le cellule nervose si rigenerano

Gli scienziati israeliani hanno scoperto un intero kit di biostrumenti per sostituire i nervi morti. Si è scoperto che lo fanno i linfociti T, che fino ad ora erano considerati "estranei dannosi".

Alcuni anni fa, gli scienziati hanno smentito la famosa affermazione “le cellule nervose non si rigenerano”: si è scoperto che una parte del cervello lavora per rigenerare le cellule nervose per tutta la vita. Soprattutto quando si stimola l'attività cerebrale e l'attività fisica. Ma come esattamente il cervello sappia che è ora di accelerare il processo di rigenerazione, nessuno lo ha ancora saputo.

Per comprendere il meccanismo del recupero del cervello, gli scienziati hanno iniziato a selezionare tutti i tipi di cellule che erano state precedentemente trovate nella testa delle persone e il motivo della scoperta di quali in esso rimaneva poco chiaro. E lo studio di una delle sottospecie di leucociti si è rivelato efficace: ...

"Le cellule nervose non si rigenerano": mito o realtà?

Come disse l'eroe Leonid Bronevoy, il medico della contea: "la testa è un oggetto oscuro, non è oggetto di ricerca ...". Un accumulo compatto di cellule nervose chiamato cervello, sebbene sia stato studiato a lungo dai neurofisiologi, gli scienziati non sono ancora riusciti a ottenere risposte a tutte le domande relative al funzionamento dei neuroni.

L'essenza della questione

Qualche tempo fa, fino agli anni '90 del secolo scorso, si credeva che il numero di neuroni nel corpo umano fosse costante e che fosse impossibile ripristinare le cellule nervose cerebrali danneggiate se perse. In parte questa affermazione è vera: durante lo sviluppo dell'embrione, la natura mette a disposizione un'enorme riserva di cellule.

Anche prima della nascita, un neonato perde quasi il 70% dei neuroni formati a causa della morte cellulare programmata: l'apoptosi. La morte neuronale continua per tutta la vita.

A partire dai trent’anni, questo processo...

Le cellule nervose nel cervello umano si rigenerano

Fino ad ora si sapeva che le cellule nervose si rigenerano solo negli animali. Recentemente, però, gli scienziati hanno scoperto che nella parte del cervello umano responsabile dell’olfatto, i neuroni maturi si formano da cellule progenitrici. Un giorno saranno in grado di aiutare a "riparare" il cervello ferito.

Ogni giorno la pelle cresce di 0,002 millimetri. Le nuove cellule del sangue già pochi giorni dopo l'avvio della loro produzione nel midollo osseo, svolgono le loro funzioni principali. Con le cellule nervose tutto è molto più problematico. Sì, le terminazioni nervose vengono ripristinate nelle braccia, nelle gambe e nello spessore della pelle. Ma nel sistema nervoso centrale - nel cervello e nel midollo spinale - ciò non accade. Pertanto, una persona con un midollo spinale danneggiato non sarà più in grado di correre. Inoltre, il tessuto nervoso viene distrutto irrimediabilmente a seguito di un ictus.

Recentemente, tuttavia, sono emerse nuove indicazioni secondo cui il cervello umano è anche in grado di produrre nuovi...

Per molti anni si è creduto che le cellule nervose non fossero in grado di rigenerarsi, il che significava che era impossibile curare molte malattie associate al loro danno. Ora gli scienziati hanno trovato modi per ripristinare le cellule cerebrali al fine di prolungare la vita completa del paziente, in cui ricorderà molti dettagli.

Esistono diverse condizioni per il recupero delle cellule cerebrali, se la malattia non è andata troppo oltre e non si è verificata una completa perdita di memoria. Il corpo dovrebbe ricevere una quantità sufficiente di vitamine che aiuteranno a mantenere la capacità di concentrarsi su un problema, a ricordare le cose necessarie. Per fare questo, devi mangiare cibi che li contengono, questi sono pesce, banane, noci e carne rossa. Gli esperti ritengono che il numero di pasti non dovrebbe essere superiore a tre e che è necessario mangiare fino a quando non appare la sazietà, questo aiuterà le cellule cerebrali a ottenere le sostanze necessarie. La nutrizione è di grande importanza per la prevenzione delle malattie nervose, non dovresti lasciarti trasportare ...

L'espressione alata "Le cellule nervose non si riprendono" è percepita da tutti fin dall'infanzia come una verità indiscutibile. Tuttavia, questo assioma non è altro che un mito e nuovi dati scientifici lo smentiscono.

Rappresentazione schematica di una cellula nervosa, o neurone, che consiste in un corpo con un nucleo, un assone e diversi dendriti.

I neuroni differiscono tra loro per dimensioni, ramificazione dei dendriti e lunghezza degli assoni.

Il concetto di "glia" comprende tutte le cellule del tessuto nervoso che non sono neuroni.

I neuroni sono geneticamente programmati per migrare verso l'una o l'altra parte del sistema nervoso, dove, con l'aiuto di processi, stabiliscono connessioni con altre cellule nervose.

Le cellule nervose morte vengono distrutte dai macrofagi che entrano nel sistema nervoso dal sangue.

Fasi di formazione del tubo neurale nell'embrione umano.

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La natura riserva al cervello in via di sviluppo un margine di sicurezza molto elevato: durante l'embriogenesi si forma un grande eccesso di neuroni. Quasi il 70% di loro...

La pantocalcina è un farmaco che influenza attivamente il metabolismo del cervello, lo protegge dagli effetti dannosi e, prima di tutto, dalla mancanza di ossigeno, ha un effetto inibitorio e allo stesso tempo leggermente attivante sul sistema nervoso centrale (SNC).

Come agisce la pantocalcina sul sistema nervoso centrale

La pantocalcina è un farmaco nootropico, la cui azione principale è associata alle funzioni cognitive (cognitive) del cervello, il farmaco è disponibile in compresse da 250 e 500 mg.

Il principale ingrediente attivo della pantocalcina è l'acido hopantenico, che nella sua composizione chimica e proprietà è simile all'acido gamma-aminobutirrico (GABA), una sostanza biologicamente attiva che può migliorare tutti i processi metabolici nel cervello.

Se assunta per via orale, la pantocalcina viene rapidamente assorbita nel tratto gastrointestinale, si distribuisce attraverso i tessuti ed entra nel cervello, dove penetra...

Il sistema nervoso è la parte più complessa del corpo umano. Comprende circa 85 miliardi di cellule nervose e gliali. Ad oggi, gli scienziati sono stati in grado di studiare solo il 5% dei neuroni. Il restante 95% è ancora un mistero, per questo su queste componenti del cervello umano vengono condotti numerosi studi.

Considera come funziona il cervello umano, vale a dire la sua struttura cellulare.

La struttura di un neurone è composta da 3 componenti principali:

1. Corpo cellulare

Questa parte della cellula nervosa è la parte fondamentale, che comprende il citoplasma e i nuclei, che insieme creano il protoplasma, sulla cui superficie si forma un confine di membrana, costituito da due strati di lipidi. Sulla superficie della membrana ci sono proteine che rappresentano la forma dei globuli.

Le cellule nervose della corteccia sono costituite da corpi contenenti un nucleo, nonché un numero di organelli, inclusa un'area di dispersione a forma ruvida che si sviluppa in modo intensivo ed efficiente con ribosomi attivi.

2. Dendriti e assone

L'assone sembra essere un lungo processo che si adatta efficacemente ai processi eccitatori del corpo umano.

I dendriti hanno una struttura anatomica completamente diversa. La loro principale differenza rispetto all'assone è che hanno una lunghezza molto più breve e sono anche caratterizzati dalla presenza di processi sviluppati in modo anomalo che svolgono le funzioni del sito principale. In quest'area iniziano ad apparire le sinapsi inibitorie, grazie alle quali esiste la capacità di influenzare direttamente il neurone stesso.

Una parte significativa dei neuroni è costituita in gran parte da dendriti, mentre esiste un solo assone. Una cellula nervosa ha molte connessioni con altre cellule. In alcuni casi, il numero di questi collegamenti supera i 25.000.

Una sinapsi è un luogo in cui si forma un processo di contatto tra due cellule. La funzione principale è la trasmissione di impulsi tra cellule diverse, mentre la frequenza del segnale può variare a seconda della velocità e del tipo di trasmissione di questo segnale.

Di norma, per avviare il processo eccitatorio di una cellula nervosa, diverse sinapsi eccitatorie possono fungere da stimoli.

