Główna zawartość
Kurs: Biologia > Rozdział 33
Lekcja 2: Neuron i układ nerwowy- Anatomia neuronu
- Przegląd budowy i funkcji neuronu
- Potencjał czynnościowy
- Potencjał czynnościowy
- Przewodzenie skokowe w neuronach
- Synapsy
- Synapsy
- Neuroprzekaźniki i receptory
- Pytania i odpowiedzi: Depolaryzacja neuronów, hiperpolaryzacja i zmiana potencjału.
- Przegląd ogólny funkcji kory mózgowej
© 2024 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie
Przegląd budowy i funkcji neuronu
Wprowadzenie do tematyki neuronów i gleju. Jak budowa neuronu umożliwia mu odbieranie i przesyłanie informacji. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji "HASCO-LEK".
Skąd wiesz, gdzie się teraz znajdujesz?
Twoja zdolność do postrzegania otoczenia - widzenia, słuchania i wąchania tego, co znajduje się wokół Ciebie - zależy od Twojego układu nerwowego. Tak samo jak twoja umiejętność rozpoznawania, gdzie się teraz znajdujesz i pamiętania, czy byłeś tam wcześniej. W rzeczywistości twoja zdolność do zastanawiania się nad tym skąd wiesz, gdzie jesteś, zależy od Twojego układu nerwowego!
Jeśli twoje spostrzeżenia wskazują na niebezpieczeństwo ("O nie, dom się pali!"), twoja zdolność do działania w oparciu o te informacje zależy również od twojego systemu nerwowego. Oprócz tego, że pozwala ci świadomie przetwarzać zagrożenie, twój układ nerwowy wyzwala mimowolne reakcje, takie jak zwiększenie częstości akcji serca oraz przepływu krwi do mięśni, mające na celu pomóc ci poradzić sobie z niebezpieczeństwem.
Wszystkie te procesy zależą od połączonych ze sobą komórek tworzących twój układ nerwowy. Podobnie jak serce, płuca i żołądek, układ nerwowy składa się z wyspecjalizowanych komórek. Należą do nich komórki nerwowe (inaczej neurony) i komórki glejowe (inaczej glej). Neurony są podstawowymi jednostkami funkcjonalnymi układu nerwowego i generują sygnały elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi, które pozwalają im szybko przekazywać informacje na duże odległości. Glej jest również niezbędny do funkcjonowania układu nerwowego, ale działa głównie poprzez wspomaganie neuronów.
W tym artykule przyjrzymy się bliżej neuronom, glejowi oraz układom nerwowym. Zobaczymy, jak struktura neuronów wspiera ich funkcję i jak można je zorganizować w obwody przetwarzające informacje i generujące odpowiedź.
Układ nerwowy człowieka
U ludzi i innych kręgowców układ nerwowy można podzielić na dwie części: centralny układ nerwowy i obwodowy układ nerwowy.
- Ośrodkowy lub inaczej centralny układ nerwowy (ang. central nervous system, CNS) składa się z mózgu i rdzenia kręgowego. To w CNS odbywa się cała analiza informacji.
- Obwodowy układ nerwowy (ang. peripheral nervous system, PNS), który składa się z neuronów i części neuronów znajdujących się poza CNS, obejmuje neurony czuciowe i neurony ruchowe. Neurony czuciowe wprowadzają sygnały do CNS, a neurony ruchowe przenoszą sygnały z CNS.
Ciała komórek niektórych neuronów PNS, takich jak neurony ruchowe, które kontrolują mięśnie szkieletowe (rodzaj mięśnia, który znaleźć możemy np. w ramieniu lub nodze), znajdują się w CNS. Neurony ruchowe mają długie przedłużenia (aksony), które biegną od CNS aż do mięśni, z którymi się łączą (unerwienie). Ciała komórek innych neuronów PNS, takich jak neurony czuciowe, które dostarczają informacji na temat dotyku, pozycji, bólu i temperatury, znajdują się poza CNS, gdzie tworzą skupiska zwane zwojami nerwowymi.
Aksony neuronów obwodowych, które poruszają się wspólną trasą, są połączone ze sobą, tworząc nerwy.
Klasy neuronów
Na podstawie roli jaką pełnią, neurony układu nerwowego człowieka można podzielić na trzy klasy: neurony czuciowe, neurony ruchowe i interneurony.
Neurony czuciowe
Neurony czuciowe odbierają informacje na temat tego, co dzieje się wewnątrz i na zewnątrz ciała i kierują je do CNS, w celu ich przetworzenia. Na przykład, jeśli podniósłbyś gorący kawałek węgla, neurony czuciowe na końcówkach twoich palców przekazałyby informację do twojego CNS, że przedmiot jest gorący.
