Дендриты и их роль в нейронных процессах

Методы нейровизуализации

Итак, это:

1) ЭЭГ, МЭГ, введение электродов и магнитная стимуляция.

Снятие электрического потенциала посредством электродов и ЭЭГ. Введение в живой мозг электродов, позволяет нам регистрировать электрическую активность одного нейрона или какой-либо области. На людях такой метод изучения обычно удается использовать довольно редко. Электроэнцефалография (ЭЭГ, EEG) же является неинвазивным методом – запись ЭЭГ производится путем наложения поверхностных электродов на кожу головы, следовательно, этот метод обладает массой ограничений, например, есть трудности с локализацией потенциалов. Те волны, мозговые ритмы, которые мы можем наблюдать на графике – лишь разности электрических потенциалов, показывающие то, как они изменялись со временем. При электроэнцефалографии непрерывно записывается суммарный уровень электрической активности и строится график, на основе этих данных, отражающий изменение активности во времени. Возможна также стимуляция определенных областей мозга, например, так можно определить какая часть мозга отвечает за моторную активность рук, ног и т.д. Помимо электродов, можно стимулировать мощным магнитным импульсом. Есть также метод МЭГ (магнитоэнцефалография, MEG) – он более точен, чем ЭЭГ, но обладает своими ограничениями. При ЭЭГ записывается электрическое напряжение, снятое непосредственно с кожи головы, при МЭГ – слабые магнитные поля, образуемые электрической активностью (контакта с кожей головы не требуется). Мы также можем стимулировать участки посредством магнитной стимуляции, неинвазивно разумеется, но этот метод тоже имеет массу ограничений.

2) МРТ, КТ

Есть также МРТ (магнитно-резонансная томография, MRI) и КТ (рентгеновская компьютерная томография). Правда МРТ поможет нам лишь посмотреть на структуру мозга. Запечатлеть различия в плотности тканей. С помощью МРТ и КТ невозможно узнать, какие нейроны активны.

3) ПЭТ, фМРТ

Мы сможем это узнать, если посмотрим, какие нейроны потребляют кислород или глюкозу – активный нейрон должен чем-то питаться, потреблять энергию. Это стало возможным с появлением ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография, PET) и фМРТ (функциональная МРТ, fMRI). Они позволяют замерять скорость кровотока, а также метаболизм глюкозы и кислорода в тканях мозга. ФМРТ измеряет уровень кислорода (blood-oxygen-level-dependent (BOLD)) и скорость кровотока (cerebral blood flow (CBF)), ПЭТ – распад глюкозы с радиоактивной меткой, которая перед этим вводится в организм. Для фМРТ вводить отмеченные вещества в организм не требуется. Функциональные методы (ПЭТ,фМРТ) позволяют, например, узнать какой участок мозга активируется, когда человек рассматривает, к примеру, чье-то лицо.

 Другие методы изучения функциональных аспектов мозга

Также можно изучать функциональное назначение участков мозга, попросту удалив их хирургическим путем, либо изучив людей, которые перенесли серьезные травмы, связанные с поражением этих участков. Методы, не связанные с архитектурой и точной локализацией функциональных частей, позволяют, например, изучать функциональную роль различных нейромедиаторов, при помощи химических веществ, связывающихся с определенными рецепторами. Изучению когнитивных функций и расстройств (то есть связанных с функциями сознания), также способствует изучение определенных галлюциногенов. Вообще изучение различных психических расстройств также позволяет нам больше узнать о сознании, хотя и точные причины этих расстройств, затрагивающих когнитивные способности, до сих пор неясны.

Длинный отросток аксон

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Как было сказано выше, аксон, тело и дендриты — это основные части нейрона. Аксон у взрослой нервной клетки всегда один. Как правило, он начинается от сомы, однако в некоторых случаях он может расти от одного из дендритов. Аксон имеет конусообразную форму, то есть постепенно сужается к своему концу. Вдоль всего отростка имеются перетяжки, которые называются узлами Ранвьера. Внутри отростка находится цитоплазма, которая имеет набор органоидов, отличный от сомы.

Говоря о длине аксона, следует отметить, что большинство нейронов обладают отростками всего в несколько миллиметров длиной, однако, аксоны спинного мозга могут достигать метровой длины. Главная его функция — передача нервного импульса, которую он выполняет со скоростью более 27 м/с.

