Pada kemungkinan tak terbatas dari otak kita menulis pegunungan sastra. Dia mampu memproses sejumlah besar informasi yang bahkan komputer modern tidak dapat melakukannya. Apalagi otak dalam kondisi normal bekerja tanpa gangguan selama 70-80 tahun atau lebih. Dan setiap tahun durasi hidupnya, dan karenanya kehidupan seseorang meningkat.

Kerja efektif organ yang paling penting dan dalam banyak hal misterius ini disediakan terutama oleh dua jenis sel: neuron dan glial. Ini adalah neuron yang bertanggung jawab untuk menerima dan memproses informasi, memori, perhatian, pemikiran, imajinasi dan kreativitas.

Neuron dan strukturnya

Anda sering dapat mendengar bahwa kemampuan mental seseorang menjamin keberadaan materi abu-abu. Apa zat ini dan mengapa abu-abu? Warna ini memiliki korteks serebral, yang terdiri dari sel mikroskopis. Ini adalah neuron atau sel-sel saraf yang memastikan fungsi otak kita dan kontrol seluruh tubuh manusia.

Bagaimana sel sarafnya?

Neuron, seperti sel hidup lainnya, terdiri dari nukleus dan tubuh seluler, yang disebut soma. Ukuran sel itu sendiri mikroskopis - dari 3 hingga 100 mikron. Namun, ini tidak mencegah neuron dari repositori nyata berbagai informasi. Setiap sel saraf berisi satu set gen lengkap - instruksi untuk produksi protein. Beberapa protein terlibat dalam transmisi informasi, yang lain membuat cangkang pelindung di sekitar sel itu sendiri, yang lain terlibat dalam proses memori, keempat memberikan perubahan suasana hati, dll.

Bahkan kegagalan kecil dalam salah satu program untuk produksi beberapa protein dapat menyebabkan konsekuensi serius, penyakit, gangguan mental, demensia, dll.

Setiap neuron dikelilingi oleh sel pelindung sel glial, mereka secara harfiah mengisi seluruh ruang antar sel dan membentuk 40% dari substansi otak. Glia atau kumpulan sel glial melakukan fungsi yang sangat penting: melindungi neuron dari pengaruh eksternal yang tidak menguntungkan, menyediakan nutrisi bagi sel-sel saraf, dan menghilangkan produk metabolisme mereka.

Sel glial menjaga kesehatan dan integritas neuron, oleh karena itu, mereka tidak mengizinkan banyak zat kimia asing masuk ke sel saraf. Termasuk narkoba. Oleh karena itu, efektivitas berbagai obat yang dirancang untuk memperkuat aktivitas otak sama sekali tidak dapat diprediksi, dan mereka bertindak secara berbeda pada setiap orang.

Dendrit dan akson

Meskipun kompleksitas neuron, itu sendiri tidak memainkan peran penting dalam otak. Aktivitas saraf kita, termasuk aktivitas mental, adalah hasil dari interaksi banyak neuron yang bertukar sinyal. Penerimaan dan transmisi sinyal-sinyal ini, lebih tepatnya, impuls listrik yang lemah terjadi dengan bantuan serabut saraf.

Neuron memiliki beberapa serabut saraf pendek (sekitar 1 mm) - dendrit, dinamakan demikian karena kemiripannya dengan pohon. Dendrit bertanggung jawab untuk menerima sinyal dari sel saraf lain. Dan sebagai pemancar sinyal bertindak akson. Serat dalam neuron ini hanya satu, tetapi dapat mencapai panjang hingga 1,5 meter. Menghubungkan dengan bantuan akson dan dendrit, sel-sel saraf membentuk jaringan saraf keseluruhan. Dan semakin kompleks sistem interelasi, semakin sulit aktivitas mental kita.

Pekerjaan neuron

Dasar dari aktivitas paling kompleks dari sistem saraf kita adalah pertukaran impuls listrik yang lemah antar neuron. Tetapi masalahnya adalah bahwa awalnya akson dari satu sel saraf dan dendrit yang lain tidak terhubung, di antara mereka ada ruang yang diisi dengan zat antar sel. Ini yang disebut celah sinaptik, dan tidak dapat mengatasi sinyalnya. Bayangkan bahwa dua orang saling mengulurkan tangan dan tidak cukup menjangkau.

Masalah ini diselesaikan oleh neuron secara sederhana. Di bawah pengaruh arus listrik yang lemah, reaksi elektrokimia terjadi dan molekul protein - neurotransmitter - terbentuk. Molekul ini dan tumpang tindih celah sinaptik, menjadi semacam jembatan untuk sinyal. Neurotransmitter melakukan satu fungsi lagi - mereka menghubungkan neuron, dan semakin sering sinyal bergerak di sepanjang sirkuit saraf ini, semakin kuat koneksi ini. Bayangkan sebuah ford melintasi sungai. Melewati itu, seseorang melempar batu ke dalam air, dan kemudian setiap pelancong berikutnya melakukan hal yang sama. Hasilnya adalah transisi yang solid dan andal.

Koneksi antar neuron semacam itu disebut sinaps, dan memainkan peran penting dalam aktivitas otak. Diyakini bahwa bahkan ingatan kita adalah hasil dari kerja sinapsis. Koneksi ini memberikan kecepatan yang lebih besar dari impuls saraf - sinyal di sepanjang sirkuit neuron bergerak pada kecepatan 360 km / jam atau 100 m / s. Anda dapat menghitung berapa lama sinyal dari jari yang secara tidak sengaja ditusuk dengan jarum masuk ke otak. Ada sebuah misteri lama: "Apa hal tercepat di dunia?" Jawab: "Pikir." Dan itu sangat jelas diperhatikan.