Cos'è il triplo cervello umano

Nel 1962, il neuroscienziato Paul McLean identificò tre cervelli umani, vale a dire:

rettiliano

Questo tipo rettiliano di cervello umano esiste da più di 100 milioni di anni. Ha un impatto significativo sulle qualità comportamentali di una persona. La sua funzione principale è gestire il comportamento di base, che include funzioni come:

Riproduzione basata sugli istinti umani
Aggressione
Desiderio di controllare tutto
Segui determinati schemi
imitare, ingannare
Lotta per l'influenza sugli altri

Inoltre, il cervello rettile umano è caratterizzato da caratteristiche come la compostezza in relazione agli altri, la mancanza di empatia, la completa indifferenza alle conseguenze delle proprie azioni in relazione agli altri. Inoltre, questo tipo non è in grado di riconoscere una minaccia immaginaria con un pericolo reale. Di conseguenza, in alcune situazioni, soggioga completamente la mente e il corpo di una persona.

Emotivo (sistema limbico)

Sembra essere il cervello di un mammifero, la cui età è di circa 50 milioni di anni.

Responsabile di tali caratteristiche funzionali di un individuo come:

Sopravvivenza, autoconservazione e autodifesa
Governa il comportamento sociale, compresa la maternità e la genitorialità
Partecipa alla regolazione delle funzioni degli organi, dell'olfatto, del comportamento istintivo, della memoria, del sonno e della veglia e di molti altri

Questo cervello è quasi completamente identico al cervello degli animali.

Visivo

È il cervello che svolge le funzioni del nostro pensiero. In altre parole, è la mente razionale. È la struttura più giovane, la cui età non supera i 3 milioni di anni.

Sembra essere ciò che chiamiamo ragione, che include capacità come;

meditare
Trarre deduzioni
Capacità di analizzare

Si distingue per la presenza del pensiero spaziale, dove sorgono immagini visive caratteristiche.

Classificazione dei neuroni

Ad oggi sono state distinte numerose classificazioni di cellule neuronali. Una delle classificazioni più comuni dei neuroni si distingue per il numero di processi e il luogo della loro localizzazione, vale a dire:

Multipolare. Queste cellule sono caratterizzate da un grande accumulo nel sistema nervoso centrale. Presentano un assone e diversi dendriti.
Bipolare. Sono caratterizzati da un assone e un dendrite e si trovano nella retina, nel tessuto olfattivo, nonché nei centri uditivo e vestibolare.

Inoltre, a seconda delle funzioni svolte, i neuroni sono divisi in 3 grandi gruppi:

1. Afferente

Responsabile del processo di trasmissione del segnale dai recettori al sistema nervoso centrale. Differiscono in quanto:

Primario. Quelli primari si trovano nei nuclei spinali, che si legano ai recettori.
Secondario. Si trovano nei tubercoli visivi e svolgono le funzioni di trasmissione dei segnali ai dipartimenti sovrastanti. Questo tipo di cellule non si lega ai recettori, ma riceve segnali dalle cellule dei neurociti.

2. Efferente o motore

Questo tipo costituisce la trasmissione dell'impulso ad altri centri e organi del corpo umano. Ad esempio, i neuroni della zona motoria sono piramidali e trasmettono un segnale ai motoneuroni del midollo spinale. Una caratteristica fondamentale dei motoneuroni efferenti è la presenza di un assone di notevole lunghezza, che ha un'elevata velocità di trasmissione del segnale di eccitazione.

Cellule nervose efferenti di diverse sezioni della corteccia cerebrale collegano queste sezioni tra loro. Queste connessioni neurali nel cervello forniscono quindi relazioni all'interno e tra gli emisferi, che sono responsabili del funzionamento del cervello nel processo di apprendimento, riconoscimento degli oggetti, stanchezza, ecc.

3. Inserimento o associativo

Questo tipo esegue l'interazione tra i neuroni, elabora anche i dati trasmessi dalle cellule sensibili e poi li trasmette ad altre cellule nervose intercalari o motorie. Queste cellule sembrano essere più piccole delle cellule afferenti ed efferenti. Gli assoni sono rappresentati in piccola parte, ma la rete di dendriti è piuttosto estesa.

Gli esperti hanno concluso che le cellule nervose immediate localizzate nel cervello sono i neuroni associativi del cervello, mentre il resto regola l'attività del cervello al di fuori di esso.

Le cellule nervose si riprendono

La scienza moderna presta sufficiente attenzione ai processi di morte e ripristino delle cellule nervose. L'intero corpo umano ha la capacità di riprendersi, ma le cellule nervose del cervello hanno questa opportunità?

Anche nel processo del concepimento, il corpo è sintonizzato sulla morte delle cellule nervose.

Numerosi scienziati affermano che il numero di cellule cancellate è di circa l'1% all'anno. Sulla base di questa affermazione, risulta che il cervello si sarebbe già logorato fino alla perdita della capacità di eseguire cose elementari. Tuttavia, questo processo non avviene e il cervello continua a funzionare fino alla morte.

Ogni tessuto del corpo si ripristina indipendentemente dividendo le cellule "viventi". Tuttavia, dopo una serie di studi sulle cellule nervose, le persone hanno scoperto che la cellula non si divide. Si sostiene che le nuove cellule cerebrali si formino come risultato della neurogenesi, che inizia nel periodo prenatale e continua per tutta la vita.

La neurogenesi è la sintesi di nuovi neuroni da precursori - cellule staminali, che successivamente si differenziano e si formano in neuroni maturi.

Tale processo fu descritto per la prima volta nel 1960, ma a quel tempo non era supportato da nulla.

Ulteriori ricerche hanno confermato che la neurogenesi può verificarsi in specifiche regioni del cervello. Una di queste aree è lo spazio attorno ai ventricoli cerebrali. Il secondo sito comprende l'ippocampo, che si trova direttamente vicino ai ventricoli. L'ippocampo svolge le funzioni della nostra memoria, del pensiero e delle emozioni.

Di conseguenza, la capacità di memorizzare e pensare si forma nel processo della vita sotto l'influenza di vari fattori. Come si può notare da quanto sopra, il nostro cervello, sebbene sia stato identificato solo il 5% delle sue strutture, evidenzia ancora una serie di fatti che confermano la capacità di recupero delle cellule nervose.

Conclusione

Non dimenticare che per il pieno funzionamento delle cellule nervose dovresti sapere come migliorare le connessioni neurali del cervello. Molti esperti sottolineano che la principale garanzia di neuroni sani è una dieta e uno stile di vita sani, e solo allora è possibile utilizzare un ulteriore supporto farmacologico.

Organizza il tuo sonno, rinuncia all'alcol, al fumo e alla fine le tue cellule nervose ti ringrazieranno.

Il cervello umano ha una caratteristica sorprendente: è in grado di produrre nuove cellule. C'è un'opinione secondo cui la fornitura di cellule cerebrali è illimitata, ma questa affermazione è lontana dalla verità. Naturalmente, la loro produzione intensiva cade nei primi periodi di sviluppo dell'organismo, con l'età questo processo rallenta, ma non si ferma. Ma questo, sfortunatamente, compensa solo una parte insignificante delle cellule uccise inconsciamente da una persona a causa di abitudini, a prima vista, innocue.

1. Privazione del sonno

Gli scienziati non sono ancora riusciti a confutare la loro teoria del sonno completo, che insiste su 7-9 ore di sonno. È questa durata del processo notturno che consente al cervello di svolgere pienamente il suo lavoro e di attraversare in modo produttivo tutte le fasi “assonnate”. Altrimenti, come dimostrato da studi condotti sui roditori, muore il 25% delle cellule cerebrali responsabili della risposta fisiologica all'ansia e allo stress. Gli scienziati ritengono che un simile meccanismo di morte cellulare a causa della mancanza di sonno funzioni anche negli esseri umani, ma queste sono ancora solo supposizioni che, a loro avviso, potranno essere testate nel prossimo futuro.

2. Fumare

Malattie cardiache, ictus, bronchite cronica, enfisema, cancro: questo non è un elenco completo delle conseguenze negative causate dalla dipendenza dalla sigaretta. Uno studio del 2002 condotto dall’Istituto francese per la salute e la ricerca medica non ha lasciato dubbi sul fatto che il fumo uccide le cellule cerebrali. E sebbene finora gli esperimenti siano stati condotti sui ratti, gli scienziati sono completamente sicuri che questa cattiva abitudine colpisca allo stesso modo le cellule cerebrali umane. Ciò è stato confermato da uno studio condotto da scienziati indiani, a seguito del quale i ricercatori sono riusciti a trovare nelle sigarette un composto pericoloso per il corpo umano, chiamato nitrosoammina chetone derivato dalla nicotina. L'HNK accelera le reazioni dei globuli bianchi nel cervello, inducendoli ad attaccare le cellule cerebrali sane.

3. Disidratazione

Non è un segreto che il corpo umano contenga molta acqua e il cervello non fa eccezione. Il suo costante rifornimento è necessario sia per il corpo nel suo insieme che per il cervello in particolare. Altrimenti si attivano processi che interrompono il funzionamento di interi sistemi e uccidono le cellule cerebrali. Di norma, ciò accade molto spesso dopo aver bevuto alcol, che sopprime il lavoro dell'ormone vasopressina, responsabile della ritenzione dell'acqua nel corpo. Inoltre, può verificarsi disidratazione a causa dell'esposizione prolungata alle alte temperature (ad esempio, esposizione alla luce solare diretta o in una stanza soffocante). Ma il risultato, come nel caso delle bevande forti, può avere un risultato disastroso: la distruzione delle cellule cerebrali. Ciò comporta malfunzionamenti nel sistema nervoso e influisce sulle capacità intellettuali di una persona.

