Нервная система

Общие принципы строения нервной системы и её функции. Нейрон как структурная и функциональная единица нервной системы. Синапсы, их строение и значение

Содержание

Значение нервной системы 

Строение нервной системы

Функции нервной системы

Нейрон

Синапсы и ещё синапсы

Спинной мозг

Определение понятия

Нервная система (НС) - это управляющая информационная система организма, состоящая из контактирующих между собой отросчатых клеток, обеспечивающих работу с информационными сигналами в виде электрохимических потенциалов. Она входит в состав общей управляющей нейроиммунноэндокринной системы. Обеспечивает упреждающее приспособление организма к факторам внешней и внутренней среды с помощью их информационного моделирования и прогнозирования, а также поддержание гомеостаза и согласованную работу (=координацию) органов и отдельных частей организма. Предназначена для обеспечения выживания организма в меняющихся условиях внешней и внутренней среды. © 2012-2022 Сазонов В.Ф. © 2012-2022 kineziolog.su

Изменения, происходящие во внешней или внутренней среде, мы можем называть событиями. НС строит информационные модели событий, а затем на основе этих моделей строит прогнозы вероятных событий и на основе этих прогнозов запускает опережающие действия, предназначенные для адаптации к этим ещё не наступившим событиям. Свои модели НС строит на основе полученного опыта от прошлых событий.

Образно можно сказать так: нервная система живёт в будущем, созданным на основе прошлого.

Все мы пользуемся не столько текущей информацией, полученной от органов чувств и сенсорных рецепторов, сколько уже готовыми нервными моделями, созданными на основе прошлой информации. Образно можно сказать, что все мы живём в мире иллюзий, созданных нервной системой, а не в мире текущей реальности.

Картины художника Октавио Окампо показывают, как наш мозг изо всех сил стремится использовать готовые зрительные модели и заставляет нас видеть на картинах не только то и не совсем то, что изображено там на самом деле. Перейти1 Перейти2

В организме используется несколько систем регуляции его деятельности: нервная, эндокринная, иммунная. Самая "молодая" и быстрая из них - нервная система. Но в ней также существует несколько подсистем регуляции: вегетативная (симпатическая, парасимпатическая, метасимпатическая) , подкорковая, корковая. Осознавание ощущений происходит на корковом уровне сенсорных ("чувствующих") систем.
Но внутренние органы регулируются в основном вегетативными и подкорковыми структурами нервной системы, сигналы от них просто не доходят до коры больших полушарий головного мозга. Можно сказать, что они находятся на автоматизированном управлении. Благодаря этому сознание не забивается излишней "внутренней" информацией и может сосредоточиться на работе с "внешней" информацией из окружающей среды. Однако, в ряде случаев ощущения пробиваются и из внутренних органов: например, чувство голода, когда "сосёт под ложечкой", позыв к мочеиспусканию при наполнении мочевого пузыря и т. п. Лично мне не хотелось бы постоянно ощущать и контролировать свой мочевой пузырь, желудок, лёгкие и т. д. Уж лучше пусть это происходит автоматически, а я сосредоточусь на том, чтобы преумножать свои и чужие знания.

Источники информационных сигналов для нервной системы 

1. Экстерорецепторы (экстероцепторы) - внешние сенсорные рецепторы. Например, фоторецепторы глаз, механорецепторы и терморецепторы кожи.

2. Интерорецепторы (интероцепторы) - внутренние сенсорные рецепторы. Например, барорецепторы артерий, реагирующие на изменение давления крови.

3. Нейроны-пейсмекеры - "создатели ритма". Это нейроны, самопроизвольно порождающие нервные импульсы, которые заставляют возбуждаться нейроны, к которым эти импульсы приходят. Таким образом НС "сама себя возбуждает, сама себя развлекает". Благодаря этим нейронам НС на ранних этапах своего развития может формировать потоки возбуждения (информационных сигналов), не имея пока ещё сенсорных рецепторов. Также благодаря пейсмекерам мы можем "видеть" сновидения во время сна, хотя фоторецепторы не получают в это время светового раздражения.

Главные задачи нервной системы

1. Прогнозирование предстоящих событий (внутри и вне организма) и организация упреждающих реакций на них для адекватного приспособления.

