Для чего нужны нервные клетки

Функции нейронов: как работают и какую задачу выполняют

Наше тело состоит из бесчисленного множества клеток. Приблизительно 100.000.000 из них являются нейронами. Что такое нейроны? Каковы функции нейронов? Вам интересно узнать, какую задачу они выполняют и что вы можете благодаря им делать? Рассмотрим это подробнее.

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиФункции нейронов

Вы когда-нибудь задумывались о том, как информация проходит через наше тело? Почему, если что-то причиняет нам боль, мы сразу же неосознанно одёргиваем руку? Где и как мы распознаём эту информацию? Всё это — действия нейронов. Как мы понимаем, что это холодное, а это — горячее…а это мягкое или колючее? За получение и передачу этих сигналов по нашему телу отвечают нейроны. В этой статье мы подробно расскажем о том, что такое нейрон, из чего он состоит, какова классификация нейронов и как улучшить их формирование.

Основные понятия о функциях нейронов

Прежде, чем рассказывать о том, каковы функции нейронов, необходимо дать определение того, что такое нейрон и из чего он состоит.

Нейроны — это клетки, формирующие нервную систему, другими словами, нервные клетки. Самыми главными функциями нейронов являются получение информации и её передача посредством электрических импульсов по всем каналам коммуникации, по всей нервной системе. Для того, чтобы нейроны могли осуществлять свои функции, им необходимы следующие части, образующие структуру нейрона:

Форма, посредством которой могут между собой общаться нейроны (отправлять информацию и получать её от других нейронов) называется Синапс. Речь идёт о процессе, при котором аксон одного нейрона передаёт информацию дендритам другого нейрона (канал между двумя частями нейронов называют «синаптическая щель»).

Функции нейронов

Наше тело выполняет много задач и обрабатывает огромный объем информации, идущей от мозга через всю нервную систему. Вследствие этого нейронам необходимо иметь специализацию. По этой причине, несмотря на то, что основной функцией нейронов является получение и передача информации, существуют различные типы нейронов, различающихся по:

Функциям нейронов:

Структуре:

Типу нейротрансмиттера (нейромедиатора), усиливающего функцию нейрона:

Ранее считалось, что на протяжении человеческой жизни новые нейроны в мозге не образуются. Однако группа учёных Каролинского Медицинского Института (Швеция) провела эксперимент с использованием углерода-14, который показал, что в человеческом мозге, а именно, в Гиппокампе, ежедневно могут рождаться 1400 клеток. Однако с возрастом эта цифра сокращается.

Этот процесс формирования нейронов называется Нейрогенез. Тот факт, что даже в зрелом возрасте возникают новые нейроны, играет важнейшую роль для их функций, а также пластичности и способности мозга адаптироваться к новым ситуациям.

Советы: как улучшить функции нейронов

Как и всегда, здоровые привычки играют важную роль в оптимальном развитии функций нейронов. Наш мозг благодарит нас за заботу о теле. Как говорится, «в здоровом теле — здоровый дух». Что мы можем сделать, чтобы улучшить пластичность мозга и нейрогенез?

Недостаток сна, однообразие, постоянная рутина и высокий уровень стресса приводят к замедлению нейрогенеза.

Могут ли нейроны умереть?

Конечно, и это происходит по разным причинам.

Выводы о нейронных функциях

Мы с вами узнали о том, что нейроны — это маленькие связные, которые передвигаются по всему нашему телу. Таким образом, функции нейронов заключаются в получении и передаче информации, как от различных структур (мышц и желез), так и от других нейронов.

Сейчас мы уже можем ответить на вопрос, который был задан в самом начале статьи: почему, если что-то причиняет нам боль, мы сразу же неосознанно одёргиваем руку? Чувствительные нейроны получают информацию о боли, а моторные нейроны в ответ посылают сигнал убрать руку.

Мы увидели, что внутри нашего тела на протяжении всей жизни, всё время, каждую секунду, проходят бесконечные информационные, коммуникационные потоки и электрические импульсы.

Также мы с вами узнали о том, что наш организм постоянно находится в процессе развития, с момента рождения до старости. Наша нейронная структура в гиппокампе также меняется, благодаря нейрогенезу и гибели нейронов.

Призываю вас вести здоровый образ жизни, развлекаться, учиться и стремиться к личностному росту. Это поможет вам сберечь нейроны, ваших маленьких почтальонов.