Jenis-jenis neuron

Neuron tidak hanya di otak, di mana mereka, berinteraksi, membentuk sistem saraf pusat. Neuron terletak di semua organ tubuh kita, di otot dan ligamen di permukaan kulit. Terutama banyak dari mereka di reseptor, yaitu indera. Jaringan luas sel-sel saraf yang menembus seluruh tubuh manusia adalah sistem saraf tepi yang melakukan fungsi-fungsi yang sama pentingnya dengan yang sentral. Variasi neuron dibagi menjadi tiga kelompok utama:

• Neuron Affector menerima informasi dari organ-organ indera dan dalam bentuk impuls sepanjang serabut saraf memasoknya ke otak. Sel-sel saraf ini memiliki akson terpanjang, karena tubuh mereka terletak di bagian otak yang sesuai. Ada spesialisasi yang ketat, dan sinyal suara pergi secara eksklusif ke bagian pendengaran otak, mencium - ke penciuman, cahaya - ke visual, dll.
• Neuron intermediate atau intercalary memproses informasi yang diterima dari influors. Setelah informasi dievaluasi, neuron perantara memerintahkan organ-organ indera dan otot-otot yang terletak di pinggiran tubuh kita.
• Neuron yang eferen atau efektor mengirimkan perintah ini dari zat antara dalam bentuk impuls saraf ke organ, otot, dll.

Yang paling sulit dan paling tidak dipahami adalah karya neuron perantara. Mereka bertanggung jawab tidak hanya untuk reaksi refleks, seperti, misalnya, menarik tangan dari wajan panas atau berkedip ketika ada kilatan cahaya. Sel-sel saraf ini menyediakan proses mental yang rumit seperti berpikir, imajinasi, kreativitas. Dan bagaimana pertukaran spontan impuls saraf antara neuron berubah menjadi gambar yang jelas, plot fantastis, penemuan brilian, atau hanya refleksi pada hari Senin yang sulit? Ini adalah rahasia utama otak, di mana para ilmuwan bahkan belum mendekat.

Satu-satunya hal yang dapat mengetahui bahwa berbagai jenis aktivitas mental terkait dengan aktivitas berbagai kelompok neuron. Mimpi masa depan, menghafal puisi, persepsi orang yang dicintai, memikirkan pembelian - semua ini tercermin dalam otak kita sebagai kilasan aktivitas sel-sel saraf di berbagai titik korteks serebral.

Fungsi Neuron

Mengingat bahwa neuron memastikan berfungsinya semua sistem tubuh, fungsi sel-sel saraf harus sangat beragam. Selain itu, mereka masih belum sepenuhnya dipahami. Di antara banyak klasifikasi yang berbeda dari fungsi-fungsi ini, kita akan memilih satu yang paling dimengerti dan dekat dengan masalah-masalah ilmu psikologi.

Fungsi transfer informasi

Ini adalah fungsi utama neuron, yang terhubung dengan yang lain, meskipun tidak kurang signifikan. Fungsi yang sama adalah yang paling banyak dipelajari. Semua sinyal eksternal ke organ memasuki otak, di mana mereka diproses. Dan kemudian, sebagai hasil dari umpan balik, dalam bentuk impuls perintah, mereka ditransfer melalui serabut saraf eferen kembali ke organ sensorik, otot, dll.

Sirkulasi informasi yang demikian terus-menerus terjadi tidak hanya pada tingkat sistem saraf tepi, tetapi juga di otak. Koneksi antara neuron yang bertukar informasi membentuk jaringan saraf yang luar biasa kompleks. Bayangkan saja: setidaknya ada 30 miliar neuron di otak, dan masing-masing dari mereka dapat memiliki hingga 10 ribu koneksi. Pada pertengahan abad ke-20, sibernetika mencoba membuat komputer elektronik yang beroperasi berdasarkan prinsip otak manusia. Tetapi mereka tidak berhasil - proses yang terjadi di sistem saraf pusat ternyata terlalu rumit.

Fungsi Pelestarian Pengalaman

Neuron bertanggung jawab atas apa yang kita sebut memori. Lebih tepatnya, seperti yang telah diketahui oleh ahli neurofisiologi, pelestarian jejak sinyal yang melewati sirkuit saraf adalah produk sampingan yang khas dari aktivitas otak. Dasar ingatan adalah molekul yang sangat protein - neurotransmiter, yang muncul sebagai penghubung antara sel-sel saraf. Karena itu, tidak ada bagian khusus otak yang bertanggung jawab untuk menyimpan informasi. Dan jika, sebagai akibat dari cedera atau penyakit, penghancuran koneksi saraf terjadi, maka orang tersebut mungkin kehilangan sebagian ingatannya.

Fungsi integratif

Ini adalah interaksi antara berbagai bagian otak. "Kilasan" instan dari sinyal yang dikirim dan diterima, hot spot di korteks otak - ini adalah kelahiran gambar, perasaan dan pikiran. Koneksi neural yang kompleks menyatukan di antara mereka sendiri bagian-bagian berbeda dari korteks serebral dan menembus ke dalam zona subkortikal adalah produk dari aktivitas mental kita. Dan semakin banyak koneksi seperti itu muncul, semakin baik ingatan dan semakin produktif pemikiran. Faktanya, semakin kita berpikir, semakin pintar kita menjadi.

Fungsi produksi protein

Aktivitas sel-sel saraf tidak terbatas pada proses informasi. Neuron adalah pabrik protein nyata. Ini adalah neurotransmitter yang sama yang tidak hanya berfungsi sebagai "jembatan" antara neuron, tetapi juga memainkan peran besar dalam mengatur kerja tubuh kita secara keseluruhan. Saat ini, ada sekitar 80 spesies senyawa protein ini yang melakukan berbagai fungsi:

• Norepinefrin, kadang-kadang disebut sebagai hormon kemarahan atau stres. Ini meredam tubuh, meningkatkan kinerja, membuat jantung berdetak lebih cepat dan mempersiapkan tubuh untuk tindakan segera untuk mengusir bahaya.
• Dopamin adalah tonik utama tubuh kita. Dia terlibat dalam revitalisasi semua sistem, termasuk selama kebangkitan, selama aktivitas fisik dan menciptakan sikap emosional positif hingga euforia.
• Serotonin juga merupakan substansi "suasana hati yang baik", meskipun tidak memengaruhi aktivitas fisik.
• Glutamat adalah pemancar yang diperlukan agar memori berfungsi, tanpa itu penyimpanan informasi jangka panjang menjadi mustahil.
• Acetylcholine mengatur proses tidur dan bangun, dan juga diperlukan untuk mengaktifkan perhatian.