2. Моделирование внутренней и внешней среды.

3. Обеспечение гомеостаза.

4. Функциональное объединение частей и органов организма в единое целое.

5. Организация приспособительного (адаптивного) поведения.

Решение всех этих задач обеспечивает успешное выживание организма.

Нервная система (НС) играет исключительную интегрирующую роль в жизнедеятельности организма. Эта интеграция идёт по нескольким направлениям:

1. НС объединяет (интегрирует) отдельные органы и части организма в единое целое.
2. НС "вписывает" (интегрирует) организм в окружающую среду.

Итак, НС обеспечивает согласовнную работу отдельных частей организма (координацию), поддерживает равновесного состояние и постоянство внутренней среды в организме (гомеостаз) и организует приспособление организма к изменениям внешней и/или внутренней среды (адаптацию).

Самое главное, что делает нервная система

Нервная система обеспечивает взаимосвязь и взаимодействие между отдельными частями организма, а также между организмом и внешней средой. И для этого ей требуется не так уж много процессов.

Основные процессы в нервной системе

1. Трансдукция. Превращение раздражения, внешнего по отношению к самой нервной системе, в нервное возбуждение, которым она может оперировать.

2. Трансформация. Переделка, преобразование входящего потока возбуждения в выходящий поток с отличающимися характеристиками.

3. Распределение. Распределение возбуждения и направление его по разным путям, по разным адресам.

4. Моделирование. Построение нервной модели раздражения и/или раздражителя, которая заменяет сам раздражитель. С этой моделью нервная система может работать, она может её хранить, видоизменять и использовать вместо реального раздражителя. Сенсорный образ - один из вариантов нервных моделей раздражения.

5. Модуляция/пластичность. Нервная система под влиянием раздражения изменяет себя и/или свою деятельность.

     Виды модуляции
    1. Активация (возбуждение). Повышение активности нервной структуры, повышение её возбуждения и/или   возбудимости. Доминантное состояние.
     2. Угнетение (торможение, ингибиция). Понижение активности нервной структуры, торможение.
     3. Пластическая перестройка нервной структуры.
         Варианты пластических перестроек:
         1) Сенситизация - улучшение передачи возбуждения.
         2) Габитуация - ухудшение передачи возбуждения.
         3) Ассоциация (временная нервная связь) - создание нового пути передачи возбуждения.

6. Активация исполнительного органа для совершения действия. Таким способом нервная система обеспечивает рефлекторную ответную реакцию на раздражение.

© 2012-2022 Сазонов В.Ф. © 2012-2022 kineziolog.su

Задачи и деятельность нервной системы

1. Произвести рецепцию - уловить изменение во внешней среде или внутренней среде организма в виде раздражения (это осуществляют сенсорные системы с помощью своих сенсорных рецепторов).

Сенсорные рецепторы - это биологические устройства для получения информационных сигналов из внешней и внутренней среды и передачи их в нервную систему для дальнейшего использования. Экстерорецепторы получают сигналы из внешней среды, интерорецепторы - из внутренней среды. Сенсорные рецепторы - это "информационные входные ворота" в нервную систему. Другими способами нервная система не может получать информацию, она получает её только с помощью сенсорных рецепторов (правда, есть ещё один источник - нейроны-пейсмекеры, которые самопроизвольно порождают информационные сигналы в НС).

2. Произвести трансдукцию - преобразование (кодирование) этого раздражения в нервное возбуждение, т.е. поток нервных импульсов с особыми характеристиками, соответствующими раздражению.

3. Осуществить проведение - доставить по нервным путям возбуждение в необходимые участки нервной системы и к исполнительным органам (эффекторам).

4. Произвести перцепцию - создать нервную модель раздражения, т.е. построить его сенсорный образ.

5. Произвести трансформацию - преобразовать сенсорное возбуждение в эффекторное для осуществления ответной реакции на изменение среды.

6. Оценить результаты своей деятельности с помощью обратных связей и обратной афферентации.

