Sposobnost stanica da reagiraju na podražaje iz vanjskog svijeta glavni je kriterij živog organizma. Strukturni elementi živčanog tkiva - neuroni sisavaca i ljudi - sposobni su transformirati podražaje (svjetlo, miris, zvučni valovi) u proces ekscitacije. Njegov krajnji rezultat je adekvatna reakcija tijela kao odgovor na različite utjecaje okoline. U ovom članku proučavat ćemo funkciju neurona mozga i perifernih dijelova živčanog sustava, a također ćemo razmotriti klasifikaciju neurona u vezi s osobitostima njihova funkcioniranja u živim organizmima.
Formiranje živčanog tkiva
Prije proučavanja funkcija neurona, pogledajmo kako nastaju stanice neurocita. U stadiju neurule, neuralna cijev je položena u embrij. Nastaje iz ektodermalnoglist sa zadebljanjem - neuralna ploča. Prošireni kraj cijevi kasnije će formirati pet dijelova u obliku moždanih mjehurića. Oni čine dijelove mozga. Glavni dio neuralne cijevi u procesu embrionalnog razvoja čini leđnu moždinu iz koje polazi 31 par živaca.
Neuroni mozga spajaju se u jezgre. Iz njih izlazi 12 pari kranijalnih živaca. U ljudskom tijelu, živčani sustav se diferencira na središnji dio - mozak i leđnu moždinu, koji se sastoji od stanica neurocita, i potpornog tkiva - neuroglia. Periferni dio se sastoji od somatskog i vegetativnog dijela. Njihovi živčani završeci inerviraju sve organe i tkiva u tijelu.
Neuroni su strukturne jedinice živčanog sustava
Imaju različite veličine, oblike i svojstva. Funkcije neurona su raznolike: sudjelovanje u stvaranju refleksnih lukova, percepcija iritacije iz vanjskog okruženja, prijenos rezultirajuće ekscitacije na druge stanice. Neuron ima nekoliko grana. Dugi je akson, a kratki se granaju i nazivaju se dendriti.
Citološke studije otkrile su u tijelu živčane stanice jezgru s jednom ili dvije jezgre, dobro oblikovan endoplazmatski retikulum, mnogo mitohondrija i moćan aparat za sintezu proteina. Predstavljen je ribosomima i molekulama RNA i mRNA. Te tvari tvore specifičnu strukturu neurocita – Nisslovu tvar. Osobitost živčanih stanica - veliki broj procesa pridonosi činjenici da je glavna funkcija neurona prijenos živčanogimpulsi. Omogućuju ga i dendriti i akson. Prvi percipiraju signale i prenose ih u tijelo neurocita, a akson, jedini vrlo dug proces, provodi ekscitaciju do drugih živčanih stanica. Nastavljajući pronalaziti odgovor na pitanje: koju funkciju neuroni obavljaju, okrenimo se struktura takve tvari kao što je neuroglia.
Strukture živčanog tkiva
Neurociti su okruženi posebnom tvari koja ima potporna i zaštitna svojstva. Također ima karakterističnu sposobnost dijeljenja. Ova veza se zove neuroglia.
Ova je struktura u bliskoj vezi s živčanim stanicama. Budući da su glavne funkcije neurona stvaranje i provođenje živčanih impulsa, glijalne stanice su pod utjecajem procesa ekscitacije i mijenjaju svoje električne karakteristike. Uz trofičke i zaštitne funkcije, glia osigurava metaboličke reakcije u neurocitima i doprinosi plastičnosti živčanog tkiva.
Mehanizam provođenja ekscitacije u neuronima
Svaka živčana stanica stvara nekoliko tisuća kontakata s drugim neurocitima. Električni impulsi, koji su osnova procesa ekscitacije, prenose se iz tijela neurona duž aksona, a on dolazi u kontakt s drugim strukturnim elementima živčanog tkiva ili ulazi izravno u radni organ, na primjer, u mišić. Da bi se ustanovilo kakvu funkciju obavljaju neuroni, potrebno je proučiti mehanizam prijenosa ekscitacije. Izvode ga aksoni. Kod motoričkih živaca prekriveni su mijelinskom ovojnicom i nazivaju se kašasti. U vegetativnomživčani sustav su nemijelinizirani procesi. Preko njih bi ekscitacija trebala ući u susjedni neurocit.