В статье есть ссылки на другие материалы, в которых можно подробнее прочитать информацию по той или иной теме. Если вам интересна тема Нейрогенеза, рекомендую также прочитать вот эту интересную статью о том, как предотвратить деменцию.

Будем признательны за ваши вопросы и комментарии.

Перевела с испанского Анна Иноземцева

Alejandra is a clinical and health psychologist. She is a child specialist with a diploma in evaluation and intervention in autism. She has worked in different schools with young children and private practice for over 6 years. She is interested in early childhood intervention, emotional intelligence, and attachment styles. As a brain and human behavior enthusiast, she is more than happy to answer your questions and share her experience.

This post is also available in: Французский Немецкий

Источник

Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клеткиДля чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Контактные телефоны:

Только взрослое население

32-17-00 (многоканальный номер)

Женская консультация №5: 56-98-99

Путришковская амбулатория: 60-42-46

Конвертер валют НБРБ

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Как восстановить нервную систему и психику.

Признаки стресса

Организму жизненно необходима гармония и равновесие. Однако напряженный ритм и неправильные ценности приводят к тому, что человек вынужден постоянно находиться на грани своих возможностей. Длительное пребывание в таком состоянии без должного отдыха рано или поздно приведет к неврозу. Важно не затягивать с лечением депрессии, ведь восстановить нервы на начальной стадии намного проще.

Чтобы вовремя выявить стресс, нужно понять его первые симптомы.

Это может быть: потеря интереса к жизни; раздражительность и нервозность; вспышки злости на окружающих; резкая смена настроения; прерывистый сон или бессонница; рассеянность, снижение концентрации внимания; плохой аппетит; апатия и беспомощность; депрессивные и пессимистичные мысли; потеря сил и желания что-либо делать.

Самые распространенные причины, вызывающие стресс

Психология разделяет причины возникновения стресса на внешние и внутренние. Внешние действуют на людей из окружающей среды, а внутренние вытекают из организма человека. К первым причинам относят вредные привычки, неудачи в личной жизни и на работе, затрудненное финансовое положение. Ко второй категории относят мысли и чувства человека, его отношение к жизни и черты характера.

На пути к восстановлению нервной системы для любого человека очень важным моментом является анализ причин стрессового состояния. Если не разобраться в себе, подобного рода депрессии и проблемы будут преследовать и дальше. Покопайтесь в себе и постарайтесь понять, почему ваша нервная система так болезненно реагирует на различные жизненные неурядицы. Конечно, это жизнь, и никто не застрахован от проблем. У всех они есть. Но научиться с ними справляться очень важно, в первую очередь для вашего душевного равновесия.

Способы восстановления нервной системы в домашних условиях

Совет. В первую очередь обратитесь к простым методам, не прибегая к употреблению лекарств и таблеток. В случае, если эти методы не сработают, можно приступать к более тяжелой артиллерии.

Спорт

Во время физических нагрузок человеческий мозг вырабатывает гормоны счастья, под их воздействием нервная система восстанавливается и депрессия уходит. Если не полностью, то однозначно становится намного легче. Уверены, каждый из вас на себе это замечал. В моменты двигательной активности вполне реально отвлечься от насущных проблем и гадких мыслей, которые засели в голове мертвым грузом. Наиболее эффективно влияют на настроение упражнения, максимально повышающие мышечный тонус. Плавание, бег, теннис, занятие танцами, занятия в спортзале – попробуйте несколько видов спорта и найдите свой. Он будет приносить не только положительные эмоции, но и кардинально улучшит фигуру.

Смехотерапия

Положительные эмоции, искренний смех и радость лучшим образом влияют на восстановление нервной системы. По сути, смех – это своеобразная дыхательная гимнастика. В то время, когда человек смеется, происходит насыщение организма кислородом и восстановление психического равновесия. А найти повод для позитива всегда можно, главное – захотеть. И перестать жалеть или винить себя.

Зоотерапия

Домашние животные, например кошки и собаки, чувствительны к переменам настроения хозяина. Не зря же при общении с милыми питомцами на душе чувствуется покой и умиротворение. Решение завести котенка или щенка, чтобы избавиться от депрессии, станет хорошей попыткой вернуть в свою жизнь гармонию и душевное равновесие.

Методики расслабления

Существуют специальные способы, направленные непосредственно на восстановление нервной системы и расслабление организма. Попробуйте йогу, медитации, дыхательную гимнастику с правильным дыханием. Вы научитесь управлять голосом своего разума и контролировать эмоции.

