Гормоны и химия мозга. Знания, которые не займут много места

И взрослые, и дети знают, что дорожное движение обычно регулируется правилами и сигналами светофоров. Их задача – организовать автомобильный трафик таким образом, чтобы оставались свободными перекрестки, а транспорт, движущийся в пересекающихся направлениях, не сталкивался. Мозг, чтобы выглядеть в глазах остального организма эффективным руководителем, должен регулировать потоки сигналов, проходящих в нервной системе в разных направлениях, и предотвращать хаос. Поломка хотя бы одного светофора или появление на трассе лихача, пренебрегающего правилами, чреваты аварийными ситуациями. К тому же светофор – это не банкомат. Про него нельзя сказать: «Внимание! Светофор не работает. Ближайший находится на соседнем перекрестке».

В центральной нервной системе наблюдается аналогичная ситуация. Если в мозге неправильно срабатывает сигнал, передача информации нарушается. Например, при эпилепсии отдельные участки мозга начинают посылать неупорядоченные импульсы. Это приводит к тому, что в беспорядочную активность вовлекаются другие отделы мозга, и хаос растет до тех пор, пока приступом судорог не блокируются все пути. Чтобы понять механизмы нормального регулирования нервной деятельности, разберемся с тем, что называют клетками мозга.

Регулировка на дорогах и в мозге

Первый светофор был установлен 10 декабря 1868 года в Лондоне возле здания Британского парламента и управлялся вручную. Он имел две семафорные стрелки. Поднятые горизонтально они означали «стоп», а опущенные под углом в 45 градусов – движение с осторожностью. Что-то подобное происходит и в головном мозге – он регулирует потоки сигналов, как светофор дорожное движение

Мозг в клеточку, или Клеточная организация мозга

Мозг человека состоит из нервных клеток, передающих, обрабатывающих и запоминающих информацию. Главная клетка, один из кирпичиков, кусочков пазла, из которых строится нервная система, – это нервная клетка, или нейрон. Работа миллиардов нейронов нашего мозга состоит в том, чтобы передавать импульсы по всему организму. Передающие и принимающие нервные клетки объединены в нейронные цепи или сети. Информация в пределах нейронов распространяется в виде коротких электрических импульсов. Каждый нейрон состоит из тела и имеет несколько небольших «входов» – дендритов, сильно ветвящихся коротких отростков, от которых отходят тонкие, как нити паутины, волокна – через них сигнал попадает в нейрон. А «выход» у нейрона один – так называемый аксон, он соединяется с мышцей или другим нейроном. Но соединяется неплотно, друг друга нейроны не касаются. Аксон – это главный длинный отросток нейрона, живой провод, по которому нервная клетка передает информацию следующему нейрону в нейронной цепи. Если нейрон образует выходные связи с большим числом других клеток, его аксон многократно ветвится, чтобы сигналы могли дойти до каждой из них.

Между клетками сигналы передаются иначе – за счет выделения химических веществ нейромедиаторов. С их помощью сигнал перескакивает через разделяющий нейроны промежуток, или иначе синапс, и попадает в следующий нейрон. Синапсы служат для передачи сигналов от одних нейронов к другим, а процесс передачи информации в этих местах называют синаптической передачей. Нейроны передают сигналы с очень высокой скоростью. Каждый синапс – сложный завод, который производит особые химические вещества, позволяющие передавать сигналы от одного нейрона к другому.

Из истории термина

В 1897 году будущий лауреат Нобелевской премии британец Чарльз Скотт Шеррингтон (1857–1952) предложил термин «синапс» для обозначения соединения между нейронами. Название «синапс» происходит от греческих слов syn – «вместе» и haptein – «прикреплять». В синапсах импульсы задерживаются на 0,2–0,5 миллисекунды, тогда как человеческая мысль возникает гораздо быстрее

Быстрее болида

Нервные импульсы от мозга и к мозгу двигаются со скоростью более 400 километров в час. Это быстрее, чем ездят болиды на гонках «Формула-1»

Должностная инструкция нейрона

Нейроны сильно различаются по функционалу, форме и связям, в которые они вступают. Они могут выполнять различные «должностные обязанности», такие как обработка информации, внутренние стимулы, управление мышечными действиями и прочие. Нервные клетки являются неотъемлемым элементом наших пяти чувств. Они бывают разных форм и размеров. Некоторые из самых маленьких нейронов имеют клеточные тела шириной всего четыре микрона, а самые большие нейроны – сто микрон. Напомню, что один микрон равен одной тысячной миллиметра.

Функционал нейрона включает три основных пункта:

• получить информацию;

• обработать приходящую информацию и определить, стоит ли она того, чтобы ее передавать или нет;

• после оценки полученной информации отправить ее целевым нейронам, мышцам, железам или другим органам.

Такие разные нейроны

Существует три основных типа нейронов:

1. Сенсорные, или чувствительные, нейроны. Информацию о том, что происходит внутри и снаружи нашего тела, мы можем получить именно с их помощью. Они передают сигналы от органов чувств в спинной и головной мозг. Например, если мы прикоснемся к горячей поверхности, органы чувств на кончиках наших пальцев передадут в мозг сообщение о том, что эта поверхность очень горячая.

2. Двигательные, или моторные, нейроны. К ним поступает информация от других нейронов, и они передают сообщение нашим мышцам, органам и железам, которые затем действуют на основе полученной информации. Двигательные нейроны транслируют сигналы от мозга к мышцам. Когда прикоснетесь к горячей поверхности, они заставят отдернуть руку.