Neurotransmitter, atau lebih tepatnya jumlahnya, memengaruhi kesehatan tubuh. Dan jika ada masalah dengan produksi molekul protein ini, maka penyakit serius dapat berkembang. Misalnya, kekurangan dopamin adalah salah satu penyebab penyakit Parkinson, dan jika zat ini diproduksi terlalu banyak, maka skizofrenia dapat berkembang. Jika asetilkolin tidak cukup diproduksi, maka penyakit Alzheimer yang sangat tidak menyenangkan dapat terjadi, yang disertai dengan demensia.

Pembentukan neuron di otak dimulai bahkan sebelum kelahiran seseorang, dan selama seluruh periode pematangan, pembentukan aktif dan komplikasi koneksi saraf terjadi. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa pada orang dewasa sel-sel saraf baru tidak dapat muncul, tetapi proses kepunahan mereka tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, pengembangan mental kepribadian hanya dimungkinkan karena komplikasi koneksi saraf. Dan kemudian di usia tua, semua orang pasti akan mengalami penurunan kemampuan mental.

Tetapi penelitian terbaru telah membantah ramalan pesimistis ini. Ilmuwan Swiss telah membuktikan bahwa ada daerah otak yang bertanggung jawab atas kelahiran neuron baru. Ini adalah hippocampus, menghasilkan hingga 1.400 sel saraf baru setiap hari. Dan kita semua yang perlu Anda lakukan adalah dengan lebih aktif memasukkan mereka ke dalam kerja otak, menerima dan memahami informasi baru, sehingga menciptakan koneksi saraf baru dan mempersulit jaringan saraf.

Neuron dan jaringan saraf

Neuron dan jaringan saraf

Jaringan saraf adalah elemen struktural utama sistem saraf. Struktur jaringan saraf termasuk sel-sel saraf yang sangat khusus - neuron, dan sel neuroglia yang melakukan fungsi pendukung, sekretori dan pelindung.

Neuron adalah unit struktural dan fungsional utama dari jaringan saraf. Sel-sel ini dapat menerima, memproses, menyandikan, mengirim dan menyimpan informasi, menjalin kontak dengan sel-sel lain. Ciri-ciri unik dari neuron adalah kemampuan untuk menghasilkan pelepasan bioelektrik (pulsa) dan mengirimkan informasi sepanjang proses dari satu sel ke sel lainnya menggunakan ujung khusus - sinapsis.

Fungsi-fungsi neuron dipromosikan oleh sintesis dalam axoplasmanya dari zat-zat pemancar - neurotransmiter: asetilkolin, katekolamin, dll.

Jumlah neuron otak mendekati 10 11. Hingga 10.000 sinapsis dapat ada pada satu neuron. Jika elemen-elemen ini dianggap sel penyimpanan informasi, maka dapat disimpulkan bahwa sistem saraf dapat menyimpan 10 19 unit. informasi, mis. mampu menampung hampir semua pengetahuan yang dikumpulkan oleh umat manusia. Oleh karena itu, gagasan bahwa otak manusia selama hidup mengingat segala sesuatu yang terjadi dalam tubuh dan selama komunikasinya dengan lingkungan cukup masuk akal. Namun, otak tidak dapat mengambil dari memori semua informasi yang tersimpan di dalamnya.

Beberapa jenis organisasi saraf adalah karakteristik dari berbagai struktur otak. Neuron yang mengatur fungsi tunggal membentuk apa yang disebut kelompok, ansambel, kolom, inti.

Neuron berbeda dalam struktur dan fungsinya.

Menurut struktur (tergantung pada jumlah hasil dari sel, proses), ada unipolar (dengan satu proses), bipolar (dengan dua proses) dan multipolar (dengan sejumlah proses) neuron.

Dengan sifat fungsional dari aferen terisolasi (atau sentripetal) neuron pembawa eksitasi dari reseptor di SSP, eferen, motor, neuron motorik (atau sentrifugal) transmisi eksitasi SSP ke organ dipersarafi dan kabisat, kontak atau neuron menengah interkoneksi aferen dan eferen neuron.

Neuron aferen milik unipolar, tubuh mereka terletak di ganglia tulang belakang. Pertumbuhan sel tubuh berbentuk T dibagi menjadi dua cabang, salah satunya pergi ke sistem saraf pusat dan bertindak sebagai akson, dan yang lainnya mendekati reseptor dan merupakan dendrit yang panjang.

Sebagian besar neuron eferen dan interkarial merupakan multipolar (Gambar 1). Neuron interkuli multipolar terletak dalam jumlah besar di tanduk posterior medula spinalis, serta di semua bagian lain dari sistem saraf pusat. Mereka juga bisa bipolar, misalnya, neuron retina dengan dendrit bercabang pendek dan akson yang panjang. Motoneuron terletak terutama di tanduk anterior medula spinalis.

Fig. 1. Struktur sel saraf:

1 - mikrotubulus; 2 - proses panjang sel saraf (akson); 3 - retikulum endoplasma; 4 - inti; 5 - neuroplasma; 6 - dendrit; 7 - mitokondria; 8 - nukleolus; 9 - selubung mielin; 10 - Interception Ranvie; 11 - akhir akson

Neuroglia

Neuroglia, atau glia, adalah kumpulan elemen seluler dari jaringan saraf yang dibentuk oleh sel-sel khusus dari berbagai bentuk.