Смена обстановки и новые впечатления

Не обязательно лететь на другой край земли, чтобы восстановить психику. Достаточно просто встретиться с друзьями в новом месте или съездить в путешествие в соседний город. Новые яркие эмоции ой как помогают отодвигать негативные мысли на задний план! Вам просто некогда будет о них думать! Заставляйте себя куда-то выбираться. Увидите, что дальше все пойдет как по маслу.

Домашние спа-процедуры

Воссоздание дорогого спа-салона в домашних условиях после напряженного трудового дня поможет расслабиться, отдохнуть и убрать накопившийся негатив. Горячая ванна (возможно с травами или маслами), приятная музыка, ароматические свечи в тишине обязательно улучшат душевное состояние и настроят на спокойный, уютный лад. Можно захватить с собой в ванную свой любимый напиток.

Звукотерапия

Расслабляющие аудио способны творить чудеса. Прослушивание мантр, звон тибетских чаш, пение птиц и звуки природы, а также исцеляющая классическая музыка, обладающая лечебным эффектом для сознания, способны ввести вас в легкую эйфорию, забыв об остроте терзающих душу переживаний.

Придумайте новое хобби

Отличный способ избавиться от негатива – найти себе новое занятие. Некоторые виды рукоделия волшебным образом действуют на человека, как успокоительное и эффективно борются со стрессом. Это вязание, вышивка, лепка, рисование, раскрашивание. Что касается разукрашек: в любом книжном магазине продаются специальные альбомы, которые так и называются, – “Антистресс”. В процессе увлекательных занятий вы будете полностью сосредоточены на деле. Это отвлекает и поселяет гармонию в душе. Обязательно попробуйте.

Откройте свое сердце

Иногда нам просто нужно выговориться. Это почти так же, как если бы вы пришли на прием к психологу, только бесплатно. 🙂 Человек, понимающий вас, тем самым, незаметно, “помогает” вам. Груз душевных переживаний однозначно ослабнет, вам полегчает. Рассказывая детали, вы освобождаетесь от негативной энергии. Не зря разговоры по душам стоят на особом счету у психологов.

Полноценный сон

Здоровый и крепкий сон, пожалуй, является лекарством номер один в борьбе за спокойное душевное равновесие и даже предотвращает болезни. Во время сна восстанавливаются все функции организма, отдыхает нервная система. И наоборот, беспокойный сон и постоянный недосып (так называемый хронический) являются главными причинами нарушения психического и эмоционального состояния. Возможно, физически мы этого даже не ощущаем, а вот наше внутреннее “Я” откликается моментально.

Однако вышеперечисленные способы помогают избавиться лишь от последствий стресса. Для того чтобы освободиться от проблемы полностью, необходимо найти ее корень и устранить первопричину.

Источник

Мозг, общение нейронов и энергетическая эффективность

По всей видимости, в эволюции сформировались энергетически эффективные механизмы кодирования и передачи информации в мозге. Подпись: «Усердно пытаюсь минимизировать энергозатраты».

Автор
Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Клеточные процессы, обеспечивающие обмен информацией между нейронами, требуют много энергии. Высокое энергопотребление способствовало в ходе эволюции отбору наиболее эффективных механизмов кодирования и передачи информации. В этой статье вы узнаете о теоретическом подходе к изучению энергетики мозга, о его роли в исследованиях патологий, о том, какие нейроны более продвинуты, почему синапсам иногда выгодно не «срабатывать», а также, как они отбирают только нужную нейрону информацию.

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Происхождение подхода

С середины ХХ века известно, что головной мозг потребляет значительную часть энергоресурсов всего организма: четверть всей глюкозы и ⅕ всего кислорода в случае высшего примата [1–5]. Это вдохновило Уильяма Леви и Роберта Бакстера из Массачусетского технологического института (США) на проведение теоретического анализа энергетической эффективности кодирования информации в биологических нейронных сетях (рис. 1) [6]. В основе исследования лежит следующая гипотеза. Поскольку энергопотребление мозга велико, ему выгодно иметь такие нейроны, которые работают наиболее эффективно — передают только полезную информацию и затрачивают при этом минимум энергии.