Взаимодействие с нейромедиаторами

Нейроны разного местонахождения общаются между собой с помощью электрических импульсов химической природы. Так, что же лежит в основе их образования? Существуют так называемые нейромедиаторы (нейротрансмиттеры) – сложные химические соединения. На поверхности аксона располагается нервный синапс – контактная поверхность. С одной стороны находится пресинаптическая щель, а с другой – постсинаптическая. Между ними находится щель – это и есть синапс. На пресинаптической части рецептора располагаются мешочки (везикулы), содержащие определенное количество нейромедиаторов (квант).

Когда импульс подходит к первой части синапса, инициируется сложный биохимический каскадный механизм, в результате которого мешочки с медиаторами вскрываются, и кванты веществ-посредников плавно вытекают в щель. На этом этапе импульс исчезает, и появляется вновь только тогда, когда нейромедиаторы достигают постсинаптической щели. Тогда снова активируются биохимические процессы с открытиями ворот для медиаторов и те, действуя на мельчайшие рецепторы, преобразуются в электрический импульс, идущий далее в глубины нервных волокон.

Между тем выделяют разные группы этих самых нейромедиаторов, а именно:

  • Тормозные нейромедиаторы – группа веществ, осуществляющие тормозное действие на возбуждение. К ним относят: гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК);
  • глицин.

Возбуждающие медиаторы:

  • ацетилхолин;

дофамин;
серотонин;
норадреналин;
адреналин.

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Коингибирующие факторы

Коингибирующими факторами называются сложные белковые молекулы, которые являются регуляторами интенсивности иммунной реакции. Это значит, что они способны блокировать фагоцитоз или некоторую фазу иммунного ответа. Однако пока о них известно немного. Они представлены в большом количестве на мембране. Но функции дендритных клеток выполняются благодаря наличию и коингибирующих факторов, и ПРМ.

Важно  Современный взгляд на шизотипическое расстройство личности: как снять диагноз

Первые способны блокировать и сигнал от ПРМ, если расценивают, что иммунный ответ будет направлен против собственных тканей. Отчасти именно сбой коингибирующих факторов может стать причиной развития антигенной толерантности иммунитета к опухолевым клеткам. Причем последующие популяции дендроцитов будут наследовать это свойство.

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Пациенту с ослабленным иммунитетом или с онкологическим поражением может понадобиться дополнительное введение агрессивных дендроцитов без многочисленных коингибирующих факторов. Потому лечение дендритными клетками имеет хорошие шансы помочь организму выработать активный противоопухолевый иммунитет. Это будет означать гибель опухоли, так как скорость размножения их клеток не может и близко сравниться с таковой у иммунных клеток после аффинажа.

Нейронная теория строения мозга

Структурно-функциональные элементы центральной системы – глиальные клетки и нейроны. Первые количественно преобладают, хотя на них возлагается решение вспомогательных, второстепенных задач. Нейроны способны выполнять много операций. Они вступают во взаимодействие друг с другом, формируют связи, принимают, обрабатывают, кодируют и передают нервные импульсы, хранят информацию.

Нейроглия выполняет опорную, разграничительную и защитную (иммунологическую) функцию в отношении нейронов, отвечает за их питание. В случае повреждения участка нервной ткани, глиальные клетки восполняют утраченные элементы для воссоздания целостности мозговой структуры. Количество нейронов в составе ЦНС равняется около 65-100 млрд. Клетки головного мозга образуют нейронные сети, охватывающие все отделы тела человека.

Передача данных в рамках сети осуществляется при помощи импульсов – электрических разрядов, которые генерируются клетками нервной ткани. Считается, что число нейронов, которые находятся в мозге человека, не изменяется в течение жизни, если не брать в расчет ситуации, когда в силу определенных причин (нейродегенеративные процессы, механические повреждения мозговых структур) происходит их гибель и уменьшение количества.

Необратимое повреждение участка нервной ткани сопровождается неврологическими нарушениями – судорогами, эпилептическими приступами, расстройством тактильного восприятия, слуха и зрения. Человек утрачивает способность чувствовать, разговаривать, мыслить, двигаться. Развитие интеллектуальных способностей человека отождествляется с увеличением количества нейронных связей в мозге при неизменной численности нейронов.