4. Stress

Lo stress è considerato una reazione abbastanza utile del corpo, che viene attivata a seguito della comparsa di ogni possibile minaccia. I principali difensori sono gli ormoni surrenalici (cortisolo, adrenalina e norepinefrina), che mettono il corpo in piena allerta e ne garantiscono così la sicurezza. Ma una quantità eccessiva di questi ormoni (ad esempio, in una situazione di stress cronico), in particolare il cortisolo, può causare la morte delle cellule cerebrali e lo sviluppo di terribili malattie dovute all'immunità indebolita. La distruzione delle cellule cerebrali può portare allo sviluppo di malattie mentali (schizofrenia) e un sistema immunitario indebolito, di norma, è accompagnato dallo sviluppo di disturbi gravi, i più comuni dei quali sono malattie cardiovascolari, cancro e diabete.

5. Droghe

I farmaci sono sostanze chimiche specifiche che distruggono le cellule cerebrali e interrompono i sistemi di comunicazione in esso contenuti. Come risultato dell'azione delle sostanze narcotiche, vengono attivati i recettori che causano la produzione di segnali anomali che causano manifestazioni allucinogene. Questo processo avviene a causa di un forte aumento del livello di alcuni ormoni, che influenza il corpo in due modi. Da un lato, una grande quantità di dopamina, ad esempio, contribuisce all’effetto euforia, ma dall’altro danneggia i neuroni responsabili della regolazione dell’umore. Quanto più questi neuroni sono danneggiati, tanto più difficile è raggiungere uno stato di "beatitudine". Pertanto, il corpo richiede una dose crescente di sostanze narcotiche, sviluppando allo stesso tempo dipendenza.

tessuto nervoso- il principale elemento strutturale del sistema nervoso. IN composizione del tessuto nervoso comprende cellule nervose altamente specializzate - neuroni, E cellule neurogliali svolgere funzioni di sostegno, secretorie e protettive.

Neuroneè l'unità strutturale e funzionale di base del tessuto nervoso. Queste cellule sono in grado di ricevere, elaborare, codificare, trasmettere e archiviare informazioni, stabilire contatti con altre cellule. Le caratteristiche uniche di un neurone sono la capacità di generare scariche bioelettriche (impulsi) e trasmettere informazioni lungo i processi da una cellula all'altra utilizzando terminazioni specializzate -.

Lo svolgimento delle funzioni di un neurone è facilitato dalla sintesi nel suo assoplasma di sostanze-trasmettitori - neurotrasmettitori: acetilcolina, catecolamine, ecc.

Il numero di neuroni cerebrali si avvicina a 10 11 . Un neurone può avere fino a 10.000 sinapsi. Se questi elementi vengono considerati cellule di immagazzinamento delle informazioni, possiamo concludere che il sistema nervoso può immagazzinare 10 19 unità. informazioni, ad es. capace di contenere quasi tutta la conoscenza accumulata dall’umanità. Pertanto, l'idea che il cervello umano ricordi tutto ciò che accade nel corpo e quando comunica con l'ambiente è abbastanza ragionevole. Tuttavia, il cervello non è in grado di estrarre tutte le informazioni in esso memorizzate.

Alcuni tipi di organizzazione neurale sono caratteristici di varie strutture cerebrali. I neuroni che regolano una singola funzione formano i cosiddetti gruppi, insiemi, colonne, nuclei.

I neuroni differiscono per struttura e funzione.

Per struttura(a seconda del numero di processi che si estendono dal corpo cellulare) distinguere unipolare(con un processo), bipolare (con due processi) e multipolare(con molti processi) neuroni.

Secondo le proprietà funzionali allocare afferente(O centripeto) neuroni che trasportano l'eccitazione dai recettori in, efferente, il motore, neuroni motori(o centrifugo), che trasmette l'eccitazione dal sistema nervoso centrale all'organo innervato, e intercalare, contatto O intermedio neuroni che collegano i neuroni afferenti ed efferenti.

I neuroni afferenti sono unipolari, i loro corpi si trovano nei gangli spinali. Il processo che si estende dal corpo cellulare è diviso a forma di T in due rami, uno dei quali va al sistema nervoso centrale e svolge la funzione di un assone, e l'altro si avvicina ai recettori ed è un lungo dendrite.

La maggior parte dei neuroni efferenti e intercalari sono multipolari (Fig. 1). I neuroni intercalari multipolari si trovano in gran numero nelle corna posteriori del midollo spinale e si trovano anche in tutte le altre parti del sistema nervoso centrale. Possono anche essere bipolari, come i neuroni retinali che hanno un dendrite ramificato corto e un assone lungo. I motoneuroni si trovano principalmente nelle corna anteriori del midollo spinale.

Riso. 1. La struttura della cellula nervosa:

1 - microtubuli; 2 - un lungo processo di una cellula nervosa (assone); 3 - reticolo endoplasmatico; 4 - nucleo; 5 - neuroplasma; 6 - dendriti; 7 - mitocondri; 8 - nucleolo; 9 - guaina mielinica; 10 - intercettazione di Ranvier; 11 - la fine dell'assone

neuroglia

neuroglia, O glia, - un insieme di elementi cellulari del tessuto nervoso, formati da cellule specializzate di varie forme.

Fu scoperta da R. Virchow e da lui chiamata neuroglia, che significa "colla nervosa". Le cellule della neuroglia riempiono lo spazio tra i neuroni, rappresentando il 40% del volume del cervello. Le cellule gliali sono 3-4 volte più piccole delle cellule nervose; il loro numero nel sistema nervoso centrale dei mammiferi raggiunge i 140 miliardi, con l'età il numero di neuroni nel cervello umano diminuisce e aumenta il numero di cellule gliali.

È stato stabilito che la neuroglia è correlata al metabolismo nel tessuto nervoso. Alcune cellule neurogliali secernono sostanze che influenzano lo stato di eccitabilità dei neuroni. Si nota che la secrezione di queste cellule cambia in vari stati mentali. I processi di tracce a lungo termine nel sistema nervoso centrale sono associati allo stato funzionale della neuroglia.

Tipi di cellule gliali

In base alla natura della struttura delle cellule gliali e alla loro posizione nel sistema nervoso centrale, si distinguono:

astrociti (astroglia);
oligodendrociti (oligodendroglia);
cellule microgliali (microglia);
Cellule di Schwann.

Le cellule gliali svolgono funzioni di supporto e protezione per i neuroni. Sono inclusi nella struttura. astrociti sono le cellule gliali più numerose, riempiono gli spazi tra i neuroni e li ricoprono. Impediscono la diffusione dei neurotrasmettitori che diffondono dalla fessura sinaptica nel sistema nervoso centrale. Gli astrociti hanno recettori per i neurotrasmettitori, la cui attivazione può causare fluttuazioni nella differenza di potenziale della membrana e cambiamenti nel metabolismo degli astrociti.

Gli astrociti circondano strettamente i capillari dei vasi sanguigni del cervello, situati tra loro e i neuroni. Su questa base, si suggerisce che gli astrociti svolgano un ruolo importante nel metabolismo dei neuroni, regolando la permeabilità capillare per alcune sostanze.

Una delle funzioni importanti degli astrociti è la loro capacità di assorbire gli ioni K+ in eccesso, che possono accumularsi nello spazio intercellulare durante l'elevata attività neuronale. Nelle aree di stretta aderenza degli astrociti si formano canali di giunzione attraverso i quali gli astrociti possono scambiare vari piccoli ioni e, in particolare, ioni K+. Ciò aumenta la loro capacità di assorbire ioni K+. Accumulo incontrollato di ioni K+ nello spazio interneuronale porterebbe ad un aumento dell’eccitabilità dei neuroni. Pertanto, gli astrociti, assorbendo un eccesso di ioni K+ dal liquido interstiziale, impediscono un aumento dell'eccitabilità dei neuroni e la formazione di focolai di maggiore attività neuronale. La comparsa di tali focolai nel cervello umano può essere accompagnata dal fatto che i loro neuroni generano una serie di impulsi nervosi, chiamati scariche convulsive.

Gli astrociti sono coinvolti nella rimozione e distruzione dei neurotrasmettitori che entrano negli spazi extrasinaptici. Pertanto, impediscono l’accumulo di neurotrasmettitori negli spazi interneuronali, che potrebbe portare a disfunzioni cerebrali.

Neuroni e astrociti sono separati da spazi intercellulari di 15-20 µm, chiamati spazio interstiziale. Gli spazi interstiziali occupano fino al 12-14% del volume del cervello. Una proprietà importante degli astrociti è la loro capacità di assorbire CO2 dal fluido extracellulare di questi spazi e quindi di mantenere un'atmosfera stabile pH cerebrale.