3. Ретрансляционные нейроны. Также известны как интернейроны. Они находятся только в центральной нервной системе и передают сообщения между сенсорными или моторными нейронами и центральной нервной системой.

А из чего состоят сами нейроны?

Дендритами называют не только отростки нервных клеток. В геологии дендритами именуют невероятно красивые кристаллические образования, которые разрастаются в разные стороны подобно дереву, тянущемуся к солнечному свету

Такие же, как и остальные, но все-таки другие

Нейроны, являясь клеткой нервной системы, построены по такому же принципу, как и другие клетки организма, но отличаются от них тем, что:

1. Имеют особенные клеточные участки, называемые дендритами и аксонами. Дендриты передают электрические сигналы в тело клетки, а аксоны забирают информацию из тела клетки.

2. Взаимодействуют друг с другом с помощью электрохимического процесса.

3. Содержат синапсы и химические вещества.

Кроме нейронов в центральной нервной системе (ЦНС) есть глиальные клетки. Глия – это нервные клетки различной формы, которые заполняют пространства между нейронами и кровеносными сосудами. Они – опорные клетки нейронов. Одним из видов глиальных клеток является астроцит. Звездообразная форма астроцита позволяет контактировать с большим количеством синапсов.

Что такое глион?

В 1848 году Рудольф Вирхов (1821–1902) рассмотрел в микроскоп среди нейронов особые клетки, поддерживающие и скрепляющие нервную ткань, и назвал их глией. В переводе с древнегреческого это означает клей. Выдающийся врач и ученый пользовался таким авторитетом, что был избран в прусский парламент, где основал прогрессистскую партию

Встречаемся в терминале

Химические синапсы используют химические мессенджеры – нейромедиаторы – для передачи сигналов. Они обнаруживаются по всему телу. Особенно много их в центральной нервной системе и головном мозге. Типичный химический синапс состоит из трех частей:

• Досинаптический терминал (обычно находится на аксоне) – это своеобразный зал ожидания. Он высвобождает нейромедиаторы в синаптическую щель, как пассажиров при объявлении о посадке в самолет. Этот терминал является первой частью передачи сигнала.

• Синаптическая щель – это участок посередине двух мембран, своеобразный рукав, телетрап для перехода пассажира (нейромедиатора) из аэропорта в лайнер.

• Синаптическая мембрана находится на дендрите следующего нейрона. Она поглощает нейромедиаторы в нейрон, принимающий сигнал. А это уже сам лайнер, в котором размещаются пассажиры.

Синапсы первого типа – самые распространенные в человеческом мозге. Они возбуждают (запускают) следующий нейрон, а синапсы второго типа тормозят следующий нейрон.

А какая все-таки польза от этих знаний? – справедливо спросите вы. Эта польза связана с возможностями сохранения физического и психического здоровья. Самое время рассказать о том, как исследуют электрическую активность мозга и каким образом это помогает врачам своевременно распознавать нарушения его работы.

В одной темной-темной комнате…

Итак, работа мозга и передача сигналов нейронами сопровождается электрической и химической активностью. Электрическая активность мозга мала, ее можно зарегистрировать только при помощи специальных чувствительных приборов и усилителей, которые называют электроэнцефалографами. В результате получается электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – набор сложных кривых линий, состоящий из волн различной частоты. В зависимости от частоты различают волны, обозначаемые греческими буквами «альфа», «бета», «дельта» и «тета». Альфа-ритм свойствен спокойному состоянию, готовности к работе; его основной источник – затылочная область. Бета-ритм – более быстрый; в состоянии покоя он отмечается в лобных долях, а при активной деятельности охватывает всю поверхность мозга. Медленные дельта-ритм и тета-ритм регистрируются во время сна у взрослых людей и во время бодрствования у совсем маленьких детей; появление этих ритмов во время бодрствования у взрослых является признаком болезни.

Оценку активности головного мозга проводят в темной тихой комнате, защищенной от электромагнитного излучения. Пациент располагается полулежа и старается максимально расслабиться, закрыв глаза. Для оценки состояния мозга при различных формах нарушений сна, отставании в развитии, после инсультов и черепно-мозговых травм используют ЭЭГ. Исследование также помогает отличить обмороки «сердечного» происхождения от «мозговых». Методика ЭЭГ эффективна и безопасна.

Остроумие ученого

Политические взгляды Вирхова довели его до дуэли с канцлером Отто фон Бисмарком! Поединок закончился весьма неожиданно. Когда к Вирхову пришли секунданты, он выбрал в качестве оружия… две одинаковые палки колбасы. Он утверждал, что одна из них заражена смертоносными бациллами. «Его превосходительство может оказать мне честь, выбрав и съев одну из них. Я же съем другую!» – сказал Вирхов секундантам. В результате канцлер отказался от дуэли

Чем занимаются астроциты?

Астроциты, составляющие 25–30 % клеток мозга, покрывают его бесчисленными отростками. Это позволяет каждому астроциту «прослушивать» десятки тысяч синапсов между нейронами

Термин «нейромедиатор» происходит от латинских слов neuro – «относящийся к нервной системе» и mediator – «посредник». В англоязычной литературе часто используют термин «нейротрансмиттер»

Андреас Везалий – выдающийся специалист по анатомии, изучавший в том числе и строение мозга

Рудольф Вирхов

Чарльз Скотт Шеррингтон