Это предположение оказалось справедливым: на простой модели нейронной сети авторы воспроизвели экспериментально измеренные значения некоторых параметров [6]. В частности, рассчитанная ими оптимальная частота генерации импульсов варьирует от 6 до 43 имп./с — почти так же, как и у нейронов основания гиппокампа. Их можно подразделить на две группы по частоте импульсации: медленные (

40 имп./с). При этом первая группа значительно превосходит по численности вторую [7]. Аналогичная картина наблюдается и в коре больших полушарий: медленных пирамидальных нейронов (

4—9 имп./с) в несколько раз больше, чем быстрых ингибиторных интернейронов (>100 имп./с) [8], [9]. Так, видимо, мозг «предпочитает» использовать поменьше быстрых и энергозатратных нейронов, чтобы те не израсходовали все ресурсы [6], [9–11].

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Рисунок 1. Представлены два нейрона. В одном из них фиолетовым цветом окрашен пресинаптический белок синаптофизин. Другой нейрон полностью окрашен зеленым флуоресцентным белком. Мелкие светлые крапинки — синаптические контакты между нейронами [12]. Во вставке одна «крапинка» представлена ближе.
Группы нейронов, связанных между собой синапсами, называются нейронными сетями [13], [14]. Например, в коре больших полушарий пирамидальные нейроны и интернейроны образуют обширные сети. Слаженная «концертная» работа этих клеток обусловливает наши высшие когнитивные и другие способности. Аналогичные сети, только из других типов нейронов, распределены по всему мозгу, определенным образом связаны между собой и организуют работу всего органа.

Что такое интернейроны?

Нейроны центральной нервной системы разделяются на активирующие (образуют активирующие синапсы) и тормозящие (образуют тормозящие синапсы). Последние в значительной степени представлены интернейронами, или промежуточными нейронами. В коре больших полушарий и гиппокампе они ответственны за формирование гамма-ритмов мозга [15], которые обеспечивают слаженную, синхронную работу других нейронов. Это крайне важно для моторных функций, восприятия сенсорной информации, формирования памяти [9], [11].

Интернейроны отличаются способностью генерировать значительно более высокочастотные сигналы, чем другие нейроны. Они также содержат больше митохондрий, главных органелл энергетического метаболизма, «фабрик» по производству АТФ. Последние к тому же содержат большое количество белков цитохром-с оксидазы и цитохрома-с, являющихся ключевыми для метаболизма. Так, интернейроны являются крайне важными и, в то же время, энергозатратными клетками [8], [9], [11], [16].

Работа Леви и Бакстера [6] развивает концепцию «экономии импульсов» Горация Барлоу из Университета Калифорнии (США), который, кстати, является потомком Чарльза Дарвина [17]. Согласно ей, при развитии организма нейроны стремятся работать только с наиболее полезной информацией, фильтруя «лишние» импульсы, ненужную и избыточную информацию. Однако эта концепция не дает удовлетворительных результатов, так как не учитывает метаболические затраты, связанные с нейрональной активностью [6]. Расширенный подход Леви и Бакстера, в котором внимание уделено обоим факторам, оказался более плодотворным [6], [18–20]. И энергозатраты нейронов, и потребность в кодировании только полезной информации являются важными факторами, направляющими эволюцию мозга [6], [21–24]. Поэтому, чтобы лучше разобраться в том, как устроен мозг, стоит рассматривать обе эти характеристики: сколько нейрон передает полезной информации и сколько энергии при этом тратит.

За последнее время этот подход нашел множество подтверждений [10], [22], [24–26]. Он позволил по-новому взглянуть на устройство мозга на самых разных уровнях организации — от молекулярно-биофизического [20], [26] до органного [23]. Он помогает понять, каковы компромиссы между выполняемой функцией нейрона и ее энергетической ценой и в какой степени они выражены.

Как же работает этот подход?

Положим, у нас есть модель нейрона, описывающая его электрофизиологические свойства: потенциал действия (ПД) и постсинаптические потенциалы (ПСП) (об этих терминах — ниже). Мы хотим понять, эффективно ли он работает, не тратит ли неоправданно много энергии. Для этого нужно вычислить значения параметров модели (например, плотность каналов в мембране, скорость их открывания и закрывания), при которых: (а) достигается максимум отношения полезной информации к энергозатратам и в то же время (б) сохраняются реалистичные характеристики передаваемых сигналов [6], [19].