Itu ditemukan oleh R. Virkhov dan dinamai olehnya neuroglia, yang berarti "lem saraf". Sel-sel neuroglia mengisi ruang di antara neuron, membentuk 40% dari volume otak. Sel glial 3-4 kali lebih kecil dari sel saraf; jumlah mereka di sistem saraf pusat mamalia mencapai 140 miliar. Dengan bertambahnya usia, jumlah neuron pada manusia di otak berkurang dan jumlah sel glial meningkat.

Ditetapkan bahwa neuroglia terkait dengan metabolisme di jaringan saraf. Beberapa sel neuroglia mengeluarkan zat yang memengaruhi keadaan rangsangan neuron. Perlu dicatat bahwa dalam keadaan mental yang berbeda, sekresi sel-sel ini berubah. Proses penelusuran jangka panjang dalam SSP dikaitkan dengan keadaan fungsional neuroglia.

Jenis sel glial

Berdasarkan sifat struktur sel glial dan lokasinya di CNS ada:

• astrosit (astroglia);
• oligodendrocytes (oligodendroglia);
• sel mikroglial (mikroglia);
• Sel Schwann.

Sel glial melakukan fungsi pendukung dan pelindung untuk neuron. Mereka adalah bagian dari struktur penghalang darah-otak. Astrosit adalah sel glial paling banyak yang mengisi ruang antara neuron dan sinapsis atasnya. Mereka mencegah penyebaran neurotransmiter yang menyebar dari celah sinaptik ke dalam SSP. Dalam membran sitoplasmik astrosit, ada reseptor untuk neurotransmiter, aktivasi yang dapat menyebabkan fluktuasi perbedaan potensial membran dan perubahan metabolisme astrosit.

Astrosit mengelilingi kapiler pembuluh darah otak, yang terletak di antara mereka dan neuron. Atas dasar ini, astrosit dianggap memainkan peran penting dalam metabolisme neuron, mengatur permeabilitas kapiler untuk zat-zat tertentu.

Salah satu fungsi penting astrosit adalah kemampuannya untuk menyerap kelebihan ion K +, yang dapat terakumulasi dalam ruang antar sel selama aktivitas saraf yang tinggi. Di daerah adhesi astrosit, saluran kontak slot terbentuk, melalui mana astrosit dapat bertukar berbagai ion kecil dan, khususnya, ion K +. Dengan demikian, astrosit, menyerap kelebihan ion K + dari cairan interstitial, mencegah peningkatan rangsangan neuron dan pembentukan fokus peningkatan aktivitas saraf. Munculnya fokus semacam itu di otak manusia dapat disertai oleh fakta bahwa neuron-neuron mereka menghasilkan serangkaian impuls saraf, yang disebut pelepasan konvulsi.

Astrosit terlibat dalam penghilangan dan penghancuran neurotransmiter yang memasuki ruang ekstrasinaptik. Dengan demikian, mereka mencegah akumulasi neurotransmitter di ruang neuron, yang dapat menyebabkan disfungsi otak.

Neuron dan astrosit dipisahkan oleh slot antar sel 15-20 mikron, yang disebut ruang interstitial. Ruang interstisial menempati hingga 12-14% dari volume otak. Sifat penting dari astrosit adalah kemampuannya untuk menyerap CO2 dari cairan ekstraseluler dari ruang-ruang ini, dan dengan demikian mempertahankan pH otak yang stabil.

Astrosit terlibat dalam pembentukan antarmuka antara jaringan saraf dan pembuluh otak, jaringan saraf, dan membran otak dalam proses pertumbuhan dan perkembangan jaringan saraf.

Oligodendrocytes ditandai dengan adanya sejumlah kecil proses pendek. Salah satu fungsi utama mereka adalah pembentukan selubung mielin dari serabut saraf dalam sistem saraf pusat. Sel-sel ini juga terletak sangat dekat dengan tubuh neuron, tetapi signifikansi fungsional dari fakta ini tidak diketahui.

Sel-sel mikroglial membentuk 5-20% dari jumlah total sel glial dan tersebar di seluruh sistem saraf pusat. Ditetapkan bahwa antigen permukaannya identik dengan antigen monosit darah. Ini menunjukkan asal mereka dari mesoderm, penetrasi ke dalam jaringan saraf selama perkembangan embrionik, dan transformasi selanjutnya menjadi sel mikroglial yang dapat dikenali secara morfologis. Dalam hal ini, dianggap bahwa fungsi paling penting dari mikroglia adalah perlindungan otak. Telah ditunjukkan bahwa ketika jaringan saraf rusak, jumlah sel fagositosis di dalamnya meningkat karena makrofag darah dan aktivasi sifat fagositosis mikroglia. Mereka menghilangkan neuron yang mati, sel glial dan elemen strukturalnya, partikel asing fagositik.

Sel Schwann membentuk selubung mielin dari serabut saraf tepi di luar SSP. Membran sel ini berulang kali dililitkan di sekitar serat saraf, dan ketebalan selubung mielin yang dihasilkan mungkin melebihi diameter serat saraf. Panjang area serat myelinated dari saraf adalah 1-3 mm. Dalam interval di antara mereka (intersepsi Ranvier), serat saraf tetap tertutup hanya oleh membran permukaan, yang memiliki rangsangan.

Salah satu sifat paling penting dari myelin adalah ketahanannya yang tinggi terhadap arus listrik. Ini karena tingginya kandungan sphingomyelin dan fosfolipid lain dalam mielin, yang memberikan sifat isolasi saat ini. Di daerah serat saraf yang dilapisi myelin, proses menghasilkan impuls saraf tidak mungkin. Impuls saraf hanya dihasilkan pada membran intersepsi Ranvier, yang memberikan tingkat konduksi impuls saraf yang lebih tinggi untuk tetapi serat saraf mielin dibandingkan dengan yang tidak bermielin.