Neurony ruchowe
Neurony ruchowe otrzymują informacje od innych neuronów i przekazują polecenia do mięśni, narządów i gruczołów. Na przykład, jeśli podnosisz gorący kawałek węgla, neurony ruchowe unerwiające mięśnie palców spowodują, że Twoja ręka go wypuści.
Interneurony
Interneurony, które występują tylko w CNS, łączą jeden neuron z drugim. Otrzymują informacje od innych neuronów (neuronów czuciowych lub interneuronów) i przekazują je do innych neuronów (neuronów ruchowych lub interneuronów).
Na przykład, jeśli podniósłbyś gorący kawałek węgla, sygnał z neuronów czuciowych w Twoich palcach dotarłby do interneuronów w twoim rdzeniu kręgowym. Niektóre z tych interneuronów przekazałyby sygnał neuronom ruchowym kontrolującym mięśnie palców (powodując, że puściłbyś przedmiot), podczas gdy inne przekazałyby sygnał do rdzenia kręgowego do neuronów w mózgu, gdzie sygnał zostałby odebrany jako ból.
Interneurony są najliczniejszą klasą neuronów i biorą udział w przetwarzaniu informacji, zarówno w prostych obwodach odruchowych (jak te wyzwalane przez gorące obiekty), jak i w bardziej złożonych obwodach w mózgu. Są to kombinacje interneuronów w twoim mózgu, które pozwalają ci wyciągać wnioski, np. że rzeczy, które wyglądają jak rozżarzone węgle, nie nie należy dotykać.
Podstawowe funkcje neuronu
Jeśli zastanawiasz się nad rolą wszystkich trzech klas neuronów, możesz dokonać pewnego uogólnienia i zauważyć, że wszystkie neurony mają trzy podstawowe funkcje. Są to:
- Odbieranie sygnałów (lub informacji).
- Przetwarzanie przychodzących sygnałów (i określanie, czy informacje powinny być przekazywane dalej).
- Przekazywanie sygnałów do komórek docelowych (innych neuronów lub mięśni czy gruczołów).
Te funkcje neuronalne znajdują odzwierciedlenie w anatomii neuronu.
Anatomia neuronu
Neurony, podobnie jak inne komórki, mają ciało komórkowe (zwane perikarionem lub somą). Jądro neuronu znajduje się w perikarionie. Neurony muszą produkować wiele białek, a większość białek neuronowych również jest syntezowana się w perikarionie.
Od ciała komórki rozciągają się różne wypustki (wyrostki lub występy). Obejmują one wiele krótkich, rozgałęzionych wypustek, znanych jako dendryty, oraz jedną, oddzielną wypustkę, która jest zwykle dłuższa niż dendryty, znaną jako akson.
Dendryty
Pierwsze dwie funkcje neuronów, odbieranie i przetwarzanie przychodzących informacji, zwykle mają miejsce w dendrytach i ciele komórki nerwowej. Sygnały przychodzące mogą być pobudzające - co oznacza, że mają skłonność do wywoływania rozbłysku neuronu (wygenerowania impulsu elektrycznego) - lub hamujące - co oznacza, że mają tendencję do powstrzymywania neuronu przed rozbłyskiem.
Większość neuronów otrzymuje wiele sygnałów wejściowych poprzez swoje drzewa dendrytyczne. Pojedynczy neuron może mieć więcej niż jeden zestaw dendrytów i odbierać wiele tysięcy sygnałów wejściowych. To, czy neuron zostanie pobudzony do wygenerowania impulsu i rozbłyśnie, zależy od sumy wszystkich sygnałów pobudzających i hamujących, które otrzymuje. Jeśli neuron rozbłyśnie, impuls nerwowy, czyli potencjał czynnościowy, zostanie poprowadzony w dół aksonu.
Aksony
Aksony różnią się od dendrytów na kilka sposobów.
- Dendryty mają tendencję do zwężania się i często są pokryte niewielkimi guzkami zwanymi kolcami dendrytycznymi. Natomiast akson przez większość swojej długości posiada taką samą średnicę i nie posiada kolców.
- The axon arises from the cell body at a specialized area called the axon hillock.
- Wiele aksonów jest przykrytych specjalną substancją izolującą o nazwie mielina, która pomaga im w szybkim przekazywaniu impulsu nerwowego. Dendryty nie posiadają mieliny.
Pod koniec aksonu (na końcu dystalnym, czyli tym położonym dalej od ciała komórki), rozdziela się on na wiele gałęzi i rozwija w struktury o kształcie kolbek zwane zakończeniami aksonu (lub zakończeniami nerwowymi). Te zakończenia aksonu tworzą połączenia z komórkami docelowymi.