Поиск оптимума

Эти «оптимальные» значения параметров затем нужно сравнить с измеренными экспериментально и определить, насколько они отличаются. Общая картина отличий укажет на степень оптимизации данного нейрона в целом: насколько реальные, измеренные экспериментально, значения параметров совпадают с рассчитанными. Чем слабее выражены отличия, тем нейрон более близок к оптимуму и работает энергетически более эффективно, оптимально. С другой стороны, сопоставление конкретных параметров покажет, в каком конкретно качестве этот нейрон близок к «идеалу».

Далее, в контексте энергетической эффективности нейронов рассмотрены два процесса, на которых основано кодирование и передача информации в мозге. Это нервный импульс, или потенциал действия, благодаря которому информация может быть отправлена «адресату» на определенное расстояние (от микрометров до полутора метров) и синаптическая передача, лежащая в основе собственно передачи сигнала от одного нейрона на другой.

Потенциал действия

Потенциал действия (ПД) — сигнал, которые отправляют друг другу нейроны. ПД бывают разные: быстрые и медленные, малые и большие [28]. Зачастую они организованы в длинные последовательности (как буквы в слова), либо в короткие высокочастотные «пачки» (рис. 2).

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Большое разнообразие сигналов обусловлено огромным количеством комбинаций разных типов ионных каналов, синаптических контактов, а также морфологией нейронов [28], [29]. Поскольку в основе сигнальных процессов нейрона лежат ионные токи, стоит ожидать, что разные ПД требуют различных энергозатрат [20], [27], [30].

Что такое потенциал действия?

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

ПД — это относительно сильное по амплитуде скачкообразное изменение мембранного потенциала.

Анализ разных типов нейронов (рис. 4) показал, что нейроны беспозвоночных не очень энергоэффективны, а некоторые нейроны позвоночных почти совершенны [20]. По результатам этого исследования, наиболее энергоэффективными оказались интернейроны гиппокампа, участвующего в формировании памяти и эмоций, а также таламокортикальные релейные нейроны, несущие основной поток сенсорной информации от таламуса к коре больших полушарий.

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки

Рисунок 4. Разные нейроны эффективны по-разному. На рисунке представлено сравнение энергозатрат разных типов нейронов. Энергозатраты рассчитаны в моделях как с исходными (реальными) значениями параметров (черные столбцы), так и с оптимальными, при которых с одной стороны нейрон выполняет положенную ему функцию, с другой — затрачивает при этом минимум энергии (серые столбцы). Самыми эффективными из представленных оказались два типа нейронов позвоночных: интернейроны гиппокампа (rat hippocampal interneuron, RHI) и таламокортикальные нейроны (mouse thalamocortical relay cell, MTCR), так как для них энергозатраты в исходной модели наиболее близки к энергозатратам оптимизированной. Напротив, нейроны беспозвоночных менее эффективны. Условные обозначения: SA (squid axon) — гигантский аксон кальмара; CA (crab axon) — аксон краба; MFS (mouse fast spiking cortical interneuron) — быстрый кортикальный интернейрон мыши; BK (honeybee mushroom body Kenyon cell) — грибовидная клетка Кеньона пчелы.

Почему они более эффективны? Потому что у них малó перекрывание Na- и К-токов. Во время генерации ПД всегда есть промежуток времени, когда эти токи присутствуют одновременно (рис. 3в). При этом переноса заряда практически не происходит, и изменение мембранного потенциала минимально. Но «платить» за эти токи в любом случае приходится, несмотря на их «бесполезность» в этот период. Поэтому его продолжительность определяет, сколько энергетических ресурсов растрачивается впустую. Чем он короче, тем более эффективно использование энергии [20], [26], [30], [43]. Чем длиннее — тем менее эффективно. Как раз в двух вышеупомянутых типах нейронов, благодаря быстрым ионным каналам, этот период очень короткий, а ПД — самые эффективные [20].

Кстати, интернейроны гораздо более активны, чем большинство других нейронов мозга. В то же время они крайне важны для слаженной, синхронной работы нейронов, с которыми образуют небольшие локальные сети [9], [16]. Вероятно, высокая энергетическая эффективность ПД интернейронов является некой адаптацией к их высокой активности и роли в координации работы других нейронов [20].

Синапс

Передача сигнала от одного нейрона к другому происходит в специальном контакте между нейронами, в синапсе [12]. Мы рассмотрим только химические синапсы (есть еще электрические), поскольку они весьма распространены в нервной системе и важны для регуляции клеточного метаболизма, доставки питательных веществ [5].

Чаще всего, химический синапс образован между окончанием аксона одного нейрона и дендритом другого. Его работа напоминает. «переброс» эстафетной палочки, роль которой и играет нейромедиатор — химический посредник передачи сигнала [12], [42], [44–48].

На пресинаптическом окончании аксона ПД вызывает выброс нейромедиатора во внеклеточную среду — к принимающему нейрону. Последний только этого и ждет с нетерпением: в мембране дендритов рецепторы — ионные каналы определенного типа — связывают нейромедиатор, открываются и пропускают через себя разные ионы. Это приводит к генерации маленького постсинаптического потенциала (ПСП) на мембране дендрита. Он напоминает ПД, но значительно меньше по амплитуде и происходит за счет открывания других каналов. Множество этих маленьких ПСП, каждый от своего синапса, «сбегаются» по мембране дендритов к телу нейрона (зеленые стрелки на рис. 3а) и достигают начального сегмента аксона, где вызывают открывание Na-каналов и «провоцируют» его на генерацию ПД.

Такие синапсы называются возбуждающими: они способствуют активации нейрона и генерации ПД. Существуют также и тормозящие синапсы. Они, наоборот, способствуют торможению и препятствуют генерации ПД. Часто на одном нейроне есть и те, и другие синапсы. Определенное соотношение между торможением и возбуждением важно для нормальной работы мозга, формирования мозговых ритмов, сопровождающих высшие когнитивные функции [49].

Как это ни странно, выброс нейромедиатора в синапсе может и не произойти вовсе — это процесс вероятностный [18], [19]. Нейроны так экономят энергию: синаптическая передача и так обусловливает около половины всех энергозатрат нейронов [25]. Если бы синапсы всегда срабатывали, вся энергия пошла бы на обеспечение их работы, и не осталось бы ресурсов для других процессов. Более того, именно низкая вероятность (20–40%) выброса нейромедиатора соответствует наибольшей энергетической эффективности синапсов. Отношение количества полезной информации к затрачиваемой энергии в этом случае максимально [18], [19]. Так, выходит, что «неудачи» играют важную роль в работе синапсов и, соответственно, всего мозга. А за передачу сигнала при иногда «не срабатывающих» синапсах можно не беспокоиться, так как между нейронами обычно много синапсов, и хоть один из них да сработает.

Еще одна особенность синаптической передачи состоит в разделении общего потока информации на отдельные компоненты по частоте модуляции приходящего сигнала (грубо говоря, частоте приходящих ПД) [50]. Это происходит благодаря комбинированию разных рецепторов на постсинаптической мембране [38], [50]. Некоторые рецепторы активируются очень быстро: например, AMPA-рецепторы (AMPA происходит от α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid). Если на постсинаптическом нейроне представлены только такие рецепторы, он может четко воспринимать высокочастотный сигнал (такой, как, например, на рис. 2в). Ярчайший пример — нейроны слуховой системы, участвующие в определении местоположения источника звука и точном распознавании коротких звуков типа щелчка, широко представленных в речи [12], [38], [51]. NMDA-рецепторы (NMDA — от Nmethyl-Daspartate) более медлительны. Они позволяют нейронам отбирать сигналы более низкой частоты (рис. 2г), а также воспринимать высокочастотную серию ПД как нечто единое — так называемое интегрирование синаптических сигналов [14]. Есть еще более медленные метаботропные рецепторы, которые при связывании нейромедиатора, передают сигнал на цепочку внутриклеточных «вторичных посредников» для подстройки самых разных клеточных процессов. К примеру, широко распространены рецепторы, ассоциированные с G-белками. В зависимости от типа они, например, регулируют количество каналов в мембране или напрямую модулируют их работу [14].

Различные комбинации быстрых AMPA-, более медленных NMDA- и метаботропных рецепторов позволяют нейронам отбирать и использовать наиболее полезную для них информацию, важную для их функционирования [50]. А «бесполезная» информация отсеивается, она не «воспринимается» нейроном. В таком случае не приходится тратить энергию на обработку ненужной информации. В этом и состоит еще одна сторона оптимизации синаптической передачи между нейронами.

Что еще?

Энергетическая эффективность клеток мозга исследуется также и в отношении их морфологии [35], [52–54]. Исследования показывают, что ветвление дендритов и аксона не хаотично и тоже экономит энергию [52], [54]. Например, аксон ветвится так, чтобы суммарная длина пути, который проходит ПД, была наименьшей. В таком случае энергозатраты на проведение ПД вдоль аксона минимальны.