Gli astrociti sono coinvolti nella formazione delle interfacce tra il tessuto nervoso e i vasi cerebrali, il tessuto nervoso e le membrane cerebrali nel processo di crescita e sviluppo del tessuto nervoso.

Oligodendrociti caratterizzato dalla presenza di un piccolo numero di processi brevi. Una delle loro funzioni principali è formazione della guaina mielinica delle fibre nervose all'interno del sistema nervoso centrale. Queste cellule si trovano anche in prossimità dei corpi dei neuroni, ma il significato funzionale di questo fatto è sconosciuto.

cellule microgliali costituiscono il 5-20% del numero totale di cellule gliali e sono sparse in tutto il sistema nervoso centrale. È stato stabilito che gli antigeni della loro superficie sono identici agli antigeni dei monociti del sangue. Ciò indica la loro origine dal mesoderma, la penetrazione nel tessuto nervoso durante lo sviluppo embrionale e la successiva trasformazione in cellule microgliali morfologicamente riconoscibili. A questo proposito, è generalmente accettato che la funzione più importante delle microglia sia quella di proteggere il cervello. È stato dimostrato che quando il tessuto nervoso è danneggiato, il numero di cellule fagocitiche aumenta a causa dei macrofagi del sangue e dell'attivazione delle proprietà fagocitiche della microglia. Rimuovono i neuroni morti, le cellule gliali e i loro elementi strutturali, fagocitano le particelle estranee.

Cellule di Schwann formano la guaina mielinica delle fibre nervose periferiche al di fuori del sistema nervoso centrale. La membrana di questa cellula si avvolge ripetutamente e lo spessore della guaina mielinica risultante può superare il diametro della fibra nervosa. La lunghezza delle sezioni mielinizzate della fibra nervosa è 1-3 mm. Negli intervalli tra loro (intercettazioni di Ranvier), la fibra nervosa rimane ricoperta solo da una membrana superficiale dotata di eccitabilità.

Una delle proprietà più importanti della mielina è la sua elevata resistenza alla corrente elettrica. Ciò è dovuto all'alto contenuto di sfingomielina e di altri fosfolipidi nella mielina, che le conferiscono proprietà di isolamento della corrente. Nelle aree della fibra nervosa ricoperte di mielina, il processo di generazione degli impulsi nervosi è impossibile. Gli impulsi nervosi vengono generati solo sulla membrana di intercettazione Ranvier, che fornisce una maggiore velocità di conduzione degli impulsi nervosi nelle fibre nervose mielinizzate rispetto a quelle non mielinizzate.

È noto che la struttura della mielina può essere facilmente disturbata in caso di danni infettivi, ischemici, traumatici e tossici al sistema nervoso. Allo stesso tempo si sviluppa il processo di demielinizzazione delle fibre nervose. Soprattutto spesso la demielinizzazione si sviluppa nella sclerosi multipla. Come risultato della demielinizzazione, la velocità di conduzione degli impulsi nervosi lungo le fibre nervose diminuisce, la velocità di consegna delle informazioni al cervello dai recettori e dai neuroni agli organi esecutivi diminuisce. Ciò può portare a ridotta sensibilità sensoriale, disturbi del movimento, regolazione degli organi interni e altre gravi conseguenze.

Struttura e funzioni dei neuroni

Neurone(cellula nervosa) è un'unità strutturale e funzionale.

La struttura anatomica e le proprietà del neurone ne garantiscono l'implementazione funzioni principali: implementazione del metabolismo, ottenimento di energia, percezione di vari segnali e loro elaborazione, formazione o partecipazione a risposte, generazione e conduzione di impulsi nervosi, combinando i neuroni in circuiti neurali che forniscono sia le reazioni riflesse più semplici che le funzioni integrative più elevate del cervello.

I neuroni sono costituiti da un corpo di cellule nervose e processi: un assone e dendriti.

Riso. 2. Struttura di un neurone

corpo della cellula nervosa

Corpo (pericarione, soma) Il neurone e i suoi processi sono ricoperti interamente da una membrana neuronale. La membrana del corpo cellulare differisce dalla membrana dell'assone e dei dendriti per il contenuto di vari recettori, per la presenza su di essa.

Nel corpo di un neurone c'è un neuroplasma e un nucleo delimitato da esso da membrane, un reticolo endoplasmatico ruvido e liscio, l'apparato di Golgi e i mitocondri. I cromosomi del nucleo dei neuroni contengono un insieme di geni che codificano per la sintesi delle proteine necessarie per la formazione della struttura e l'attuazione delle funzioni del corpo del neurone, dei suoi processi e delle sinapsi. Queste sono proteine che svolgono le funzioni di enzimi, trasportatori, canali ionici, recettori, ecc. Alcune proteine svolgono funzioni nel neuroplasma, mentre altre sono incorporate nelle membrane degli organelli, nel soma e nei processi neuronali. Alcuni di essi, ad esempio gli enzimi necessari per la sintesi dei neurotrasmettitori, vengono consegnati al terminale assonale mediante trasporto assonale. Nel corpo cellulare vengono sintetizzati i peptidi necessari per l'attività vitale degli assoni e dei dendriti (ad esempio i fattori di crescita). Pertanto, quando il corpo di un neurone viene danneggiato, i suoi processi degenerano e collassano. Se il corpo del neurone viene preservato e il processo è danneggiato, si verifica il suo lento recupero (rigenerazione) e il ripristino dell'innervazione dei muscoli o degli organi denervati.

Il sito della sintesi proteica nei corpi dei neuroni è il reticolo endoplasmatico ruvido (granuli tigroidi o corpi di Nissl) o ribosomi liberi. Il loro contenuto nei neuroni è maggiore che nelle cellule gliali o in altre cellule del corpo. Nel reticolo endoplasmatico liscio e nell'apparato del Golgi, le proteine acquisiscono la loro caratteristica conformazione spaziale, vengono smistate e inviate a flussi di trasporto alle strutture del corpo cellulare, dendriti o assoni.

In numerosi mitocondri dei neuroni, a seguito di processi di fosforilazione ossidativa, si forma ATP, la cui energia viene utilizzata per mantenere l'attività vitale del neurone, il funzionamento delle pompe ioniche e per mantenere l'asimmetria delle concentrazioni di ioni su entrambi i lati della membrana. Di conseguenza, il neurone è costantemente pronto non solo a percepire vari segnali, ma anche a rispondere ad essi: la generazione di impulsi nervosi e il loro utilizzo per controllare le funzioni di altre cellule.

Nei meccanismi di percezione di vari segnali da parte dei neuroni prendono parte i recettori molecolari della membrana del corpo cellulare, i recettori sensoriali formati dai dendriti e le cellule sensibili di origine epiteliale. I segnali provenienti da altre cellule nervose possono raggiungere il neurone attraverso numerose sinapsi formate sui dendriti o sul gel del neurone.

Dendriti di una cellula nervosa

Dendriti i neuroni formano un albero dendritico, la natura della ramificazione e la cui dimensione dipendono dal numero di contatti sinaptici con altri neuroni (Fig. 3). Sui dendriti di un neurone ci sono migliaia di sinapsi formate dagli assoni o dai dendriti di altri neuroni.

Riso. 3. Contatti sinaptici dell'interneurone. Le frecce a sinistra mostrano il flusso dei segnali afferenti ai dendriti e al corpo dell'interneurone, a destra la direzione di propagazione dei segnali efferenti dell'interneurone ad altri neuroni

Le sinapsi possono essere eterogenee sia nella funzione (inibitoria, eccitatoria) che nel tipo di neurotrasmettitore utilizzato. La membrana dendritica coinvolta nella formazione delle sinapsi è la loro membrana postsinaptica, che contiene recettori (canali ionici dipendenti dal ligando) per il neurotrasmettitore utilizzato in questa sinapsi.

Le sinapsi eccitatorie (glutamatergiche) si trovano principalmente sulla superficie dei dendriti, dove sono presenti rilievi, o escrescenze (1-2 micron), chiamati spine. Nella membrana delle spine ci sono canali la cui permeabilità dipende dalla differenza di potenziale transmembrana. Nel citoplasma dei dendriti nella regione delle spine sono stati trovati messaggeri secondari di trasduzione del segnale intracellulare, nonché ribosomi, sui quali viene sintetizzata la proteina in risposta ai segnali sinaptici. Il ruolo esatto delle spine rimane sconosciuto, ma è chiaro che aumentano la superficie dell'albero dendritico per la formazione delle sinapsi. Le spine sono anche strutture neuronali per ricevere segnali di input e elaborarli. I dendriti e le spine assicurano la trasmissione delle informazioni dalla periferia al corpo del neurone. La membrana dendritica è polarizzata durante la falciatura a causa della distribuzione asimmetrica degli ioni minerali, del funzionamento delle pompe ioniche e della presenza di canali ionici al suo interno. Queste proprietà sono alla base del trasferimento di informazioni attraverso la membrana sotto forma di correnti circolari locali (elettrotonicamente) che si verificano tra le membrane postsinaptiche e le aree della membrana dendritica ad esse adiacenti.