Нейромедиаторы вступают во взаимодействие с рецепторами, провоцируя процессы возбуждения или торможения. Нейроны образуют группы, ансамбли, колонки с учетом расположения в определенном отделе головного мозга, в зависимости от того, сколько и какие функции выполняют в процессе жизнедеятельности человека. К примеру, ансамбль корковых структур может состоять из сотни нервных клеток, которые включают:

  1. Клетки, получающие сигналы из подкорковых отделов (к примеру, от ядер таламуса – сенсорных или двигательных).
  2. Клетки, принимающие сигналы из других отделов коры.
  3. Клетки локальных сетей, формирующие вертикальные колонки.
  4. Клетки, отправляющие сигналы обратно к таламусу, другим участкам коры, элементам лимбической системы.

Синапс – место, где происходит биоэлектрический контакт между двумя клетками и передача информации благодаря преобразованию электрического импульса в химический сигнал и затем снова в электрический. Подобные трансформации протекают в синапсе при переходе нервного импульса через пресинаптическую мембрану, синаптическую щель и постсинаптическую мембрану.

Передача импульса возможна между отдельными нейронами или нейроном и эффекторной клеткой (клеткой органа, который исполняет задачу, закодированную в сигнале). Классификация синапсов предполагает разделение по критериям:

  • Месторасположение (центральная, периферическая системы).
  • Тип действия (возбуждение, торможение).
  • Вид нейромедиатора, участвующего в процессе передачи сигнала (холинергический, адренергический, серотонинергический).

Нервные клетки, отвечающие за моторную активность, могут создавать тысячи синаптических контактов. Синапсы, формирующиеся на дендритах, количественно преобладают. Меньше синаптических связей образуется на аксонах. В процессе активации одних клеток, происходит торможение других. В результате человек может сосредоточиться на конкретной мысли или выполнить произвольное движение.

Мозг. Нейронная фабрика

Фразу «нервные клетки не восстанавливаются» мы произносим в диалогах, намекая собеседнику, что не стоит так переживать. Но каково ее происхождение? Более 100 лет ученые считали, что нейрон не способен к делению. И, согласно этим воззрениям, при его гибели в мозге навсегда оставалось пустое место. Стресс же, как известно, губителен для нервных клеток. Так что же получается — чем больше нервничаешь, тем больше «дырок» в нервной системе?

Ясли для нервных клеток

Если бы нервные клетки пропадали из мозга безвозвратно, то, наверное, Земля не увидела бы расцвета цивилизации. Человек растерял бы свои клеточные ресурсы до приобретения каких-либо навыков. Нейроны — очень «нежные» создания и легко разрушаются от неблагоприятных воздействий. Считается, что ежедневно мы теряем 200 000 нейронов. Это немного, но тем не менее с годами нехватка может сказаться на состоянии здоровья, если потери окажутся невосполнимы. Однако этого не происходит.

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Наблюдение ученых о невозможности деления нервных клеток было совершенно верным. Но дело в том, что природа нашла другой способ восстановления потерь. Нейроны могут размножаться, но только в трех отделах мозга, один из наиболее активных центров — гиппокамп

. А уже оттуда клетки медленно мигрируют в те области мозга, где их не хватает. Скорость образования и гибели нейронов почти одинакова, поэтому никакие функции нервной системы не нарушаются.

У кого больше?

Количество потерь нервных клеток сильно зависит от возраста. Наверное, логично бы предположить, что чем старше человек, тем больше у него безвозвратных нервных потерь. Однако больше всего нейронов теряют маленькие дети. Мы рождаемся со значительным запасом нервных клеток, и в первые 3–4 года мозг избавляется от излишков. Нейронов становится почти на 70 % меньше. Однако дети вовсе не глупеют, а, наоборот, набираются опыта и знаний. Такая потеря — физиологический процесс, гибель нервных клеток восполняется образованием связей между ними.

Важно  Как получить инвалидность после инсульта — документы, чтобы оформить группу в России

У пожилых людей утрата нейронов не восполняется в полной мере, даже за счет образования новых соединений между нервными клетками.