Снижение энергозатрат нейрона достигается также при определенном соотношении тормозящих и возбуждающих синапсов [55]. Это имеет прямое отношение, например, к ишемии (патологическому состоянию, вызванному нарушением кровотока в сосудах) головного мозга. При этой патологии, вероятнее всего, первыми выходят из строя наиболее метаболически активные нейроны [9], [16]. В коре они представлены ингибиторными интернейронами, образующими тормозящие синапсы на множестве других пирамидальных нейронов [9], [16], [49]. В результате гибели интернейронов, снижается торможение пирамидальных. Как следствие, возрастает общий уровень активности последних (чаще срабатывают активирующие синапсы, чаще генерируются ПД). За этим немедленно следует рост их энергопотребления, что в условиях ишемии может привести к гибели нейронов.

При изучении патологий внимание уделяют и синаптической передаче как наиболее энергозатратному процессу [19]. Например, при болезнях Паркинсона [56], Хантингтона [57], Альцгеймера [58–61] происходит нарушение работы или транспорта к синапсам митохондрий, играющих основную роль в синтезе АТФ [62], [63]. В случае болезни Паркинсона, это может быть связано с нарушением работы и гибелью высоко энергозатратных нейронов черной субстанции, важной для регуляции моторных функций, тонуса мышц. При болезни Хантингтона, мутантный белок хангтингтин нарушает механизмы доставки новых митохондрий к синапсам, что приводит к «энергетическому голоданию» последних, повышенной уязвимости нейронов и избыточной активации. Все это может вызвать дальнейшие нарушения работы нейронов с последующей атрофией полосатого тела и коры головного мозга. При болезни Альцгеймера нарушение работы митохондрий (параллельно со снижением количества синапсов) происходит из-за отложения амилоидных бляшек. Действие последних на митохондрии приводит к окислительному стрессу, а также к апоптозу — клеточной гибели нейронов.

Еще раз обо всем

В конце ХХ века зародился подход к изучению мозга, в котором одновременно рассматривают две важные характеристики: сколько нейрон (или нейронная сеть, или синапс) кодирует и передает полезной информации и сколько энергии при этом тратит [6], [18], [19]. Их соотношение является своего рода критерием энергетической эффективности нейронов, нейронных сетей и синапсов.

Использование этого критерия в вычислительной нейробиологии дало существенный прирост к знаниям относительно роли некоторых явлений, процессов [6], [18–20], [26], [30], [43], [55]. В частности, малая вероятность выброса нейромедиатора в синапсе [18], [19], определенный баланс между торможением и возбуждением нейрона [55], выделение только определенного рода приходящей информации благодаря определенной комбинации рецепторов [50] — все это способствует экономии ценных энергетических ресурсов.

Более того, само по себе определение энергозатрат сигнальных процессов (например, генерация, проведение ПД, синаптическая передача) позволяет выяснить, какой из них пострадает в первую очередь при патологическом нарушении доставки питательных веществ [10], [25], [56]. Так как больше всего энергии требуется для работы синапсов, именно они первыми выйдут из строя при таких патологиях, как ишемия, болезни Альцгеймера и Хантингтона [19], [25]. Схожим образом определение энергозатрат разных типов нейронов помогает выяснить, какой из них погибнет раньше других в случае патологии. Например, при той же ишемии, в первую очередь выйдут из строя интернейроны коры [9], [16]. Эти же нейроны из-за интенсивного метаболизма — наиболее уязвимые клетки и при старении, болезни Альцгеймера и шизофрении [16].

В общем, подход к определению энергетически эффективных механизмов работы мозга является мощным направлением для развития и фундаментальной нейронауки, и ее медицинских аспектов [5], [14], [16], [20], [26], [55], [64].

Благодарности

Искренне благодарен моим родителям Ольге Наталевич и Александру Жукову, сестрам Любе и Алене, моему научному руководителю Алексею Браже и замечательным друзьям по лаборатории Эвелине Никельшпарг и Ольге Слатинской за поддержку и вдохновение, ценные замечания, сделанные при прочтении статьи. Я также очень благодарен редактору статьи Анне Петренко и главреду «Биомолекулы» Антону Чугунову за пометки, предложения и замечания.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Для чего нужны нервные клетки. Смотреть фото Для чего нужны нервные клетки. Смотреть картинку Для чего нужны нервные клетки. Картинка про Для чего нужны нервные клетки. Фото Для чего нужны нервные клетки