Le correnti locali, quando si propagano lungo la membrana dei dendriti, si attenuano, ma risultano di entità sufficiente per trasmettere alla membrana del corpo del neurone i segnali che sono arrivati attraverso gli ingressi sinaptici ai dendriti. Nella membrana dendritica non sono stati ancora trovati canali del sodio e del potassio voltaggio-dipendenti. Non ha eccitabilità e la capacità di generare potenziali d'azione. Tuttavia, è noto che il potenziale d'azione derivante dalla membrana della collinetta dell'assone può propagarsi lungo di essa. Il meccanismo di questo fenomeno è sconosciuto.

Si presume che i dendriti e le spine facciano parte delle strutture neurali coinvolte nei meccanismi di memoria. Il numero di spine è particolarmente elevato nei dendriti dei neuroni della corteccia cerebellare, dei gangli della base e della corteccia cerebrale. L'area dell'albero dendritico e il numero delle sinapsi sono ridotti in alcune aree della corteccia cerebrale degli anziani.

assone del neurone

assone - ramo di una cellula nervosa che non si trova in altre cellule. A differenza dei dendriti, il cui numero è diverso per un neurone, l'assone di tutti i neuroni è lo stesso. La sua lunghezza può raggiungere fino a 1,5 M. Nel punto di uscita dell'assone dal corpo del neurone, c'è un ispessimento: il tumulo dell'assone, coperto da una membrana plasmatica, che presto viene ricoperta di mielina. L'area della collinetta dell'assone che non è coperta dalla mielina è chiamata segmento iniziale. Gli assoni dei neuroni, fino ai loro rami terminali, sono ricoperti da una guaina mielinica, interrotta da intercettazioni di Ranvier - aree microscopiche non mielinizzate (circa 1 micron).

Per tutta la lunghezza dell'assone (fibra mielinizzata e non mielinizzata) è ricoperto da una membrana fosfolipidica a doppio strato con molecole proteiche incorporate in essa, che svolgono le funzioni di trasporto ionico, canali ionici voltaggio-dipendenti, ecc. Le proteine sono distribuite uniformemente nella membrana della fibra nervosa non mielinizzata e si trovano nella membrana della fibra nervosa mielinizzata prevalentemente nelle intercetta di Ranvier. Poiché nell'assoplasma non sono presenti reticolo ruvido e ribosomi, è ovvio che queste proteine vengono sintetizzate nel corpo del neurone e consegnate alla membrana dell'assone tramite il trasporto assonale.

Proprietà della membrana che ricopre il corpo e l'assone di un neurone, sono diversi. Questa differenza riguarda principalmente la permeabilità della membrana agli ioni minerali ed è dovuta al contenuto di vario tipo. Se nella membrana del corpo e nei dendriti del neurone prevale il contenuto dei canali ionici dipendenti dal ligando (comprese le membrane postsinaptiche), allora nella membrana dell'assone, specialmente nell'area dei nodi di Ranvier, c'è un'alta densità di tensione canali del sodio e del potassio dipendenti.

La membrana del segmento iniziale dell'assone ha il valore di polarizzazione più basso (circa 30 mV). Nelle zone dell'assone più distanti dal corpo cellulare il valore del potenziale transmembrana è di circa 70 mV. Il basso valore di polarizzazione della membrana del segmento iniziale dell'assone determina che in quest'area la membrana del neurone presenta la maggiore eccitabilità. È qui che i potenziali postsinaptici che sono sorti sulla membrana dei dendriti e sul corpo cellulare a seguito della trasformazione dei segnali di informazione ricevuti dal neurone nelle sinapsi si propagano lungo la membrana del corpo del neurone con l'aiuto di segnali locali correnti elettriche circolari. Se queste correnti provocano la depolarizzazione della membrana della collinetta assonica a un livello critico (E k), allora il neurone risponderà ai segnali provenienti da altre cellule nervose che arrivano ad esso generando il proprio potenziale d'azione (impulso nervoso). L'impulso nervoso risultante viene poi trasportato lungo l'assone verso altre cellule nervose, muscolari o ghiandolari.

Sulla membrana del segmento iniziale dell'assone sono presenti spine su cui si formano le sinapsi inibitorie GABAergiche. L'arrivo di segnali in questo senso da altri neuroni può impedire la generazione di un impulso nervoso.

Classificazione e tipi di neuroni

La classificazione dei neuroni viene effettuata sia in base alle caratteristiche morfologiche che funzionali.

Per il numero di processi si distinguono i neuroni multipolari, bipolari e pseudo-unipolari.

In base alla natura delle connessioni con altre cellule e alla funzione svolta, si distinguono toccare, collegare E il motore neuroni. Tocco i neuroni sono anche chiamati neuroni afferenti e i loro processi sono centripeti. Vengono chiamati i neuroni che svolgono la funzione di trasmettere segnali tra le cellule nervose intercalare, O associativo. I neuroni i cui assoni formano sinapsi sulle cellule effettrici (muscolari, ghiandolari) vengono chiamati neuroni il motore, O efferente, i loro assoni sono detti centrifughi.

Neuroni afferenti (sensoriali). percepiscono le informazioni con i recettori sensoriali, le convertono in impulsi nervosi e le conducono al cervello e al midollo spinale. I corpi dei neuroni sensoriali si trovano nella spinale e nel cranio. Questi sono neuroni pseudounipolari, il cui assone e dendrite partono insieme dal corpo del neurone e poi si separano. Il dendrite segue la periferia degli organi e dei tessuti come parte dei nervi sensoriali o misti, e l'assone come parte delle radici posteriori entra nelle corna dorsali del midollo spinale o come parte dei nervi cranici nel cervello.

Inserimento, O associativi, neuroni eseguire le funzioni di elaborazione delle informazioni in arrivo e, in particolare, garantire la chiusura degli archi riflessi. I corpi di questi neuroni si trovano nella materia grigia del cervello e del midollo spinale.

Neuroni efferenti svolgono anche la funzione di elaborare le informazioni ricevute e di trasmettere gli impulsi nervosi efferenti dal cervello e dal midollo spinale alle cellule degli organi esecutivi (effettori).

Attività integrativa di un neurone

Ogni neurone riceve un'enorme quantità di segnali attraverso numerose sinapsi situate sui suoi dendriti e sul corpo, nonché attraverso i recettori molecolari nelle membrane plasmatiche, nel citoplasma e nel nucleo. Nella segnalazione vengono utilizzati molti tipi diversi di neurotrasmettitori, neuromodulatori e altre molecole di segnalazione. Ovviamente, per poter formare una risposta alla ricezione simultanea di più segnali, il neurone deve essere in grado di integrarli.

Nel concetto è incluso l'insieme di processi che garantiscono l'elaborazione dei segnali in arrivo e la formazione di una risposta neuronale ad essi attività integrativa del neurone.

La percezione e l'elaborazione dei segnali che arrivano al neurone vengono effettuate con la partecipazione dei dendriti, del corpo cellulare e della collinetta assonale del neurone (Fig. 4).

Riso. 4. Integrazione dei segnali da parte di un neurone.

Una delle opzioni per la loro elaborazione e integrazione (somma) è la trasformazione in sinapsi e la somma dei potenziali postsinaptici sulla membrana del corpo e dei processi del neurone. I segnali percepiti vengono convertiti nelle sinapsi in fluttuazioni della differenza di potenziale della membrana postsinaptica (potenziali postsinaptici). A seconda del tipo di sinapsi, il segnale ricevuto può essere convertito in una piccola variazione (0,5-1,0 mV) depolarizzante nella differenza di potenziale (EPSP - le sinapsi sono mostrate nel diagramma come cerchi luminosi) o iperpolarizzante (TPSP - le sinapsi sono mostrate nel diagramma diagramma come cerchi neri). Molti segnali possono arrivare contemporaneamente a diversi punti del neurone, alcuni dei quali vengono trasformati in EPSP, altri in IPSP.

Queste oscillazioni della differenza di potenziale si propagano con l'aiuto di correnti circolari locali lungo la membrana del neurone in direzione della collinetta dell'assone sotto forma di onde di depolarizzazione (nel diagramma bianco) e iperpolarizzazione (nel diagramma nero), sovrapponendosi l'una all'altra (nel diagramma, aree grigie). Con questa sovrapposizione dell'ampiezza delle onde di una direzione, vengono riassunte e quelle opposte vengono ridotte (appianate). Questa somma algebrica della differenza di potenziale attraverso la membrana viene chiamata sommatoria spaziale(Fig. 4 e 5). Il risultato di questa somma può essere la depolarizzazione della membrana della collinetta assonica e la generazione di un impulso nervoso (casi 1 e 2 in Fig. 4), oppure la sua iperpolarizzazione e la prevenzione del verificarsi di un impulso nervoso (casi 3 e 4 in Fig. 4).