Diketahui bahwa struktur mielin dapat dengan mudah terganggu oleh infeksi, iskemik, traumatis, kerusakan toksik pada sistem saraf. Pada saat yang sama, proses demielinasi serabut saraf berkembang. Terutama sering, demielinasi berkembang dalam multiple sclerosis. Sebagai hasil dari demielinasi, kecepatan impuls saraf di sepanjang serat saraf menurun, kecepatan pengiriman informasi ke otak dari reseptor dan dari neuron ke organ eksekutif berkurang. Hal ini dapat menyebabkan gangguan sensitivitas sensorik, gangguan gerak, regulasi fungsi organ internal dan konsekuensi serius lainnya.

Struktur dan fungsi neuron

Neuron (sel saraf) adalah unit struktural dan fungsional dari sistem saraf pusat.

Struktur anatomi dan sifat-sifat neuron memastikan terpenuhinya fungsi-fungsi utamanya: penerapan metabolisme, produksi energi, persepsi berbagai sinyal dan pemrosesan mereka, pembentukan atau partisipasi dalam reaksi respons, pembangkitan dan konduksi impuls saraf, penyatuan neuron ke dalam sirkuit saraf yang menyediakan reaksi refleks yang paling sederhana dan dan fungsi otak integratif yang lebih tinggi.

Neuron terdiri dari tubuh sel saraf dan proses akson dan dendrit.

Fig. 2. Struktur neuron

Sel saraf tubuh

Tubuh (perikaryon, soma) dari neuron dan prosesnya tercakup di seluruh membran neuron. Membran tubuh sel berbeda dari membran akson dan dendrit dengan kandungan berbagai saluran ion, reseptor, keberadaan sinapsis di atasnya.

Di dalam tubuh neuron, ada neuroplasma dan nukleus dibatasi oleh membran, retikulum endoplasma kasar, aparatus Golgi, dan mitokondria. Kromosom nukleus neuron mengandung sekumpulan gen yang mengkode sintesis protein yang diperlukan untuk pembentukan struktur dan implementasi fungsi tubuh neuron, proses dan sinapsisnya. Ini adalah protein yang melakukan fungsi enzim, pembawa, saluran ion, reseptor, dll. Beberapa protein melakukan fungsi ketika mereka berada di neuroplasma, sementara yang lain diintegrasikan ke dalam membran organel, soma, dan proses neuron. Beberapa dari mereka, misalnya, enzim yang diperlukan untuk sintesis neurotransmiter, diangkut melalui transportasi aksonal ke terminal akson. Dalam tubuh sel, peptida disintesis yang diperlukan untuk aktivitas vital akson dan dendrit (misalnya, faktor pertumbuhan). Karena itu, ketika tubuh neuron rusak, prosesnya merosot dan runtuh. Jika tubuh neuron dipertahankan dan prosesnya rusak, maka pemulihannya lambat (regenerasi) dan pemulihan persarafan otot atau organ yang mengalami kerusakan.

Situs sintesis protein dalam tubuh neuron adalah retikulum endoplasma kasar (granula tigroid atau badan Nissl) atau ribosom bebas. Konten mereka dalam neuron lebih tinggi daripada di glial atau sel-sel lain dari tubuh. Dalam retikulum endoplasma halus dan peralatan Golgi, protein memperoleh konformasi spasial intrinsik, diurutkan dan dikirim ke aliran transportasi ke struktur tubuh sel, dendrit atau akson.

Dalam banyak mitokondria neuron, sebagai hasil dari proses fosforilasi oksidatif, ATP terbentuk, energi yang digunakan untuk mempertahankan aktivitas vital neuron, kerja pompa ion, dan mempertahankan asimetri konsentrasi ion pada kedua sisi membran. Akibatnya, neuron berada dalam kesiapan konstan tidak hanya untuk melihat sinyal yang berbeda, tetapi juga untuk menanggapi mereka - generasi impuls saraf dan penggunaannya untuk mengendalikan fungsi sel lain.

Reseptor molekuler dari membran sel, reseptor sensorik yang dibentuk oleh dendrit, dan sel sensorik yang berasal dari epitel mengambil bagian dalam mekanisme persepsi neuron dari berbagai sinyal. Sinyal dari sel saraf lain dapat mencapai neuron melalui banyak sinapsis yang terbentuk pada dendrit atau pada gel neuron.

Dendrit sel saraf

Dendrit neuron membentuk pohon dendritik, sifat percabangan dan ukurannya bergantung pada jumlah kontak sinaptik dengan neuron lain (Gbr. 3). Pada dendrit neuron ada ribuan sinapsis yang dibentuk oleh akson atau dendrit neuron lain.

Fig. 3. Kontak sinaptik dari interneyron. Panah di sebelah kiri menunjukkan kedatangan sinyal aferen ke dendrit dan tubuh interneuron, di sebelah kanan, arah penyebaran sinyal eferen dari interneuron ke neuron lain.

Sinapsis bisa heterogen baik dalam fungsi (penghambatan, rangsang) dan dalam jenis neurotransmitter yang digunakan. Membran dendritik yang terlibat dalam pembentukan sinapsis adalah membran postsinaptik mereka, yang mengandung reseptor (saluran ion tergantung ligan) ke neurotransmitter yang digunakan dalam sinaps ini.

Sinapsis eksitasi (glutamatergik) terutama terletak pada permukaan dendrit, di mana terdapat ketinggian, atau hasil pertumbuhan (1-2 μm), yang disebut duri. Ada saluran di membran tulang belakang, permeabilitas yang tergantung pada perbedaan potensial transmembran. Dalam sitoplasma dari dendrit di daerah tulang belakang, mediator sekunder transduksi sinyal intraseluler, serta ribosom, di mana protein disintesis dalam menanggapi kedatangan sinyal sinaptik, ditemukan. Peran pasti duri masih belum diketahui, tetapi jelas bahwa duri meningkatkan luas permukaan pohon dendritik untuk membentuk sinapsis. Paku juga merupakan struktur neuron untuk menerima sinyal input dan memprosesnya. Dendrit dan duri menyediakan transfer informasi dari perifer ke tubuh neuron. Membran dendritik di daerah memotong terpolarisasi karena distribusi ion mineral asimetris, operasi pompa ion dan adanya saluran ion di dalamnya. Sifat-sifat ini mendasari transfer informasi sepanjang membran dalam bentuk arus sirkular lokal (secara elektrotonik) yang terjadi antara membran pascasinaptik dan area membran dendrit yang berdekatan dengannya.