Дело не только в количестве

Кроме восстановления численности клеток мозг обладает еще одной удивительной способностью. Если нейрон потерян и его место по какой-то причине не занято, то его функции могут брать на себя соседи за счет усиления связей друг с другом. Эта способность мозга настолько развита, что даже после довольно сильных повреждений мозга человек может успешно восстановиться. Например, после инсульта, когда нейроны целой области мозга гибнут, люди начинают ходить и говорить.

Удар по гиппокампу

При многих неблагоприятных воздействиях и болезнях нервной системы восстановительная функция гиппокампа снижается, что приводит к уменьшению нейронов в ткани головного мозга. Например, регулярный прием алкоголя замедляет размножение молодых нервных клеток в этом отделе мозга. При длительном «алкогольном стаже» восстановительные способности мозга падают, что сказывается на состоянии ума алкоголика. Однако если вовремя остановиться в «употреблении», то нервная ткань восстановится.

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Но не все процессы обратимы. При болезни Альцгеймера

гиппокамп истощается и перестает выполнять свои функции в полной мере. Нервные клетки при этом недуге не только умирают быстрее, но и потери их становятся невосполнимыми.

А вот острый стресс даже полезен, потому что мобилизирует работу мозга. Другое дело — стресс хронический.

Убитые им нервные клетки все еще могут быть возмещены за счет работы гиппокампа, но процесс восстановления значительно замедляется. Если стрессовые обстоятельства сильны и длительны, то изменения могут стать необратимыми.

Тело клетки

Тело
нервной клетки состоит из протоплазмы(цитоплазмыиядра),
снаружи ограничена мембраной из двойного
слоялипидов(билипидный слой). Липиды состоят изгидрофильныхголовок и гидрофобных хвостов, расположеныгидрофобнымихвостами друг к другу, образуягидрофобныйслой, который пропускает только
жирорастворимые вещества (напр. кислород
и углекислый газ). На мембране находятся
белки: на поверхности (в форме глобул),
на которых можно наблюдать наросты
полисахаридов (гликокаликс), благодаря
которым клетка воспринимает внешнее
раздражение, и интегральные белки,
пронизывающие мембрану насквозь, в
которых находятся ионные каналы.

Несмотря на это ограничение, персептроны с порогом обладают интересным свойством, которое мы рассмотрим в следующем разделе: существует алгоритм, позволяющий персептрону адаптировать свои веса к набору примеров, чтобы получить для этого вместе ожидаемая классификация. Таким образом, если набор примеров достаточно велик, можно получить персептрон, который даст подходящие результаты для ненаблюдаемых примеров.

Существует два алгоритма, в основном, для «обучения» монослойной нейронной сети. Первый — это простой метод и называется градиентным спусками. Эти два метода состоят в сравнении результата, который ожидался для примеров, а затем в минимизации ошибки, сделанной на примерах, но, конечно же, существует разница между двумя методами, которые будут объяснены ниже.

Нейрон
состоит из тела диаметром от 3 до 130 мкм,
содержащего ядро (с большим количеством
ядерных пор) и органеллы (в том числе
сильно развитый шероховатый ЭПРс активнымирибосомами,аппарат
Гольджи), а также из отростков. Выделяют
два вида отростков: дендриты и аксон.
Нейрон имеет развитый и сложный
цитоскелет, проникающий в его отростки.
Цитоскелет поддерживает форму клетки,
его нити служат «рельсами» для транспорта
органелл и упакованных в мембранные
пузырьки веществ (например, нейромедиаторов).
Цитоскелет нейрона состоит из фибрилл
разного диаметра:Микротрубочки(Д = 20-30 нм) — состоят из белкатубулинаи тянутся от нейрона по аксону, вплоть
до нервных окончаний. Нейрофиламенты
(Д = 10 нм) — вместе с микротрубочками
обеспечивают внутриклеточный транспорт
веществ. Микрофиламенты (Д = 5 нм) —
состоят из белков актина и миозина,
особенно выражены в растущих нервных
отростках и в нейроглии. В теле нейрона
выявляется развитый синтетический
аппарат, гранулярная ЭПС нейрона
окрашиваетсябазофильнои известна под названием «тигроид».
Тигроид проникает в начальные отделы
дендритов, но располагается на заметном
расстоянии от начала аксона, что служит
гистологическим признаком аксона.
Нейроны различаются по форме, числу
отростков и функциям. В зависимости от
функции выделяют чувствительные,
эффекторные(двигательные, секреторные)
и вставочные. Чувствительные нейроны
воспринимают раздражения, преобразуют
их в нервные импульсы и передают в мозг.
Эффекторные (от лат. эффектус —
действие) — вырабатывают и посылают
команды к рабочим органам. Вставочные —
осуществляют связь между чувствительными
и двигательными нейронами, участвуют
в обработке информации и выработке
команд.