Значение нервной системы :
1. Обеспечивает взаимосвязь между органами, системами органов и между отдельными частями организма. Это её координационная функция. Она координирует (согласовывает) работу отдельных органов в единую систему.
2. Обеспечивает взаимодействие организма с окружающей средой.
3. Обеспечивает мыслительные процессы. К этому относится восприятие информации, усвоение информации, анализ, синтез, сравнение с прошлым опытом, формирование мотивации, планирование, постановка цели, коррекция действия при достижении цели (исправление ошибок), оценка результатов деятельности, переработка информации, формирование суждений, заключений выводов и абстрактных (общих) понятий.
4. Осуществляет контроль за состоянием организма и отдельных его частей.
5. Управляет работой организма и его систем.
6. Обеспечивает активацию и поддержание тонуса, т.е. рабочего состояния органов и систем.
7. Поддерживает жизнедеятельности органов и систем. Кроме сигнальной функции нервная система имеет ещё и трофическую функцию, т.е. выделяемые ей биологически активные вещества способствуют жизнедеятельности иннервируемых органов. Органы, лишённые подобной "подпитки" со стороны нервных клеток, атрофируются, т.е. хиреют и могут отмереть.

↑ Перейти в оглавление

Строение нервной системы

Строение НС

Рис. 1.↑ Общее строение нервной системы (схема). © 2017 Сазонов В.Ф.  © 2017 kineziolog.su.

Рис. 2.↑ Схема строения ЦНС (центральной нервной системы). Источник: Атлас по физиологии. В двух томах. Том 1: учеб. пособие / А. Г. Камкин, И. С. Киселева - 2010. - 408 с. (http://vmede.org/sait/?page=7&id=Fiziologiya_atlas_kamakin_2010&menu=Fiz...)

otdelymozga.jpg

Рис. 3. ↑ Отделы головного мозга. Источник: http://24radiology.ru/anatomiya/mr-anatomiya-golovnogo-mozga/ Выделены цветными линиями (по направлению сверху вниз): 1) большие полушария переднего (конечного мозга), 2) промежуточный мозг, который состоит из таламуса, метаталамуса, эпиталамуса, гипоталамуса, ниже которого находится подконтрольная гипоталаму мозговая железа гипофиз, 3) средний мозг, который состоит из ножек мозга и крыши четверохолмия, где верхние 2 холма зрительные, а нижние - слуховые, 4) задний мозг, который состоит из варолиева моста и мозжечка, 5) продолговатый мозг, ниже которого начинается спинной мозг. В центре больших полушарий белым цветом выделяется мозолистое тело, которое состоит из пучков нервных волокон, соединяющих между собой два больших полушария: левое и правое.

otdelymozga.jpg

Рис. 4. ↑ Отделы головного мозга. Источник: https://мгцрб.рф/pozvonochnik/stvolovoj-gemorragicheskij-insult.html

Подробная видеолекция по гистологии центральной нервной системы: Перейти

Видео: Центральная нервная система

Нервную систему можно разделить на соматическую и вегетативную.

Вегетативная (автономная) нервная система разделяется по морфологическим признакам на два уровня – сегментарный и надсегментарный. Надсегментарный уровень составляют: кора большого мозга, гипоталамус и ретикулярная формация мозгового ствола. Сегментарный уровень подразделяется на его симпатическую и парасимпатическую части. Также выделяют метасимпатическую часть вегетативной нервной системы.

Нервная система в функциональном и структурном отношении делится на периферическую и центральную нервную систему (ЦНС).

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга.

Спинной мозг

Головной мозг

Головной мозг находится внутри мозгового отдела черепа, а спинной мозг - в позвоночном канале. Головной мозг представляет собой совокупность нейронных структур, работающих параллельно и относительно независимо друг от друга и конкурирующих между собой, Они выполняют разного рода перцептивные, когнитивные, аффективные, волевые и другие функции и могут создавать системы более высокого уровня, благодаря выстраиванию определённых каналов связи между собой.
Периферическая нервная система состоит из нервов, т.е. пучков нервных волокон, которые выходят за пределы головного и спинного мозга и направляются к различным органам тела. К ней относят также нервные узлы, или ганглии - скопления нервных клеток вне спинного и головного мозга.
  Нервная система функционирует как единое целое.

Функции нервной системы:
1) восприятие раздражения из внешней и внутренней среды организма с помощью нервных окончаний или специальных нервных клеток - рецепторов;

2) формирование возбуждения на основе раздражения;
3) проведение возбуждения в виде нервных импульсов;
4) передача возбуждения на соответствующие мишени;
5) распределение возбуждения (объединения различных потоков возбуждения, направление их по определённым путям и изменения этих потоков);
6) торможение (прекращение возбуждения, уменьшение его интенсивности, угнетение, ограничение распространения возбуждения);

7) кодирование, т.е. преобразование химического, физического раздражения в нервные импульсы;
8) трофическая, или питательная, функция - образование биологически активных веществ (БАВ).

vidynervnyhsvyazey.jpg

Рис. 4. ↑ Названия различных вариантов связей между нервными структурами.  © 2022 Сазонов В.Ф. © 2022 kineziolog.su. Бланодарность за помощь в графике - Дейковой Ольге Александровне.

↑ Перейти в оглавление

Нейрон

Определение понятия

Нейрон - основная структурная и функциональная единица нервной системы.

Нейрон - это специализированная отросчатая клетка, способная воспринимать, проводить и передавать нервное возбуждение для обработки информации в нервной системе. © 2016 Сазонов В.Ф. © 2016 kineziolog.su.

Нейрон - это сложно устроенная возбудимая секретирующая высокодифференцированная нервная клетка с отростками, которая воспринимает нервное возбуждение, перерабатывает его и передаёт другим клеткам. Кроме возбуждающего воздействия нейрон может оказывать на свои клетки-мишени также тормозное или модулирующее воздействие.

Нейрон обладает определенной “самостоятельностью” и собственными механизмами саморегуляции, адаптации и пластичности на уровне активного дендритного дерева, которое использует для модификации своей деятельности разнообразные дендритные явления, в частности, дендритные спайки. Нельзя низводить нейрон до уровня простого пассивного исполнителя команд, приходящих к нему по синаптическим входам. [Гришаев А.В., Сазонов В.Ф. Роль активных и пассивных свойств дендритного дерева нейрона в многоплановой интеграции постсинаптических потенциалов // Усп. физиол. наук. 2020. Т. 51. № 3. С. 87-104. DOI: 10.31857/S0301179820030054 (https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43089075)]

Нейроны относятся к числу самых активных клеток организма

У нейронов мозга - самая высокая активность генома по сравнению с другими клетками. По данным гибридизации ДНК, в них транскрибируется (т.е. реализуется) до 10% генома, в то время как в других органах транскрипция охватывает не белее 3-5% генома [Lein E. D. et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain // Nature. - 2007. - Vol. 445. - P. 168-176].

Нейроны входят в систему биорегуляции и хеморегуляции организма.

 Функционально нейрон можно рас­сматривать как один из уровней организации нервной системы, который связывает друг с другом сразу несколько других уровней: с одной стороны, молекулярный, синаптический и субклеточный уровни и, с другой стороны, надклеточные уровни: локальных нейронных сетей, нервных центров и крупных фун­кциональных систем мозга, организующих поведение.

Строение нейрона

Рис. 5. ↑ Схематичное изображение нейрона.  © 2016 Сазонов В.Ф. © 2016 kineziolog.su. Бланодарность за помощь в графике - Макаровой Ирине Сергеевне.

shemarabotyneyrona.jpg

Рис. 6. ↑ Схематичное изображение процесса работы нейрона с информационным сигналом.  Процесс состоит из 5-ти основных этапов: 1) получение информационного сигнала в виде химических медиаторов, 2) восприятие его молекулярными рецепторами, 3) преобразование химического сигнала в электрический потенциал, 4) проведение сигнала в виде нервного импульса, 5) передача сигнала в виде выброса химических трансмиттеров. На следующем нейроне процесс повторяется. © 2022 Сазонов В.Ф. © 2022 kineziolog.su. Бланодарность за помощь в графике - Юрковски Валентине.

Сложность функции нейрона обусловливает особенности его строения. В нём различают тело клетки (сома), один длинный, маловетвящийся отросток - аксон и несколько коротких ветвящихся отростков - дендритов.
Аксон отличается большой длиной: от нескольких сантиметров до 1-1,5 м. Конец аксона сильно ветвится, так что один аксон может образовывать контакты с многими сотнями клеток.
Дендриты - обычно короткие, сильно ветвящиеся отростки. От одной клетки может отходить от 1 до 1000 дендритов. По дендритам возбуждение распространяется от рецепторов или контактирующих с этими дендритами нейронов к телу клетки, а по аксону нервные импульсы передаются к другим нейронам или к эффекторным (рабочим)клеткам . На дендритах имеются микроскопических размеров выросты (шипики), которые значительно увеличивают поверхность соприкосновения с другими нейронами. Особого развития шипики достигают на клетках больших полушарий головного мозга. На каждом шипике может быть до 8 синапсов (межклеточных контактов).
Тело нейрона в различных отделах нервной системы имеет различную величину и форму. Тело покрыто мембраной и содержит, как и любая клетка, цитоплазму, ядро с одним или несколькими ядрышками, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть. По отношению к отросткам тело клетки выполняют трофическую функцию, т.е. регулирует в них уровень обмена веществ. Вот почему отделение аксона от тела нервной клетки или гибель сомы приводят к гибели аксона. Но тело нейрона, лишённое аксона, может вырастить вместо него новый аксон. На рисунке слева вокруг крупного нейрона виды мелкие глиальные клетки (G). Это вспомогательные клетки нервной ткани.

Как работает нейрон и что он делает?

Возбуждение, возникшее в виде нервного импульса на каком-либо участке мембраны нейрона, пробегает по всей его мембране и по всем его отросткам: как по аксону, так и по дендритам. Но вот передаётся возбуждение от одной нервной клетки к другой обычно только в одном направлении - с аксона передающего нейрона на воспринимающий нейрон через синапсы, находящиеся на его дендритах, теле или аксоне.

Обратите внимание на то, что одностороннюю передачу возбуждения обеспечивают синапсы (контакты нейронов). Нервное волокно (отросток нейрона) может передавать нервные импульсы в обоих направлениях, а односторонняя передача возбуждения появляется только в нервных цепях, состоящих из нескольких нейронов, соединённых синапсами. Именно синапсы обеспечивают одностороннюю передачу возбуждения.

Нервные клетки воспринимают и перерабатывают поступающую к ним информацию. Эта информация приходит к ним, как правило, вовсе не в виде прямых электрический воздействий, а в виде управляющих химических веществ: нейротрансмиттеров. Она может быть в виде возбуждающих или тормозных химических сигналов, а также в виде модулирующих сигналов, т.е. таких, которые изменяют состояние или работу нейрона, но не передают на него возбуждение.

Таблица. Основные свойства нейронов. © 2016 Сазонов В.Ф. © 2016 kineziolog.su.

Более подробно смотрите здесь: 3_1 Работа нервных клеток

↑ Перейти в оглавление

Синапсы

Синапсы - там даётся определение синапса.
Аксоны (выносящие возбуждение отростки) у большинства нейронов подходя к другим нервным клеткам ветвятся и образуют многочисленные окончания на этих клетках и их отростках (дендритах и аксонах). Такие места контактов называют синапсами. Аксоны также образуют синаптические окончания и на мышечных волокнах, и на клетках желёз. А аксоны нейронов гипоталамуса могут образовывать контакты также на кровеносных капиллярах, для того чтобы выделять свои химические управляющие вещества (нейротрансмиттеры) в кровь.

Строение синапса

Синапс имеет сложное строение. Так как его образуют две разные клетки, то в его состав входят две мембраны - пресинаптическая (от передающего возбуждение нейрона) и постсинаптическая (от воспринимающего возбуждение нейрона). Между ними есть синаптическая щель с межклеточной жидкостью. Пресинаптическая часть синапса принадлежит аксону. Её можно отличить от постсинаптической части синапса по наличию пузырьков-везикул, заполненных нейротрансмиттером - химическим управляющим веществом, влияющим на постсинаптическое окончание. Постсинаптическая часть синапса отличается уплотнённой постсинаптической мембраной, которую иногда называют также "субсинаптической мембраной". На ней расположены молекулярные рецепторы, с которыми соединяется нейротрансмиттер, выделяющийся из пресинаптического окончания. Нервные окончания в ЦНС имеют вид пуговок или бляшек. Постсинаптическая мембрана находится на теле или дендритах нейрона, на который передаётся нервный импульс. Но существуют также и "аксо-аксональные синапсы", образованные двумя аксонами.