Per spostare la differenza di potenziale della membrana della collinetta assonica (circa 30 mV) in Ek, deve essere depolarizzata di 10-20 mV. Ciò porterà all'apertura dei canali del sodio voltaggio-dipendenti presenti in esso e alla generazione di un impulso nervoso. Poiché la depolarizzazione della membrana può raggiungere fino a 1 mV alla ricezione di un AP e la sua trasformazione in EPSP, e tutta la propagazione al collicolo assone è attenuata, la generazione di un impulso nervoso richiede l'invio simultaneo di 40-80 impulsi nervosi da altri neuroni al neurone attraverso le sinapsi eccitatorie e sommando la stessa quantità di EPSP.

Riso. 5. Somma spaziale e temporale dell'EPSP da parte di un neurone; a - EPSP ad un singolo stimolo; e - EPSP a stimolazione multipla da diverse afferenze; c - EPSP per stimolazione frequente attraverso una singola fibra nervosa

Se in questo momento un neurone riceve un certo numero di impulsi nervosi attraverso le sinapsi inibitorie, sarà possibile la sua attivazione e generazione di un impulso nervoso di risposta con un simultaneo aumento del flusso di segnali attraverso le sinapsi eccitatorie. In condizioni in cui i segnali che arrivano attraverso le sinapsi inibitorie causano un'iperpolarizzazione della membrana neuronale, uguale o maggiore della depolarizzazione causata dai segnali che arrivano attraverso le sinapsi eccitatorie, la depolarizzazione della membrana del collicolo dell'assone sarà impossibile, il neurone non genererà impulsi nervosi e diventerà inattivo .

Anche il neurone funziona sommatoria temporale I segnali EPSP e IPTS arrivano quasi contemporaneamente (vedi Fig. 5). I cambiamenti nella differenza di potenziale da essi causati nelle aree quasi sinaptiche possono anche essere riassunti algebricamente, chiamata somma temporale.

Pertanto, ogni impulso nervoso generato da un neurone, così come il periodo di silenzio di un neurone, contiene informazioni ricevute da molte altre cellule nervose. Di solito, maggiore è la frequenza dei segnali che arrivano al neurone da altre cellule, più frequentemente si generano impulsi nervosi di risposta che vengono inviati lungo l'assone ad altre cellule nervose o effettrici.

A causa del fatto che ci sono canali del sodio (anche se in un piccolo numero) nella membrana del corpo del neurone e persino nei suoi dendriti, il potenziale d'azione derivante dalla membrana della collinetta dell'assone può diffondersi al corpo e ad alcune parti del i dendriti del neurone. Il significato di questo fenomeno non è sufficientemente chiaro, ma si presume che il potenziale d'azione propagante appiani momentaneamente tutte le correnti locali sulla membrana, annulli i potenziali e contribuisca a una percezione più efficiente delle nuove informazioni da parte del neurone.

I recettori molecolari prendono parte alla trasformazione e all'integrazione dei segnali che arrivano al neurone. Allo stesso tempo, la loro stimolazione da parte di molecole segnale può portare a cambiamenti nello stato dei canali ionici attivati (da proteine G, secondi mediatori), alla trasformazione dei segnali percepiti in fluttuazioni della differenza di potenziale della membrana neuronale, alla somma e alla formazione di una risposta neuronale sotto forma di generazione di un impulso nervoso o della sua inibizione.

La trasformazione dei segnali da parte dei recettori molecolari metabotropici del neurone è accompagnata dalla sua risposta sotto forma di una cascata di trasformazioni intracellulari. La risposta del neurone in questo caso può essere un'accelerazione del metabolismo generale, un aumento della formazione di ATP, senza il quale è impossibile aumentare la sua attività funzionale. Utilizzando questi meccanismi, il neurone integra i segnali ricevuti per migliorare l'efficienza della propria attività.

Le trasformazioni intracellulari in un neurone, avviate dai segnali ricevuti, spesso portano ad un aumento della sintesi di molecole proteiche che svolgono le funzioni di recettori, canali ionici e trasportatori nel neurone. Aumentando il loro numero, il neurone si adatta alla natura dei segnali in arrivo, aumentando la sensibilità a quelli più significativi e indebolendosi a quelli meno significativi.

La ricezione da parte di un neurone di più segnali può essere accompagnata dall'espressione o dalla repressione di alcuni geni, ad esempio quelli che controllano la sintesi di neuromodulatori di natura peptidica. Poiché vengono consegnati ai terminali assonici del neurone e utilizzati in essi per potenziare o indebolire l'azione dei suoi neurotrasmettitori su altri neuroni, il neurone, in risposta ai segnali che riceve, può, a seconda delle informazioni ricevute, avere un effetto più forte o effetto più debole su altre cellule nervose da esso controllate. Considerando che l'azione modulatrice dei neuropeptidi può durare a lungo, anche l'influenza di un neurone su altre cellule nervose può durare a lungo.

Pertanto, grazie alla capacità di integrare vari segnali, il neurone può rispondere ad essi in modo sottile con un'ampia gamma di risposte che gli permettono di adattarsi efficacemente alla natura dei segnali in arrivo e di utilizzarli per regolare le funzioni di altre cellule.

circuiti neurali

I neuroni del sistema nervoso centrale interagiscono tra loro, formando varie sinapsi nel punto di contatto. Le schiume neurali risultanti aumentano notevolmente la funzionalità del sistema nervoso. I circuiti neurali più comuni includono: circuiti neurali locali, gerarchici, convergenti e divergenti con un input (Fig. 6).

Circuiti neurali locali formato da due o più neuroni. In questo caso, uno dei neuroni (1) darà il suo collaterale assonale al neurone (2), formando una sinapsi assosomatica sul suo corpo, e il secondo formerà una sinapsi assonomica sul corpo del primo neurone. Quelli locali possono fungere da trappole in cui gli impulsi nervosi possono circolare a lungo in un cerchio formato da diversi neuroni.

La possibilità di circolazione a lungo termine di un'onda di eccitazione (impulso nervoso), che una volta si verificava a causa della trasmissione ma con struttura ad anello, è stata dimostrata sperimentalmente dal professor I.A. Vetokhin negli esperimenti sull'anello nervoso delle meduse.

La circolazione circolare degli impulsi nervosi lungo i circuiti neurali locali svolge la funzione di trasformazione del ritmo di eccitazione, offre la possibilità di un'eccitazione prolungata dopo la cessazione dei segnali che arrivano loro e partecipa ai meccanismi di memorizzazione delle informazioni in arrivo.

I circuiti locali possono anche svolgere una funzione di frenatura. Un esempio di ciò è l'inibizione ricorrente, che si realizza nel più semplice circuito neurale locale del midollo spinale, formato dall'a-motoneurone e dalla cellula di Renshaw.

Riso. 6. I circuiti neurali più semplici del SNC. Descrizione nel testo

In questo caso, l'eccitazione che si è verificata nel motoneurone si diffonde lungo il ramo dell'assone, attiva la cellula di Renshaw, che inibisce l'a-motoneurone.

catene convergenti sono formati da più neuroni, su uno dei quali (solitamente efferente) convergono o convergono gli assoni di numerose altre cellule. Tali circuiti sono ampiamente distribuiti nel sistema nervoso centrale. Ad esempio, gli assoni di molti neuroni nei campi sensoriali della corteccia convergono sui neuroni piramidali della corteccia motoria primaria. Gli assoni di migliaia di neuroni sensoriali e intercalari di vari livelli del sistema nervoso centrale convergono sui motoneuroni delle corna ventrali del midollo spinale. I circuiti convergenti svolgono un ruolo importante nell'integrazione dei segnali da parte dei neuroni efferenti e nel coordinamento dei processi fisiologici.

Catene divergenti con un ingresso sono formati da un neurone con un assone ramificato, ciascuno dei cui rami forma una sinapsi con un'altra cellula nervosa. Questi circuiti svolgono la funzione di trasmettere simultaneamente segnali da un neurone a molti altri neuroni. Ciò è ottenuto grazie alla forte ramificazione (formazione di diverse migliaia di rami) dell'assone. Tali neuroni si trovano spesso nei nuclei della formazione reticolare del tronco cerebrale. Forniscono un rapido aumento dell'eccitabilità di numerose parti del cervello e la mobilitazione delle sue riserve funzionali.

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Ma per lui rimane ancora il mistero più grande come funziona il suo cervello, come, con l'aiuto di normali impulsi elettrici e di un piccolo insieme di neurotrasmettitori, il sistema nervoso non solo coordina il lavoro di miliardi di cellule del corpo, ma fornisce anche il capacità di apprendere, pensare, ricordare, sperimentare la più ampia gamma di emozioni. .

Per comprendere questi processi, una persona deve, prima di tutto, capire come funzionano le singole cellule nervose (neuroni).

Il mistero più grande: come funziona il cervello

Reti elettriche viventi

Secondo stime approssimative, Ci sono più di 100 miliardi di neuroni nel sistema nervoso umano. Tutte le strutture di una cellula nervosa sono focalizzate sull'esecuzione del compito più importante per il corpo: ricevere, elaborare, condurre e trasmettere informazioni codificate sotto forma di segnali elettrici o chimici (impulsi nervosi).

Il neurone consiste da un corpo con un diametro da 3 a 100 micron, contenente un nucleo, un apparato sviluppato per la sintesi proteica e altri organelli, nonché processi: un assone e diversi, di regola, dendriti ramificati. La lunghezza degli assoni di solito supera notevolmente la dimensione dei dendriti, in alcuni casi raggiungendo decine di centimetri o addirittura metri.

Ad esempio, l'assone del calamaro gigante è spesso circa 1 mm e lungo diversi metri; gli sperimentatori non hanno mancato di trarre vantaggio da un modello così conveniente e gli esperimenti con i neuroni dei calamari sono serviti a chiarire il meccanismo di trasmissione degli impulsi nervosi.

All'esterno, la cellula nervosa è circondata da una membrana (citolemma), che non solo garantisce lo scambio di sostanze tra la cellula e l'ambiente, ma è anche in grado di condurre un impulso nervoso.

Il fatto è che tra la superficie interna della membrana neuronale e l'ambiente esterno, la differenza di potenziale elettrico viene costantemente mantenuta. Ciò è dovuto al lavoro delle cosiddette "pompe ioniche" - complessi proteici che trasportano attivamente ioni potassio e sodio caricati positivamente attraverso la membrana.

Un tale trasferimento attivo, così come la diffusione passiva costante degli ioni attraverso i pori della membrana, a riposo provocano una carica negativa rispetto all'ambiente esterno sul lato interno della membrana neuronale.

Se la stimolazione di un neurone supera un certo valore soglia, nel punto di stimolazione si verificano una serie di cambiamenti chimici ed elettrici (un afflusso attivo di ioni sodio nel neurone e un cambiamento a breve termine nella carica dal lato interno del neurone). la membrana da negativo a positivo), che si diffonde in tutta la cellula nervosa.

A differenza di una semplice scarica elettrica, che, a causa della resistenza del neurone, si indebolirà gradualmente e riuscirà a coprire solo una breve distanza, l'impulso nervoso nel processo di propagazione viene costantemente ripristinato.

Le principali funzioni di una cellula nervosa sono:

percezione degli stimoli esterni (funzione recettoriale),
il loro trattamento (funzione integrativa),
trasmissione di influenze nervose ad altri neuroni o vari organi funzionanti (funzione effettrice).

I dendriti – gli ingegneri li chiamerebbero “ricevitori” – inviano impulsi al corpo della cellula nervosa, mentre l’assone – il “trasmettitore” – va dal suo corpo ai muscoli, alle ghiandole o ad altri neuroni.

Nella zona di contatto

L'assone ha migliaia di rami che si estendono ai dendriti di altri neuroni. Viene chiamata la zona di contatto funzionale tra assoni e dendriti sinapsi.

Più sinapsi su una cellula nervosa, più stimoli diversi vengono percepiti e, di conseguenza, più ampia è la sfera di influenza sulla sua attività e la possibilità di partecipazione della cellula nervosa a varie reazioni del corpo. Sui corpi dei grandi motoneuroni del midollo spinale possono esserci fino a 20mila sinapsi.

La sinapsi converte i segnali elettrici in segnali chimici e viceversa. Il trasferimento dell'eccitazione viene effettuato con l'aiuto di sostanze biologicamente attive - neurotrasmettitori (acetilcolina, adrenalina, alcuni aminoacidi, neuropeptidi, ecc.). DIsono contenuti in vescicole speciali situate alle terminazioni degli assoni - la parte presinaptica.

Quando l'impulso nervoso raggiunge la parte presinaptica, i neurotrasmettitori vengono rilasciati nella fessura sinaptica, si legano ai recettori situati sul corpo o ai processi del secondo neurone (parte postsinaptica), che porta alla generazione di un segnale elettrico - il potenziale postsinaptico.

L'entità del segnale elettrico è direttamente proporzionale alla quantità del neurotrasmettitore.

Alcune sinapsi causano la depolarizzazione dei neuroni, altre l'iperpolarizzazione; i primi sono eccitatori, i secondi inibitori.

Dopo la cessazione del rilascio del mediatore, i suoi residui vengono rimossi dalla fessura sinaptica e i recettori della membrana postsinaptica ritornano al loro stato originale. Il risultato della somma di centinaia e migliaia di impulsi eccitatori e inibitori, che fluiscono simultaneamente al neurone, determina se genererà un impulso nervoso in un dato momento.

Neurocomputer

Un tentativo di modellare i principi di funzionamento delle reti neurali biologiche ha portato alla creazione di un dispositivo di elaborazione delle informazioni come neurocomputer .

A differenza dei sistemi digitali, che sono combinazioni di unità di elaborazione e di memoria, i neuroprocessori contengono memoria distribuita in connessioni (una sorta di sinapsi) tra processori molto semplici, che formalmente possono essere chiamati neuroni.

I neurocomputer non programmano nel senso tradizionale del termine, ma si "allenano" regolando l'efficienza di tutte le connessioni "sinaptiche" tra i "neuroni" che li compongono.

Le principali aree di applicazione dei neurocomputer, i loro sviluppatori vedono:

riconoscimento di immagini visive e sonore;
previsioni economiche, finanziarie, politiche;
controllo in tempo reale dei processi produttivi, missili, aerei;
ottimizzazione nella progettazione di dispositivi tecnici, ecc.

“La testa è un oggetto oscuro…”

I neuroni possono essere divisi in tre grandi gruppi:

recettore,
intermedio,
effettore.

Neuroni recettori fornire input alle informazioni sensoriali del cervello. Trasformano i segnali ricevuti dagli organi di senso (segnali ottici nella retina, segnali acustici nella coclea, segnali olfattivi nei chemocettori del naso, ecc.) in impulsi elettrici dei loro assoni.

neuroni intermedi effettuare l'elaborazione delle informazioni ricevute dai recettori e generare segnali di controllo per gli effettori. I neuroni di questo gruppo formano il sistema nervoso centrale (SNC).

neuroni effettori trasmettere i segnali che pervengono agli organi esecutivi. Il risultato dell'attività del sistema nervoso è l'una o l'altra attività, che si basa sulla contrazione o sul rilassamento dei muscoli o sulla secrezione o sulla cessazione della secrezione delle ghiandole. È con il lavoro dei muscoli e delle ghiandole che è collegato ogni modo della nostra autoespressione.

Se i principi di funzionamento dei neuroni recettori ed effettori sono più o meno chiari agli scienziati, allora lo stadio intermedio in cui il corpo “digerisce” le informazioni in arrivo e decide come rispondere ad esse è comprensibile solo a livello dei più semplici archi riflessi .

Nella maggior parte dei casi, il meccanismo neurofisiologico con cui si formano alcune reazioni rimane un mistero. Non per niente nella letteratura scientifica divulgativa il cervello umano viene spesso paragonato ad una “scatola nera”.

“... 30 miliardi di neuroni vivono nella tua testa, immagazzinando le tue conoscenze, abilità, esperienza di vita accumulata. Dopo 25 anni di riflessione, questo fatto non mi sembra meno sorprendente di prima.Il film più sottile, costituito da cellule nervose, vede, sente, crea la nostra visione del mondo. È semplicemente incredibile!Godersi il calore di una giornata estiva e sognare audaci per il futuro: tutto è creato da queste cellule ... Non esiste nient'altro: nessuna magia, nessuna salsa speciale, solo neuroni che eseguono una danza informativa ", ha scritto il famoso sviluppatore di computer, fondatore di il Redwood Institute, nel suo libro“ On Intelligence ”. Institute of Neurology (USA) Jeff Hawkins.

Per più di mezzo secolo, migliaia di neurofisiologi in tutto il mondo hanno cercato di comprendere la coreografia di questa "danza dell'informazione", ma oggi se ne conoscono solo le singole figure e i passi, che non consentono di creare una teoria universale del funzionamento di il cervello.

Va notato che molti lavori nel campo della neurofisiologia sono dedicati al cosiddetto "localizzazione funzionale" – scoprire quale neurone, gruppo di neuroni o un’intera area del cervello si attiva in determinate situazioni.

Ad oggi, è stata accumulata un'enorme quantità di informazioni su quali neuroni negli esseri umani, nei ratti e nelle scimmie vengono attivati selettivamente quando osservano vari oggetti, inalano feromoni, ascoltano musica, imparano poesie, ecc.

È vero, a volte tali esperimenti sembrano alquanto curiosi. Così, negli anni '70 del secolo scorso, uno dei ricercatori trovò “neuroni coccodrillo verde” nel cervello di un ratto: queste cellule si attivarono quando un animale che correva attraverso un labirinto, tra gli altri oggetti, si imbatté in un piccolo coccodrillo verde giocattolo già familiare.

E un altro scienziato in seguito ha individuato un neurone nel cervello umano che “reagisce” a una fotografia del presidente degli Stati Uniti Bill Clinton.

Tutti questi dati supportano la teoria che i neuroni nel cervello sono specializzati, ma non spiegano in alcun modo perché e come avviene questa specializzazione.

Gli scienziati comprendono i meccanismi neurofisiologici dell'apprendimento e della memoria solo in termini generali. Si presume che nel processo di memorizzazione delle informazioni si formino nuovi contatti funzionali tra i neuroni della corteccia cerebrale.

In altre parole, le sinapsi sono la “traccia” neurofisiologica della memoria. Più nuove sinapsi nascono, più “ricca” è la memoria dell'individuo. Una tipica cellula della corteccia cerebrale forma diverse (fino a 10) migliaia di sinapsi. Tenendo conto del numero totale di neuroni corticali, risulta che qui possono formarsi centinaia di miliardi di contatti funzionali!

Sotto l'influenza di qualsiasi sensazione, pensiero o emozione si verifica ricordo- l'eccitazione dei singoli neuroni attiva l'intero insieme responsabile della memorizzazione di questa o quella informazione.

Nel 2000 il farmacologo svedese Arvid Carlsson e i neuroscienziati americani Paul Greengard ed Eric Kendel hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisiologia e la medicina per le loro scoperte sulla "segnalazione nel sistema nervoso".

Gli scienziati lo hanno dimostrato la memoria della maggior parte degli esseri viventi funziona grazie all'azione dei cosiddetti neurotrasmettitori – dopamina, norepinefrina e serotonina, il cui effetto, a differenza dei neurotrasmettitori classici, non si sviluppa in millisecondi, ma in centinaia di millisecondi, secondi e persino ore. Questo è esattamente ciò che determina il loro effetto modulante a lungo termine sulle funzioni delle cellule nervose, il loro ruolo nella gestione degli stati complessi del sistema nervoso: ricordi, emozioni, stati d'animo.

È inoltre da notare che il valore del segnale generato sulla membrana postsinaptica può essere diverso anche a parità di valore del segnale iniziale che raggiunge la parte presinaptica. Queste differenze sono determinate dalla cosiddetta efficienza, o peso, della sinapsi, che può cambiare durante il funzionamento del contatto interneuronale.

Secondo molti ricercatori, anche la modifica dell’efficienza delle sinapsi gioca un ruolo importante nel funzionamento della memoria. È possibile che le informazioni utilizzate frequentemente da una persona siano archiviate in reti neurali collegate da sinapsi altamente efficienti e quindi vengano "ricordate" rapidamente e facilmente. Allo stesso tempo, le sinapsi coinvolte nell'immagazzinamento di dati secondari, raramente "recuperati", sembrano essere caratterizzate da una bassa efficienza.

Eppure si stanno riprendendo!

Uno dei problemi più interessanti dal punto di vista medico nelle neuroscienze è capacità di rigenerare il tessuto nervoso. È noto che le fibre tagliate o danneggiate dei neuroni del sistema nervoso periferico, circondate da un neurilemma (guaina di cellule specializzate), possono rigenerarsi se il corpo cellulare viene conservato intatto. Al di sotto del sito di sezione, il neurilemma è conservato come struttura tubolare e quella parte dell'assone che rimane connessa al corpo cellulare cresce lungo questo tubo fino a raggiungere la terminazione nervosa. Pertanto, la funzione del neurone danneggiato viene ripristinata.

Gli assoni nel sistema nervoso centrale non sono circondati da un neurilemma e quindi, apparentemente, non sono in grado di germogliare nuovamente al posto della precedente terminazione.

Allo stesso tempo, fino a poco tempo fa, i neurofisiologi credevano che nuovi neuroni non si formassero nel sistema nervoso centrale durante la vita di una persona.

“Le cellule nervose non si rigenerano!” ci hanno avvertito gli scienziati. Si presumeva che il mantenimento del sistema nervoso in uno “stato lavorativo” anche in caso di malattie gravi e lesioni fosse dovuto alla sua eccezionale plasticità: le funzioni dei neuroni morti vengono rilevate dai loro “colleghi” sopravvissuti, che aumentano di dimensioni e formare nuove connessioni.

L'efficacia elevata, ma non illimitata, di tale compensazione può essere illustrata dall'esempio del morbo di Parkinson, in cui si verifica la morte graduale dei neuroni. Si scopre che fino alla morte di circa il 90% dei neuroni nel cervello, i sintomi clinici della malattia (tremore degli arti, andatura instabile, demenza) non compaiono, cioè la persona sembra praticamente sana. Si scopre che una cellula nervosa vivente può sostituire funzionalmente nove cellule morte!

È ormai dimostrato che nel cervello dei mammiferi adulti avviene la formazione di nuove cellule nervose (neurogenesi). Già nel 1965 è stato dimostrato che nuovi neuroni compaiono regolarmente nei ratti adulti nell'ippocampo, la regione del cervello responsabile delle prime fasi dell'apprendimento e della memoria.

Quindici anni dopo, gli scienziati hanno dimostrato che nuove cellule nervose compaiono nel cervello degli uccelli per tutta la vita. Tuttavia, gli studi sul cervello dei primati adulti per la neurogenesi non hanno dato risultati incoraggianti.

Solo circa 10 anni fa, gli scienziati americani hanno sviluppato una tecnica che ha dimostrato che nuovi neuroni vengono prodotti dalle cellule staminali neuronali nel cervello delle scimmie per tutta la vita. I ricercatori hanno iniettato negli animali una speciale sostanza etichettante (bromodiossiuridina), che era inclusa nel DNA solo delle cellule in divisione.

Si è così scoperto che nuove cellule iniziarono a moltiplicarsi nella zona subventricolare e da lì migrarono nella corteccia, dove maturarono fino allo stato adulto. Nuovi neuroni sono stati trovati in aree del cervello associate alle funzioni cognitive e non sono apparsi in aree che implementano un livello di analisi più primitivo.

Per questo motivo gli scienziati lo hanno ipotizzato nuovi neuroni possono essere importanti per l’apprendimento e la memoria.

A favore di questa ipotesi parla anche quanto segue: una grande percentuale di nuovi neuroni muore nelle prime settimane dopo la loro nascita; tuttavia, in quelle situazioni in cui si verifica l'apprendimento costante, la percentuale di neuroni sopravvissuti è molto più elevata rispetto a quando "non sono richiesti" - quando l'animale viene privato dell'opportunità di formare una nuova esperienza.

Ad oggi sono stati stabiliti meccanismi universali di morte neuronale in varie malattie:

1) un aumento del livello di radicali liberi e danno ossidativo alle membrane neuronali;

2) interruzione dell'attività dei mitocondri dei neuroni;

3) effetto negativo dell'eccesso di neurotrasmettitori eccitatori glutammato e aspartato, che porta all'iperattivazione di recettori specifici, eccessivo accumulo di calcio intracellulare, sviluppo di stress ossidativo e morte neuronale (fenomeno di eccitotossicità).

Basato su questo, come farmaci - neuroprotettori in neurologia utilizzano:

preparati con proprietà antiossidanti (vitamine E e C, ecc.),
correttori della respirazione tissutale (coenzima Q10, acido succinico, riboflavini, ecc.),
così come i bloccanti dei recettori del glutammato (memantina, ecc.).

Più o meno nello stesso periodo, è stata confermata la possibilità della comparsa di nuovi neuroni dalle cellule staminali nel cervello adulto: uno studio patoanatomico su pazienti che hanno ricevuto bromodiossiuridina durante la loro vita per scopi terapeutici ha mostrato che i neuroni contenenti questa sostanza marcante si trovano in quasi tutte le parti del cervello, compresa la corteccia cerebrale.

Questo fenomeno viene studiato in modo approfondito con l'obiettivo di curare varie malattie neurodegenerative, in primo luogo il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson, che sono diventati un vero flagello per la popolazione "invecchiata" dei paesi sviluppati.

Negli esperimenti di trapianto vengono utilizzate sia cellule staminali neuronali, che si trovano attorno ai ventricoli del cervello sia nell'embrione che nell'adulto, e cellule staminali embrionali che possono trasformarsi in quasi tutte le cellule del corpo.

Purtroppo oggi i medici non riescono a risolvere il principale problema legato al trapianto di cellule staminali neuronali: la loro riproduzione attiva nel corpo del ricevente nel 30-40% dei casi porta alla formazione di tumori maligni.

Nonostante ciò, gli esperti non perdono l’ottimismo e definiscono il trapianto di cellule staminali uno degli approcci più promettenti nel trattamento delle malattie neurodegenerative.pubblicato . Se hai domande su questo argomento, chiedile agli specialisti e ai lettori del nostro progetto .

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