Обучение градиентным спуском

Мы будем, по каждому из методов, изучать коррекцию весов только для одного из нейронов, достаточно будет применить метод по вашему выбору к каждому из нейронов монослоевой сети. Таким образом, мы видим, что ошибка равна нулю, если нейронная сеть не является неправильной в любом из примеров, то есть, если она правильно рассчитает правильный вывод для каждого из примеров. мы начинаем с взвешенных выстрелов случайным образом. Однако, поскольку результат очень важен, демонстрация доступна в приложении к этой статье.

Различается
антероградный (от тела) и ретроградный
(к телу) аксонный транспорт.

Обзор механизмов и принципов передачи информации в мозге, работа памяти человека.

Передача информации в мозге, например, во время процессов кодирования и извлечения памяти, достигается с помощью комбинации химических веществ и электричества. Это очень сложный процесс, включающий множество взаимосвязанных этапов, но краткий обзор можно произвести.

Схема нейрона. wikipedia

Типичный нейрон обладает сомой (клеточным телом содержащим клеточное ядро), дендритами (разветвлёнными отростками, прикрепленными к клеточному телу в сложном ветвящемся «дендритном дереве») и одним аксоном (длинным цилиндрическим отростком, который может быть в тысячи раз длиннее сомы).

Каждый нейрон поддерживает градиент напряжения на своей мембране из-за метаболически обусловленных различий в ионах натрия, калия, хлорида и кальция внутри клетки, каждый из которых имеет различный заряд.

Важно  Как распознать аутизм у детей: первые признаки, симптомы у ребенка до 1 года, 2-3 лет и старше

Если напряжение существенно изменяется, генерируется электрохимический импульс, называемый потенциалом действия (или нервным импульсом). Эта электрическая активность может быть измерена и отображена в виде волновой формы, называемой мозговой волной или ритмом мозга.

Этот импульс быстро распространяется по аксону клетки и передается через специализированное соединение, известное как синапс, к соседнему нейрону, который получает его через свои дендриты.

Синапс представляет собой сложное мембранное соединение или разрыв (фактический разрыв, также известный как синаптическая щель, составляет порядка 20 нанометров, или 20 миллионных миллиметра), используется для передачи сигналов между клетками, и поэтому известен как синаптическая связь.

Хотя синаптические связи аксон-дендрит являются нормой, возможны и другие варианты (например, дендрит-дендрит, аксон-аксон, дендрит-аксон). Типичный нейрон срабатывает 5 – 50 раз каждую секунду.

Таким образом, каждый отдельный нейрон может образовывать тысячи связей с другими нейронами, давая мозгу более 100 триллионов синапсов (до 1000 триллионов, по некоторым оценкам).

Функционально связанные нейроны соединяются друг с другом, образуя нейронные сети. Однако связи между нейронами не статичны, они меняются со временем.

Чем больше сигналов посылается между двумя нейронами, тем сильнее растет связь, и поэтому с каждым новым опытом и каждым запоминающимся событием или фактом мозг слегка перестраивает свою физическую структуру.

Дендриты и их роль в нейронных процессах Синаптическая передача. wikipedia

Взаимодействие нейронов не только электрическое, но и электрохимическое. Каждый аксонный терминал содержит тысячи связанных мембраной мешочков, называемых везикулами, которые, в свою очередь, содержат тысячи молекул нейротрансмиттеров.

Нейротрансмиттеры – это химические посыльные которые передают, усиливают и модулируют сигналы между нейронами и другими клетками.

  • Двумя наиболее распространенными нейротрансмиттерами в мозге являются аминокислоты глутамат и ГАМК;
  • другими важными нейротрансмиттерами являются ацетилхолин, допамин, адреналин, гистамин, серотонин и мелатонин.

При стимуляции электрическим импульсом высвобождаются нейромедиаторы различных типов и пересекают клеточную мембрану в синаптическую щель между нейронами.

Эти химические вещества затем связываются с химическими рецепторами в дендритах принимающего (постсинаптического) нейрона.

В процессе они вызывают изменения проницаемости клеточной мембраны для конкретных ионов, открывая специальные ворота или каналы, которые впускают поток заряженных частиц (ионы кальция, натрия, калия и хлорида).

Это влияет на потенциальный заряд принимающего нейрона, который затем запускает новый электрический сигнал в принимающем нейроне. Весь процесс занимает менее одной пятисотой секунды.

Таким образом, сообщение в мозгу преобразуется, когда оно перемещается от одного нейрона к другому, от электрического сигнала к химическому сигналу и обратно, в непрерывную цепь событий, которая является основой всей деятельности мозга.

Электрохимический сигнал выпущенный определенным нейротрансмиттером может быть как стимулирующим (например, ацетилхолин, глутамат, аспартат, норадреналин, гистамин), так и ингибирующим (например, ГАМК, глицин, сератонин), а некоторые (например, дофамин) могут оказывать и то и другое действие.

Тонкие вариации в механизмах нейромедиации позволяют мозгу реагировать на различные требования, предъявляемые к нему, включая кодирование, консолидацию, хранение и извлечение воспоминаний.

MHC- и CD-рецепторы

Кластеры дифференцировки — это маркеры определенной клеточной популяции, по которым их распознают Т-киллеры. Вообще, кластеров дифференцировки, то есть CD-рецепторов, огромное множество. По существующей в иммунологии версии, они необходимы именно для распознавания клеток и препятствия аутоагрессии. Молекулами межклеточной адгезии дендритные клетки оснащены для того, чтобы прикрепляться к другим клеткам и распознавать экспрессированные на их поверхности рецепторы. Также это необходимо для непосредственной передачи антигена, так как процесс его захвата с МНС-рецептора сопряжен со сближением клеток.

Хемокиновые рецепторы и толл-подобные молекулы

Указанные рецепторные молекулы участвуют в распознавании микробов. К примеру, любая хемокиновая группа на мембране дендритной клетки способствует распознаванию определенных белков или полисахаридов, с которыми контактирует. Это значит, что если на мембране микроба имеется вещество, к которому у дендроцита имеется своя хемокиновая группа, то дендритная клетка распознает его и запустит иммунную реакцию или просто фагоцитирует.

Толл-подобные молекулы также отвечают за распознавание антигенов и врожденный иммунитет, как, например, TLR-4. Он чувствителен к липополисахариду клеточной стенки любой грамотрицательной бактерии. Предполагается, что синтез специфических толл-подобных рецепторов в клетке дендроцита является основой для выработки иммунитета против онкологических клеток.

Дендриты и их роль в нейронных процессах

Однако пока внедрить гены, на основании которых возможно было бы синтезировать белковую молекулу, невозможно. Сложность состоит в постсинтетической модификации, что пока невозможно в искусственных условиях. Потому метод праймирования ДК считается перспективным, но малоизученным. Хотя именно этот подход позволил получить некоторые успехи в борьбе с опухолями простаты и меланомой.

Морфология и типы

Согласно современным исследованиям гистологии, дендриты – это ветвящиеся окончания нейроцита, не только принимающие, но и передающие информацию, закодированную в виде электрических импульсов, по многоканальной системе анатомически и функционально взаимосвязанных нервных клеток. Они содержат большое количество белоксинтезирующих органелл – рибосом. Некоторые виды коротких отростков, например в пирамидальных нейроцитах, покрыты специальными структурами – шипиками.

Согласно классификации, предложенной испанским нейрогистологом С. Рамон-и-Кахалем, два дендрита могут отходить от тела нервной клетки в противоположные стороны (двухполярные нейроциты). Если же дендритов много, то они расходятся от сомы радиально. Такое строение характерно для интернейронов. В мозжечковых клетках Пуркинье отростки выходят из тела нейроцита в виде веера. Каждый дендрит, структура которого трехмерна, отличается от соседних ветвей величиной электрических зарядов, аккумулированных на нем.

Оцените статью
Добавить комментарий