Što je sinapsa
Mjesto gdje se dvije stanice susreću naziva se sinapsa. Prijenos ekscitacije u njemu događa se ili uz pomoć kemijskih supstanci - posrednika, ili prelaskom iona s jednog neurona na drugi, odnosno električnim impulsima.
Zbog stvaranja sinapsi, neuroni stvaraju mrežastu strukturu stabljičnog dijela mozga i leđne moždine. Zove se retikularna formacija, počinje od donjeg dijela produžene moždine i hvata jezgre moždanog debla, odnosno moždane neurone. Mrežasta struktura održava aktivno stanje moždane kore i usmjerava refleksne radnje leđne moždine.
Umjetna inteligencija
Ideju o sinaptičkim vezama između neurona središnjeg živčanog sustava i proučavanja funkcija retikularnih informacija znanost trenutno utjelovljuje u obliku umjetne neuronske mreže. U njemu su izlazi jedne umjetne živčane stanice povezani s ulazima druge posebnim vezama koje u svojim funkcijama dupliciraju stvarne sinapse. Aktivacijska funkcija neurona umjetnog neuroračunala je zbroj svih ulaznih signala koji ulaze u umjetnu živčanu stanicu, pretvorenih u nelinearnu funkciju linearne komponente. Naziva se i funkcija aktiviranja (prijenos). Kod stvaranja umjetne inteligencije najčešće se koriste linearne, polulinearne i stupnjevite aktivacijske funkcije.neuron.
Aferentni neurociti
Zovu se i osjetljivi i imaju kratke procese koji ulaze u stanice kože i sve unutarnje organe (receptore). Opažajući iritaciju vanjskog okruženja, receptori ih pretvaraju u proces uzbude. Ovisno o vrsti podražaja, živčani završeci se dijele na: termoreceptore, mehanoreceptore, nociceptore. Dakle, funkcije osjetljivog neurona su percepcija podražaja, njihovo razlikovanje, generiranje ekscitacije i prijenos na središnji živčani sustav. Osjetni neuroni ulaze u dorzalne rogove leđne moždine. Tijela su im smještena u čvorovima (ganglijima) koji se nalaze izvan središnjeg živčanog sustava. Tako nastaju ganglije kranijalnih i spinalnih živaca. Aferentni neuroni imaju veliki broj dendrita; zajedno s aksonom i tijelom, bitna su komponenta svih refleksnih lukova. Stoga se funkcije osjetljivog neurona sastoje i od prijenosa procesa ekscitacije na mozak i leđnu moždinu i od sudjelovanja u stvaranju refleksa.
Obilježja interneurona
Nastavljajući proučavati svojstva strukturnih elemenata živčanog tkiva, otkrijmo koju funkciju obavljaju interneuroni. Ova vrsta živčanih stanica prima bioelektrične impulse iz senzornog neurocita i prenosi ih:
a) ostali interneuroni;
b) motorni neurociti.
Većina interneurona ima aksone, čiji su krajnji dijelovi terminali, povezani s neurocitima jednog centra.
Interkalarni neuron, čije su funkcije integracija ekscitacije i njegova distribucija dalje na dijelove središnjeg živčanog sustava, bitna je komponenta većine bezuvjetnih refleksa i uvjetnih refleksnih živčanih lukova. Ekscitatorni interneuroni potiču prijenos signala između funkcionalnih skupina neurocita. Inhibitorne interkalarne živčane stanice primaju ekscitaciju iz vlastitog centra putem povratne sprege. To pridonosi činjenici da interkalarni neuron, čije su funkcije prijenos i dugotrajno očuvanje živčanih impulsa, osigurava aktivaciju osjetnih spinalnih živaca.
Funkcija motoričkog neurona
Motoneuron je konačna strukturna jedinica refleksnog luka. Ima veliko tijelo zatvoreno u prednjim rogovima leđne moždine. One živčane stanice koje inerviraju skeletne mišiće imaju nazive ovih motoričkih elemenata. Drugi eferentni neurociti ulaze u izlučujuće stanice žlijezda i uzrokuju oslobađanje odgovarajućih tvari: tajni, hormona. U nevoljnim, odnosno bezuvjetnim refleksnim radnjama (gutanje, salivacija, defekacija), eferentni neuroni odlaze iz leđne moždine ili iz moždanog debla. Za izvođenje složenih radnji i pokreta tijelo koristi dvije vrste centrifugalnih neurocita: središnji motor i periferni motor. Tijelo središnjeg motornog neurona nalazi se u moždanoj kori, u blizini Rolandove brazde.