Synapsy
Połączenia neuron-neuron powstają pomiędzy zakończeniami aksonu jednej komórki, a dendrytami bądź ciałem drugiej komórki nerwowej. Te połączenia, zwane synapsami, są miejscami, w których informacja przenoszona jest z pierwszego neuronu, neuronu presynaptycznego, do neuronu docelowego (neuronu postsynaptycznego). Połączenia synaptyczne między neuronami a komórkami mięśni szkieletowych nazywane są zwykle połączeniami neuromięśniowymi, a połączenia pomiędzy neuronami a komórkami mięśni gładkich lub gruczołami są znane jako połączenia neuroefektorowe.
W przypadku większości synaps i połączeń, informacje przekazywane są w formie przekaźników chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami. Kiedy potencjał czynnościowy przemieszcza się w dół aksonu i dociera do zakończenia aksonu, wyzwala uwalnianie neuroprzekaźnika z komórki presynaptycznej. Cząsteczki neuroprzekaźników przemierzają synapsę i wiążą się z receptorami błonowymi na komórce postsynaptycznej, przenosząc sygnał pobudzający lub hamujący.
Tak więc trzecia podstawowa funkcja neuronów - przekazywanie informacji do komórek docelowych - jest wykonywana przez aksony i zakończenia aksonu. Pojedynczy neuron może zarówno odbierać sygnały z wielu neuronów presynaptycznych jak i tworzyć połączenia synaptyczne na licznych neuronach postsynaptycznych za pośrednictwem różnych zakończeń aksonu.
Wariacje w budowie neuronów
Większość neuronów realizuje ten sam ogólny schemat działania, ale budowa poszczególnych neuronów jest różna i dostosowana do specyficznej funkcji, jaką dany neuron (lub klasa neuronów) musi wykonać. Różne typy neuronów wykazują ogromną różnorodność rozmiarów i kształtów, co ma sens z uwagi na ogromną złożoność układu nerwowego i ogromną liczbę różnych zadań, które wykonuje.
Na przykład wyspecjalizowane neurony zwane komórkami Purkiniego znajdują się w regionie mózgu zwanym móżdżkiem. Komórki Purkiniego mają bardzo złożone drzewo dendrytyczne, które pozwala im odbierać - i przetwarzać - ogromną liczbę wejść synaptycznych, jak pokazano powyżej. Inne rodzaje neuronów w móżdżku można rozpoznać po ich charakterystycznych kształtach.
Podobnie, neurony mogą różnić się znacznie pod względem długości. Podczas gdy wiele neuronów jest raczej krótkich, aksony neuronów ruchowych, które rozciągają się od rdzenia kręgowego do palców stóp, mogą mieć nawet metr długości (lub więcej, jak znani koszykarze Michael Jordan, LeBron James lub Yao Ming)!
Inny przykład różnorodności w budowie neuronów obserwujemy u neuronów czuciowych: w wielu neuronach czuciowych rozróżnienie morfologiczne między aksonem a dendrytami jest niezwykle trudne. Pojedyncza mielinizowana wypustka opuszcza ciało komórki i dzieli się na dwie części, wysyłając jedną gałąź do rdzenia kręgowego w celu przekazania informacji, a drugą do receptorów czuciowych na peryferiach w celu otrzymania informacji.
Neurony tworzą sieci
Pojedynczy neuron nie może wiele zdziałać. Funkcja układu nerwowego zależy od grup neuronów, które działają razem. Poszczególne neurony łączą się z innymi neuronami, aby stymulować lub hamować ich aktywność, tworzą obwody, które mogą przetwarzać przychodzące informacje i inicjować reakcję. Obwody neuronalne mogą być bardzo proste i złożone tylko z nielicznych neuronów lub mogą obejmować bardziej złożone sieci neuronowe.
Odruch kolanowy
Najprostsze obwody neuronalne to te, które leżą u podstaw odpowiedzi związanych z rozciąganiem mięśni, przykładem jest odruch kolanowy, który występuje, gdy ktoś uderza w ścięgno poniżej kolana (ścięgno rzepki) młotkiem. Uderzanie tego ścięgna rozciąga mięśnie czworogłowe uda, pobudzając neurony czuciowe, które je unerwiają.