Работа возбуждающего синапса

Работу возбуждающего синапса можно объяснить очень кратко.

Когда нервный импульс доходит до места соединения одного нейрона с другим, то передающий нейрон выбрасывает в пространство между их примыкающими отростками молекулы нейромедиатора. Этот нейромедиатор улавливается окончанием воспринимающего нейрона, после чего воспринимающий нейрон порождает (генерирует) уже свой нервный импульс и отправляет его дальше по цепи нейронов.

Если вы кликните на замечательную картинку синапса слева, то увидите в динамике, как химическим путём передаётся возбуждение (или наводится торможение) с одного нейрона на другой. Слева - аксон передающего нейрона образует пресинаптическое окончание. Справа - дендрит воспринимающего нейрона образует постсинаптическое окончание.

Бегущая в виде колечка волна возбуждения (она же - нервный импульс, она же - деполяризация) открывает на своём пути натриевые ионные каналы. Ионы Na+ входят в клетку и обеспечивают деполяризацию следующего участка на пути движения волны возбуждения. Так волна мембранных изменений продвигается вдоль аксона к его окончанию (пресинаптическому окончанию).

Но на пресинаптическом окончании открываются уже другие ионные каналы - кальциевые.

Это очень важно понять и запомнить: на пресинаптическом окончании открываются не только натриевые каналы, но и кальциевые!

В наш рисунок необходимо внести уточнение: последние исследования показали, что кальциевые каналы расположены на самой верхушке пресинаптического окончания - именно там, где будут сливаться с мембраной синаптические пузырьки, а не сбоку, как это показано на рисунке. Через раскрывшиеся кальциевые каналы более крупные ионы Ca2+ входят в это окончание и побуждают пузырьки с нейротрансмиттером переместиться к синаптической щели и выбросить в неё своё содержимое. Выброшенный из окончания наружу нейротрансмиттер (медиатор или модулятор) движется через щель к постсинаптическому окончанию и садится там на его молекулярные рецепторы.

Рецепторы, связавшись с нейротрансмиттером (медиатором), открывают свои хемозависимые ионные каналы на постсинаптической мембране. Через них в это постсинаптическое окончание в дендрит воспринимающего нейрона входят ионы натрия Na+. Возникает деполяризация, которая и является ВПСП - возбуждающим постсинаптическим потенциалом. Это - локальное возбуждение, которое было передано передающим нейроном на воспринимающий нейрон. Так работает возбуждающий синапс. Правда, одного ВПСП оказывается, как правило, недостаточно, чтобы породить нервный импульс на воспринимающем нейроне. Нужно, как минимум, получить 5 ВПСП подряд или одновременно, чтобы был достигнут КУД (критический уровень деполяризации) и был рождён потенциал действия, превращающийся в нервный импульс. Это наглядно показывает в динамике имитационная интерактивная компьютерная программная модель «Импульсация».

Работа тормозного синапса

Тормозный синапс на своей постсинаптической мембране имеет рецепторы к тормозному медиатору - гамма-аминомасляной кислоте (ГАМК или GABA). В отличие от возбуждающего синапса в тормозном синапсе на постсинаптической мембране ГАМК открывает ионные каналы не для натрия, а для хлора. Ионы хлора приносят в клетку не положительный заряд, а отрицательный, поэтому противодействуют взбуждению, т.к. нейтрализуют положительные заряды ионов натрия, возбуждающих клетку.

Видео: Работа ГАМК-рецептора и тормозного синапса

Итак, возбуждение через синапсы передаётся химическим путём с помощью особых управляющих веществ, находящихся в синаптических пузырьках, расположенных в пресинаптической бляшке. Общее название этих веществ - нейротрансмиттеры, т.е. "нейропередатчики". Их разделяют на  медиаторы (посредники), которые передают возбуждение или торможение, и модуляторы, которые изменяют состояние постсинаптического нейрона, но возбуждение или торможение сами не передают.

http://www.youtube.com/watch?v=90cj4NX87Yk Хорошее видео про работу нейронов и синапса.

↑ Перейти в оглавление