Tijela perifernih motornih neurocita koja inerviraju mišiće udova, trupa, vrata,koji se nalaze u prednjim rogovima leđne moždine, a njihovi dugi nastavci - aksoni - izlaze iz prednjih korijena. Tvore motorna vlakna 31 para spinalnih živaca. Periferni motorni neurociti koji inerviraju mišiće lica, ždrijela, grkljana i jezika nalaze se u jezgri vagusnog, hipoglosnog i glosofaringealnog kranijalnog živca. Stoga je glavna funkcija motornog neurona nesmetano provođenje uzbude do mišića, izlučujućih stanica i drugih radnih organa.
Metabolizam u neurocitima
Glavne funkcije neurona - stvaranje bioelektričnog akcijskog potencijala i njegov prijenos na druge živčane stanice, mišiće, stanice koje izlučuju - posljedica su strukturnih značajki neurocita, kao i specifičnih metaboličkih reakcija. Citološke studije su pokazale da neuroni sadrže velik broj mitohondrija koji sintetiziraju molekule ATP-a, razvijen granularni retikulum s mnogo ribosomskih čestica. Aktivno sintetiziraju stanične proteine. Membrana živčane stanice i njezini procesi - akson i dendriti - obavljaju funkciju selektivnog transporta molekula i iona. Metaboličke reakcije u neurocitima odvijaju se uz sudjelovanje različitih enzima i karakteriziraju ih visoki intenzitet.
prijenos ekscitacije u sinapsama
Razmatrajući mehanizam provođenja ekscitacije u neuronima, upoznali smo se sa sinapsama - tvorevinama koje nastaju na mjestu dodira dvaju neurocita. Ekscitacija u prvoj živčanoj stanici uzrokuje stvaranje molekula kemijskih tvari – medijatora – u kolateralima njezina aksona. To uključujeaminokiseline, acetilkolin, norepinefrin. Oslobođen iz vezikula sinoptičkih završetaka u sinoptičkom rascjepu, može utjecati i na vlastitu postsinaptičku membranu i na ljuske susjednih neurona.
Molekule neurotransmitera služe kao iritans za drugu živčanu stanicu, uzrokujući promjene u nabojima u njezinoj membrani - akcijski potencijal. Tako se uzbuđenje brzo širi duž živčanih vlakana i dopire do dijelova središnjeg živčanog sustava ili ulazi u mišiće i žlijezde, uzrokujući njihovo adekvatno djelovanje.
Neuronska plastičnost
Znanstvenici su otkrili da se u procesu embriogeneze, odnosno u fazi neurulacije, iz ektoderme razvija vrlo velik broj primarnih neurona. Oko 65% njih umire prije rođenja osobe. Tijekom ontogeneze, neke moždane stanice i dalje se eliminiraju. Ovo je prirodan programirani proces. Neurociti, za razliku od epitelnih ili vezivnih stanica, nisu sposobni za diobu i regeneraciju, budući da su geni odgovorni za te procese inaktivirani u ljudskim kromosomima. Ipak, mozak i mentalna izvedba mogu se održavati dugi niz godina bez značajnog pada. To se objašnjava činjenicom da funkcije neurona, izgubljene u procesu ontogeneze, preuzimaju druge živčane stanice. Moraju pojačati metabolizam i stvoriti nove dodatne živčane veze koje nadoknađuju izgubljene funkcije. Taj se fenomen naziva plastičnost neurocita.
Štoodražava se u neuronima
Krajem 20. stoljeća grupa talijanskih neurofiziologa ustanovila je zanimljivu činjenicu: zrcalni odraz svijesti moguć je u živčanim stanicama. To znači da se u korteksu velikog mozga formira fantom svijesti ljudi s kojima komuniciramo. Neuroni uključeni u sustav zrcala djeluju kao rezonatori za mentalnu aktivnost okolnih ljudi. Stoga je osoba u stanju predvidjeti namjere sugovornika. Struktura takvih neurocita također pruža poseban psihološki fenomen koji se naziva empatija. Karakterizira ga sposobnost prodiranja u svijet tuđih emocija i suosjećanja s njihovim osjećajima.