Ketika mereka merambat melalui membran dendrit, arus lokal teredam, tetapi mereka cukup besar untuk mengirimkan sinyal ke input sinaptik dendritik ke membran tubuh neuron. Saluran natrium dan kalium yang tergantung potensial belum diidentifikasi dalam membran dendrit. Dia tidak memiliki kegembiraan dan kemampuan untuk menghasilkan potensi tindakan. Namun, diketahui bahwa aksi potensial yang timbul pada membran gundukan akson dapat menyebar sepanjang itu. Mekanisme fenomena ini tidak diketahui.

Diasumsikan bahwa dendrit dan duri adalah bagian dari struktur saraf yang terlibat dalam mekanisme memori. Jumlah duri sangat tinggi pada dendrit neuron korteks serebelar, ganglia basal, dan korteks serebral. Luas pohon dendritik dan jumlah sinapsis berkurang di beberapa bidang korteks serebral pada orang tua.

Akson neuron

Akson adalah proses sel saraf yang tidak ditemukan di sel lain. Tidak seperti dendrit, yang jumlahnya berbeda untuk neuron, aksonnya sama untuk semua neuron. Panjangnya bisa mencapai 1,5 m.Pada titik di mana akson meninggalkan neuron, ada penebalan - gundukan aksonal, ditutupi dengan membran plasma, yang segera ditutup dengan mielin. Situs gundukan akson, ditemukan oleh myelin, disebut segmen awal. Akson dari neuron, hingga cabang terakhirnya, ditutupi dengan selubung mielin, terganggu oleh intersepsi Ranvier - daerah non-gel mikroskopis (sekitar 1 mikron).

Sepanjang akson (serat myelinated dan unmyelinated) ditutupi dengan membran fosfolipid bilayer dengan molekul protein yang tertanam di dalamnya, yang berfungsi sebagai transportasi ion, saluran ion yang tergantung potensial, dll. Protein terdistribusi secara merata dalam membran serat saraf unmyelinated, dan pada membran serat saraf myelinated mereka berada terutama di bidang intersepsi Ranvier. Karena tidak ada retikulum kasar dan ribosom dalam axoplasma, jelas bahwa protein ini disintesis dalam tubuh neuron dan dikirim ke membran akson dengan transportasi aksonal.

Sifat-sifat membran yang menutupi tubuh dan akson neuron berbeda. Perbedaan ini terutama menyangkut permeabilitas membran untuk ion mineral dan disebabkan oleh kandungan berbagai jenis saluran ion. Jika kandungan saluran ion yang bergantung pada ligan (termasuk membran pascasinaps) berlaku di membran tubuh dan dendrit dari neuron, maka di membran akson, terutama di area Interceptions of Ranvier, terdapat kepadatan tinggi dari saluran sodium dan kalium yang bergantung pada tegangan.

Polarisasi terkecil (sekitar 30 mV) memiliki membran segmen akson awal. Di daerah akson yang lebih jauh dari tubuh sel, besarnya potensi transmembran adalah sekitar 70 mV. Nilai rendah polarisasi membran segmen awal akson menentukan bahwa di daerah ini membran neuron memiliki rangsangan terbesar. Di sinilah potensi postinaptik yang terjadi pada membran dendrit dan sel tubuh sebagai akibat dari transformasi sinyal informasi ke neuron di sinapsis yang menyebar melalui membran tubuh neuron menggunakan arus listrik sirkuler lokal. Jika arus ini menyebabkan depolarisasi membran gundukan akson ke tingkat kritis (E_untuk), maka neuron akan merespon sinyal yang masuk dari sel-sel saraf lain dengan menghasilkan potensial aksinya (impuls saraf). Impuls saraf yang dihasilkan selanjutnya dilakukan sepanjang akson ke saraf, otot atau sel kelenjar lainnya.

Pada membran segmen akson awal ada duri, di mana sinapsis rem GABA-ergic terbentuk. Penerimaan sinyal di sepanjang sinapsis ini dari neuron lain dapat mencegah pembentukan impuls saraf.

Klasifikasi dan jenis neuron

Klasifikasi neuron dilakukan baik oleh karakteristik morfologis dan fungsional.

Dengan jumlah proses, multipolar, bipolar, dan neuron pseudounipolar dibedakan.

Dengan sifat koneksi dengan sel-sel lain dan fungsi yang mereka lakukan, sensorik, interkalasi dan neuron motorik dibedakan. Neuron sensorik juga disebut neuron aferen, dan prosesnya adalah centripetal. Neuron yang melakukan fungsi transmisi sinyal antara sel-sel saraf disebut interkalasi, atau asosiatif. Neuron, yang aksonnya membentuk sinapsis pada sel efektor (otot, kelenjar), disebut sebagai motor, atau eferen, aksonnya disebut sentrifugal.

Neuron aferen (sensitif) menerima informasi oleh reseptor sensorik, mengubahnya menjadi impuls saraf dan mengarah ke pusat saraf otak dan sumsum tulang belakang. Tubuh-tubuh neuron sensitif terletak di ganglia tulang belakang dan kranial. Ini adalah neuron pseudo-unipolar, akson dan dendrit yang menyimpang dari tubuh neuron bersama-sama dan kemudian terpisah. Dendrit masuk ke pinggiran organ dan jaringan dalam komposisi saraf sensorik atau campuran, dan akson dalam komposisi akar posterior termasuk dalam tanduk dorsal sumsum tulang belakang atau dalam komposisi saraf kranial di otak.

Neuron yang dimasukkan, atau asosiatif, menjalankan fungsi pemrosesan informasi yang masuk dan, khususnya, memastikan penutupan busur refleks. Tubuh-tubuh neuron-neuron ini terletak di bagian abu-abu otak dan sumsum tulang belakang.

Neuron eferen juga melakukan fungsi pemrosesan informasi yang masuk dan mentransmisikan impuls saraf eferen dari otak dan sumsum tulang belakang ke sel-sel organ eksekutif (efektor).

Aktivitas Integratif Neuron

Setiap neuron menerima sejumlah besar sinyal melalui berbagai sinapsis yang terletak pada dendrit dan tubuhnya, serta melalui reseptor molekul membran plasma, sitoplasma dan nukleus. Transmisi sinyal menggunakan berbagai jenis neurotransmiter, neuromodulator dan molekul pensinyalan lainnya. Jelas, untuk membentuk respons terhadap kedatangan simultan dari beberapa sinyal, neuron harus dapat mengintegrasikannya.

Himpunan proses yang menyediakan pemrosesan sinyal yang masuk dan pembentukan respon neuron untuk mereka, termasuk dalam konsep aktivitas integratif dari neuron.

Persepsi dan pemrosesan sinyal yang tiba di neuron dilakukan dengan partisipasi dendrit, sel tubuh dan gundukan akson neuron (Gbr. 4).

Fig. 4. Integrasi sinyal neuron.

Salah satu varian dari pemrosesan dan integrasi (penjumlahan) mereka adalah transformasi dalam sinapsis dan penjumlahan dari potensi post-sinaptik pada membran tubuh dan proses neuron. Sinyal yang diterima dikonversi secara sinapsis ke osilasi dari perbedaan potensial membran postsinaptik (potensial postsinaptik). Bergantung pada jenis sinaps, sinyal yang diterima dapat dikonversi menjadi perubahan depolarisasi kecil (0,5-1,0 mV) dalam perbedaan potensial (EPSP - sinapsis ditampilkan sebagai lingkaran cahaya dalam diagram) atau hiperpolarisasi (TPPS - sinapsis ditampilkan sebagai hitam pada diagram) lingkaran). Beberapa sinyal secara bersamaan dapat tiba di titik yang berbeda dari neuron, beberapa di antaranya diubah menjadi EPSP, dan lainnya - menjadi TPPS.

Fluktuasi perbedaan potensial ini disebarkan oleh arus sirkular lokal melintasi membran neuron ke arah axon knoll dalam bentuk gelombang depolarisasi (dalam skema putih) dan hiperpolarisasi (dalam skema hitam), saling bertumpukan (area abu-abu). Dalam superposisi ini, amplitudo gelombang dalam satu arah dijumlahkan, sedangkan yang berlawanan dikurangi (dihaluskan). Penjumlahan aljabar sedemikian dari perbedaan potensial pada membran disebut penjumlahan spasial (Gbr. 4 dan 5). Hasil dari penjumlahan ini dapat berupa depolarisasi membran gundukan akson dan generasi impuls saraf (kasus 1 dan 2 pada Gambar 4), atau hiperpolarisasi dan pencegahan timbulnya impuls saraf (kasus 3 dan 4 pada Gambar 4).

Untuk menggeser perbedaan potensial membran gundukan akson (sekitar 30 mV) ke E_untuk, itu harus didepolarisasi menjadi 10-20 mV. Ini akan mengarah pada penemuan saluran natrium yang tergantung potensial yang ada di dalamnya dan pembentukan impuls saraf. Karena ketika PD tiba dan dikonversi menjadi EPSP, depolarisasi membran dapat mencapai hingga 1 mV, dan penyebaran ke hillock aksonal disertai dengan pelemahan, untuk menghasilkan impuls saraf, diperlukan pemasukan simultan ke neuron melalui sinapsis eksitasi dari 40-80 impuls saraf dari neuron lain dan penjumlahan. jumlah yang sama dari ipsp.

Fig. 5. Penjumlahan spasial dan temporal dari neuron EPSP; a - BSPP per stimulus tunggal; dan - VPSP untuk stimulasi multipel dari aferen yang berbeda; c - I-VPSP untuk stimulasi yang sering melalui serat saraf tunggal

Jika pada saat ini sejumlah impuls saraf mencapai neuron melalui sinapsis penghambat, maka aktivasi dan pembentukan impuls saraf respons akan mungkin dilakukan sekaligus meningkatkan aliran sinyal melalui sinapsis rangsang. Dalam kondisi ketika sinyal yang berasal dari sinapsis penghambatan menyebabkan hiperpolarisasi membran neuron, sama dengan atau lebih besar dari depolarisasi yang disebabkan oleh sinyal yang berasal dari sinapsis rangsang, depolarisasi membran gundukan akson tidak akan mungkin menghasilkan impuls saraf dan menjadi tidak aktif.

Neuron juga melakukan penjumlahan sementara dari sinyal EPSP dan TPPS yang tiba di sana hampir secara bersamaan (lihat Gambar. 5). Perubahan perbedaan potensial yang disebabkan oleh mereka di daerah dekat-sinaptik juga dapat disimpulkan secara aljabar, yang disebut penjumlahan sementara.

Dengan demikian, setiap impuls saraf yang dihasilkan oleh neuron, serta periode diam neuron, mengandung informasi dari banyak sel saraf lainnya. Biasanya, semakin tinggi frekuensi sinyal dari sel lain ke neuron, semakin sering ia menghasilkan impuls saraf respons yang dikirim oleh akson ke saraf lain atau sel efektor.

Karena fakta bahwa saluran natrium ada di membran tubuh neuron dan bahkan dendritnya (walaupun dalam jumlah kecil), potensi aksi yang muncul pada membran gundukan akson dapat meluas ke tubuh dan beberapa bagian dari dendrit neuron. Signifikansi dari fenomena ini tidak cukup jelas, tetapi diasumsikan bahwa potensi aksi penyebaran sesaat menghaluskan semua arus lokal pada membran, membatalkan potensi dan berkontribusi pada persepsi yang lebih efektif oleh neuron informasi baru.

Reseptor molekuler terlibat dalam transformasi dan integrasi sinyal yang tiba di neuron. Pada saat yang sama, stimulasi mereka dengan memberi sinyal pada molekul dapat, melalui inisiasi (oleh G-protein, mediator kedua), memprakarsai perubahan dalam keadaan saluran ion, transformasi sinyal yang dirasakan menjadi osilasi dari perbedaan potensial pada membran neuron, penjumlahan dan pembentukan respons neuron dalam bentuk generasi impuls saraf atau penghambatan.

Transformasi sinyal oleh reseptor molekuler metabotropik dari neuron disertai dengan responsnya dalam bentuk memicu kaskade transformasi intraseluler. Respons neuron dalam kasus ini mungkin adalah percepatan metabolisme umum, peningkatan pembentukan ATP, yang tanpanya mustahil untuk meningkatkan aktivitas fungsionalnya. Dengan menggunakan mekanisme ini, neuron mengintegrasikan sinyal yang diterima untuk meningkatkan efisiensi aktivitasnya sendiri.

Transformasi intraseluler dalam neuron, yang diprakarsai oleh sinyal yang diterima, sering mengarah pada peningkatan sintesis molekul protein, yang dalam neuron bertindak sebagai reseptor, saluran ion, dan pembawa. Dengan menambah jumlah mereka, neuron beradaptasi dengan sifat dari sinyal yang masuk, meningkatkan kepekaan terhadap yang lebih signifikan dan melemah - ke yang kurang signifikan.

Mendapatkan sejumlah sinyal oleh neuron dapat disertai dengan ekspresi atau represi gen tertentu, misalnya, mereka yang mengendalikan sintesis neuromodulator peptida. Karena mereka dikirim ke terminal akson neuron dan digunakan di dalamnya untuk meningkatkan atau melemahkan efek neurotransmiter pada neuron lain, neuron, dalam menanggapi sinyal yang diterima olehnya, mungkin memiliki efek yang lebih kuat atau lebih lemah pada sel-sel saraf lain yang dikontrolnya. Mengingat bahwa efek modulasi neuropeptida dapat bertahan lama, pengaruh neuron pada sel-sel saraf lain juga dapat bertahan lama.

Dengan demikian, berkat kemampuan untuk mengintegrasikan berbagai sinyal, neuron dapat bereaksi secara halus kepada mereka dengan berbagai respons, memungkinkannya untuk secara efektif beradaptasi dengan sifat sinyal yang masuk dan menggunakannya untuk mengatur fungsi sel-sel lain.

Sirkuit saraf

Neuron SSP berinteraksi satu sama lain, membentuk berbagai sinapsis di lokasi kontak. Pensiun saraf yang dihasilkan berulang kali meningkatkan fungsionalitas sistem saraf. Sirkuit saraf yang paling umum meliputi: sirkuit saraf lokal, hierarkis, konvergen, dan divergen dengan satu input (Gbr. 6).

Sirkuit saraf lokal dibentuk oleh dua atau lebih neuron. Dalam hal ini, salah satu neuron (1) akan memberikan agunan aksonnya ke neuron (2), membentuk sinaps aksonomatis pada tubuhnya, dan yang kedua - membentuk sinaps pada tubuh neuron pertama dengan akson. Jaringan saraf lokal dapat berfungsi sebagai perangkap di mana impuls saraf dapat bersirkulasi untuk waktu yang lama dalam lingkaran yang dibentuk oleh beberapa neuron.

Kemungkinan sirkulasi jangka panjang dari gelombang eksitasi (impuls saraf) yang muncul sekali karena transmisi ke struktur cincin, secara eksperimental menunjukkan Profesor I.A. Vetokhin dalam percobaan di cincin saraf ubur-ubur.

Sirkulasi impuls saraf sirkuler di sepanjang sirkuit saraf lokal melakukan fungsi mengubah irama rangsangan, memberikan kemungkinan eksitasi yang berkepanjangan dari pusat saraf setelah penghentian sinyal kepada mereka, dan berpartisipasi dalam mekanisme menyimpan informasi yang masuk.

Rantai lokal juga dapat melakukan fungsi pengereman. Contohnya adalah penghambatan berulang, yang diwujudkan dalam rantai saraf lokal paling sederhana dari sumsum tulang belakang, yang dibentuk oleh a-motoneuron dan sel Renshaw.

Fig. 6. Sirkuit saraf paling sederhana dari sistem saraf pusat. Deskripsi dalam teks

Dalam hal ini, eksitasi yang muncul di neuron motorik, menyebar di sepanjang cabang akson, mengaktifkan sel Renshaw, yang menghambat neuron motorik.

Rantai konvergen dibentuk oleh beberapa neuron, yang salah satunya (biasanya eferen) menyatu atau menyatukan akson dari sejumlah sel lain. Rantai seperti itu tersebar luas di sistem saraf pusat. Sebagai contoh, neuron piramidal dari korteks motor primer menyatukan akson dari banyak neuron di bidang sensitif korteks. Pada motor neuron tanduk ventral dari akson sumsum tulang belakang dari ribuan neuron sensitif dan interkalasi dari berbagai tingkat SSP bertemu. Rantai konvergen memainkan peran penting dalam mengintegrasikan sinyal dengan neuron eferen dan mengoordinasikan proses fisiologis.

Rantai yang berbeda dengan satu input dibentuk oleh neuron dengan akson bercabang, masing-masing cabang yang membentuk sinaps dengan sel saraf yang berbeda. Sirkuit ini melakukan fungsi transmisi sinyal simultan dari satu neuron ke banyak neuron lainnya. Ini dicapai dengan percabangan yang kuat (pembentukan beberapa ribu ranting) dari akson. Neuron-neuron semacam itu sering ditemukan pada nukleus pembentukan retikuler batang otak. Mereka memberikan peningkatan cepat dalam rangsangan banyak bagian otak dan mobilisasi cadangan fungsionalnya.