Aksony tych neuronów czuciowych rozciągają się do rdzenia kręgowego, gdzie łączą się z neuronami ruchowymi, które ustanawiają połączenia (unerwiają) z mięśniem czworogłowym uda. Neurony czuciowe wysyłają sygnał pobudzający do neuronów ruchowych, powodując ich rozbłysk, pobudzenie. Z kolei neurony ruchowe pobudzają mięsień czworogłowy uda do skurczu, prostując kolano. W odruchu kolanowym, neurony czuciowe z danego mięśnia łączą się bezpośrednio z neuronami ruchowymi, które unerwiają ten sam mięsień, powodując jego skurcz po rozciągnięciu.
Neurony czuciowe mięśnia czworogłowego uda stanowią także część obwodu, który powoduje rozluźnienie ścięgna udowego mięśnia który z kolei działa jak antagonista (przeciwstawnie) do mięśnia czworogłowego uda. Nie miałoby to sensu, aby neurony czuciowe mięśnia czworogłowego uda aktywowały neurony ruchowe ścięgna udowego, ponieważ powodowałoby to skurcz ścięgna mięśnia udowego i utrudnienie skurczu mięśnia czworogłowego. Zamiast tego neurony czuciowe mięśnia czworogłowego uda, połączone są z neuronami ruchowymi ścięgna udowego pośrednio, poprzez interneuron hamujący. Aktywacja interneuronu powoduje hamowanie neuronów ruchowych, które unerwiają ścięgno, powodując rozluźnienie mięśnia uda.
Neurony czuciowe mięśni czworogłowych uda nie tylko biorą udział w tym obwodzie odruchowym. Wysyłają także wiadomości do mózgu, informując, że ktoś uderzył ścięgno młotkiem i być może spowodował odpowiedź. ("Dlaczego to zrobiłeś?") Chociaż obwody rdzenia kręgowego mogą pośredniczyć w bardzo prostych zachowaniach, takich jak odruch kolanowy, zdolność do świadomego postrzegania bodźców zmysłowych - wraz ze wszystkimi wyższymi funkcjami układu nerwowego - zależy od bardziej złożonych sieci neuronowych znajdujących się w mózgu.
Komórki glejowe
Na początku tego artykułu powiedzieliśmy, że układ nerwowy składa się z dwóch rodzajów komórek, neuronów - działających jako podstawowa jednostka funkcjonalna układu nerwowego i gleju - odgrywającego rolę pomocniczą. Tak jak aktorzy wspierający są niezbędni dla sukcesu filmu, glej jest niezbędny do funkcjonowania układu nerwowego. W rzeczywistości istnieje o wiele więcej komórek glejowych w mózgu, niż neuronów.
Istnieją cztery główne typy komórek glejowych w układzie nerwowym dorosłych kręgowców. Trzy z nich, astrocyty, oligodendrocyty i mikroglej, występują tylko w ośrodkowym układzie nerwowym (CNS). Czwarty typ - komórki Schwanna występują tylko w obwodowym układzie nerwowym (PNS).
Typy komórek glejowych i ich funkcje
Astrocyty są najliczniejszym typem komórek glejowych. W rzeczywistości są to najliczniejsze komórki w mózgu! Astrocyty dzielą się na różne typy i pełnią różnorodne funkcje. Pomagają regulować przepływ krwi w mózgu, utrzymują skład płynu otaczającego neurony i regulują komunikację między neuronami w synapsie. Podczas rozwoju astrocyty pomagają neuronom odnaleźć drogę do celu i przyczyniają się do powstawania bariery krew-mózg, która pomaga izolować mózg od potencjalnie toksycznych substancji we krwi.
Mikroglej jest powiązany z makrofagami układu odpornościowego, jego komórki działają jak zmiatacze, usuwając martwe komórki i inne zanieczyszczenia.
Oligodendrocyty CNS i komórki Schwanna PNS mają podobną funkcję. Oba te typy komórek glejowych wytwarzają mielinę, substancję izolującą, która tworzy osłonę wokół aksonów wielu neuronów. Mielina dramatycznie zwiększa szybkość, z jaką potencjał czynnościowy przemieszcza się w dół aksonów i odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu układu nerwowego.
Inne typy gleju (oprócz czterech głównych typów) obejmują satelitowe komórki glejowe i komórki wyściółki.
Komórki glejowe satelitowe obejmują ciała komórkowe neuronów w zwojach PNS. Uważa się, że satelitowe komórki glejowe wspierają funkcję neuronów i mogą działać jako bariera ochronna, ale ich rola nadal nie została dobrze poznana.
Komórki wyściółki, które wyścielają komory mózgu i centralny kanał rdzenia kręgowego, mają rzęski podobne do włosów, które wytwarzają pulsacje w celu pobudzenia krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego znajdującego się w komorach i kanale kręgowym.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji