Автор: TainT
27 октября 2021 12:14
Сообщество : Наука
Метки: макросъёмка наука нейронаука фото это интересно
6375
22
Мозг — это целая вселенная. Что там есть, что делается и как это все работает сегодня мы можем видеть с помощью микроскопа и макросъемки. Давайте приоткроем завесу и заглянем в этот удивительный мир.
0
Смотреть все фото в галерее
«Улитка» новорожденного крысёнка
0
Этот потрясающий снимок, занявший восьмое место на конкурсе Nikon Small World 2021 года, показывает нам главный орган, благодаря которому мы слышим: улитку. Зелёным показаны волосковые клетки, отклонение которых и запускает нервный импульс, приходящий, в итоге, в слуховую кору. Красным — нервные клетки улитки, «собирающие» сигналы от волосковых клеток.
Обработка информации нейронами
Так что же позволяет нам ограничиваться изучением упрощенных нейронов? Возможно, самым весомым аргументом в их пользу является успех моделей нейронных сетей, на протяжении нескольких последних десятилетий использующих именно упрощенные нейроны. Искусственные нейронные сети использовались для моделирования многих функций мозга – распознавания элементов изображений, управления роботами, обучения и улучшения функционирования на основе опыта.
Большинство моделей, основанных на искусственных нейронных сетях, относительно небольшого масштаба и ограничены по функциям. Ни одна из них даже не приближается по сложности к мозгу.
В истории науки немало примеров того, как новые математические методы помогали решить дотоле неразрешимые проблемы. Так же и нейросети помогают нам понять работу нервной системы.
Математическая основа нейросетей с момента их создания значительно улучшилась. По всей видимости, существует довольно ограниченный набор базовых архитектур, аналогичных сетям мозга.
Нейробиологов в первую очередь интересуют те нейросети, которые основаны на известных свойствах групп нейронов и связей между ними. Так искусственные нейросети могут служить моделями для изучения реальных структур в мозге.
Помимо упрощенного нейрона мы также будем использовать упрощенный синапс. Как уже указывалось выше, мы ограничимся рассмотрением синапсов только двух типов – возбуждающего (повышающего вероятность прохождения потенциала действия на постсинаптическом нейроне) и тормозящего (понижающего такую вероятность).
Глутамат – наиболее распространенный медиатор в ЦНС – является возбуждающим. ГАМК (гамма-аминомасляная кислота) является наиболее распространенным тормозным медиатором. Таким образом, наша упрощенная модель все же отражает определенную часть реальной картины.
Делящиеся нейрональные стволовые клетки
0
Кожа, печень, сердце, почки, легкие и кровь могут образовывать новые клетки для замены поврежденных. Вплоть до недавнего времени специалисты считали, что такая способность к регенерации не распространяется на центральную нервную систему, состоящую из головного и спинного мозга. Однако за последние пять лет нейробиологи открыли, что мозг все же меняется в течение жизни: происходит образование новых клеток, позволяющих справиться с возникающими трудностями. Такая пластичность помогает мозгу восстанавливаться после травмы или заболевания, увеличивая свои потенциальные возможности.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА НЕЙРОНОВ
Основные свойства нейронов: раздражимость, возбудимость, проводимость, лабильность, инертность, утомляемость, торможение, регенерация и др.
Раздражимость — способность нервной клетки отвечать на различные раздражения биохимическими изменениями, сопровождающимися нарушением ионного равновесия и деполяризацией электрических зарядов на мембранах клетки в месте раздражения. Раздражимость присуща всем клеткам, и особенно нервным, связанным с чувствительным восприятием запаховых, звуковых, световых и других раздражителей. Раздражимость — пусковой механизм проявления другого свойства — возбудимости.
Возбудимость — способность отдельных частей нервной клетки генерировать электрохимические импульсы, т. е. отвечать на раздражение возбуждением. Для перехода нервной клетки в состояние возбуждения необходимо, чтобы сила действующего раздражителя достигла критического предела — пороговой величины. Способность нейрона отвечать возбуждением на наименьшую силу раздражителя называется нижним порогом возбудимости. Чем чувствительнее нервная клетка к раздражению, тем меньше порог возбудимости, и, следовательно, даже самый слабый раздражитель может вызвать возбуждение. Величина возбуждения нейрона зависит от силы раздражителя и возрастает по закону силовых отношений до определенного предела — верхнего порога возбудимости. Применение раздражителей сверхпороговой силы создает в нейроне запредельное торможение, которое охраняет нервную клетку от перевозбуждения.
Одиночное раздражение обычно вызывает серию импульсов определенной силы, продолжительности и частоты. В разных нервных клетках частота импульсов различная — от 100 до 1000 в секунду. Сила и продолжительность импульсов возбуждения зависит от характера раздражения.
Проводимость — способность нейрона проводить импульсы возбуждения с определенной скоростью, в неизменном ритме и силе. Возбуждение по нервному волокну может распространяться в обе стороны от раздражаемого участка. В разных нервных клетках скорость проведения возбуждения неодинакова и зависит от физиологического состояния нейрона и толщины волокна. В чувствительных нейронах возбуждение распространяется со скоростью 100–120 метров в секунду, в двигательных — 60–100, а в вегетативной нервной системе — 5–7.
Лабильность (подвижность) — способность нервной клетки принимать и передавать максимальное число импульсов за единицу времени без искажения. Подвижность двигательных нейронов не более 500 импульсов в секунду. Лабильность обеспечивает направленное распределение и проведение импульсов возбуждения нужной частоты по определенным нервным путям. В процессе роста и развития организма, а также при систематической тренировке, лабильность увеличивается и обеспечивает динамичность нервной системы, при утомлении и старении — уменьшается.
Инертность — способность нервной клетки накапливать и хранить в себе следы возбуждения и торможения. Полученная информация откладывается в дендритах, соме клетки, хромосомах ядра в виде биохимических изменений ДНК и РНК плазмы. Это свойство нейронов обеспечивает память организма, которая имеет решающее значение в процессе обучения животных.
Утомляемость — естественный процесс снижения работоспособности клетки при длительном возбуждении или торможении. Проявляется в виде уменьшения силы возбуждения, замедления частоты ритма импульсов и скорости их проведения. Отдых нервных клеток или смена нервной деятельности снимает утомление, и все свойства восстанавливаются.
Торможение — процесс, обратный возбуждению. Заключается в ослаблении, остановке или предупреждении возникновения возбуждения. Торможение — активный процесс, распространяясь по нервным клеткам, он обеспечивает согласованную работу отдельных органов и всего организма в целом.
Регенерация — способность нервной клетки восстанавливать утраченные или поврежденные отростки путем прорастания. Нервные клетки не размножаются, погибшие нейроны не восстанавливаются. Волокна нервной клетки способны прорастать, если сохранилось тело клетки.
Иммунные клетки лечат мозг после кровотечения
0
В новой статье в Nature Communications хьюстонские нейробиологи показали, как иммунные клетки, называемые нейтрофилами, могут восстанавливать мозг после геморрагического инсульта. Нейтрофилы известны как «пехота» в войне организма с инфекцией. Оказалось, что у них есть и другая функция: новое исследование показало, что эти иммунные клетки могут играть решающую роль в защите мозга от инсульта, а также использоваться при лечении внутримозговых кровоизлияний.
Нейронная теория строения мозга
Нейронная теория предполагает, что у ЦНС клеточное строение. Клетки нервной ткани – нейроны, являются структурно-функциональными элементами центральной системы. В зависимости от того, где именно в нервной системе находятся нейроны, они выполняют разные функции. Мозг – высокоорганизованный орган.
Командные клетки управляют исполнительными клетками. Нервная деятельность представляет собой результат взаимодействия между элементами системы. Нейроны, образующие головной мозг – это такие элементы системы, которые организуют реакции в ответ на раздражения, что обуславливает появление стандартных рефлексов.
Гранулярные клетки мозжечка
0
Перед вами — снимок клеток гранулярного слоя мозжечка. Гранулярные клетки — нейроны малого размера, около 10 микрометров в диаметре.
0
В подавляющем большинстве случаев причиной потери зрения является гибель большого количества фоторецепторных клеток сетчатки, которые преобразуют свет в электрические нервные сигналы. Нечувствительные к фотонам клетки сетчатки остаются целыми.
Виды нейроцитов
Нейроциты – это второе название нейронов. Вне мозговых структур ЦНС они находятся в ганглиях, которые представляют собой нервные узлы (спинномозговые, черепных нервов, относящиеся к вегетативной системе). В зависимости от выполняемых функций клетки нервной ткани бывают чувствительными, ассоциативными, эффекторными, секреторными. Первые получают сигналы, поступающие от периферических зон нервной системы.
Чаще сигналы направлены к головному мозгу, реже к клеткам вегетативного ганглия. Чувствительные клетки отличаются малыми размерами и большим количеством дендритов. Ассоциативные проводят сигналы в рамках нейронной сети, обеспечивая связь между чувствительными и эффекторными видами клеток. Они находятся в мозге (головном, спинном) и вегетативной системе. Во всех случаях являются элементами, замыкающими рефлекторные дуги (группы нейронов, связанные синапсами).
Эффекторные – это двигательные нейроны, которые приводят в движение части тела человека. Эффекторные нейроны проводят сигналы к исполнительным органам, в том числе к скелетным мышцам, что обуславливает моторную активность человека. Эффекторные – крупные клетки, оснащенные грубыми, менее разветвленными отростками. Секреторные клетки продуцируют нейрогормоны.
Восстанавливаются ли нервные клетки
Долгое время считалось, что нейроны не способны к делению. Однако такое утверждение, согласно современным исследованиям, оказалось ложным: в некоторых отделах мозга происходит процесс нейрогенеза предшественников нейроцитов. Кроме того, мозговая ткань обладает выдающимися способностями к нейропластичности. Известно множество случаев, когда здоровый участок мозга берет на себя функцию поврежденного.
Многие специалисты в области нейрофизиологии задавались вопросом о том, как восстановить нейроны головного мозга. Свежими исследованиями американских ученых выяснилось: для своевременной и правильной регенерации нейроцитов не нужно употреблять дорогие препараты. Для этого необходимо лишь составить верный режим сна и правильно питаться с включением в диету витаминов группы В и низкокалорийной пищи.
В случае если произойдет нарушение нейронных связей головного мозга, те способны восстановиться. Однако существуют серьезные патологии нервных связей и путей, такие как болезнь двигательного нейрона. Тогда необходимо обращаться к специализированной клинической помощи, где врачи-неврологи смогут выяснить причину патологии и составить правильное лечение.
Люди, ранее употреблявшие или употребляющие алкоголь, часто задают вопрос о том, как восстановить нейроны головного мозга после алкоголя. Специалист бы ответил, что для этого необходимо систематично работать над своим здоровьем. В комплекс мероприятий входит сбалансированное питание, регулярное занятие спортом, умственная деятельность, прогулки и путешествия. Доказано: нейронные связи головного мозга развиваются через изучение и созерцание категорически новой для человека информации.
В условиях перенасыщения лишней информацией, существования рынка фаст-фуда и сидящего образа жизни мозг качественно поддаётся различным повреждениям. Атеросклероз, тромботические образование на сосудах, хронические стрессы, инфекции, – все это – прямая дорога к засорению мозга. Несмотря на это существуют лекарства, восстанавливающие клетки головного мозга. Основная и популярная группа – ноотропы. Препараты данной категории стимулируют обмен веществ в нейроцитах, увеличивают стойкость к кислородной недостаточности и оказывают позитивный эффект на различные психические процессы (память, внимание, мышление). Кроме ноотропов, фармацевтический рынок предлагает препараты, содержащие никотиновую кислоту, укрепляющие стенки сосудов средства и другие. Следует помнить, что восстановление нейронных связей головного мозга при приеме различных препаратов является долгим процессом.
Рецептивные поля и латеральные взаимодействия
Впервые гипотеза латерального ингибирования была предложена немецким физиком Эрнстом Махом в 1860-х гг. на основе того, что целостные визуальные градиенты воспринимались как разорванные. Эта гипотеза блестяще подтвердилась прямыми экспериментами.
Латеральное ингибирование имеет место во многих системах мозга. В сетчатке соседние клетки ингибируют друг друга, благодаря чему яркая точка четко воспринимается на темном фоне.
При прикосновении у соседних кожных рецепторов также наблюдается латеральное ингибирование. На высших уровнях организации мозга сходные семантические конструкции ингибируют друг друга, благодаря чему мы не путаем слова «астрономия» и «астрология». Как и многие другие нейрональные механизмы, обсуждаемые в этой главе, этот механизм появился рано в эволюционной истории и затем неоднократно повторялся во многих системах.
Латеральные взаимодействия. Часто одна и та же стратегия используется в различных областях мозга. Слева показано рецептивное поле типа «Центр-периферия» латерального коленчатого тела. Свет падает в область красного пятна в центре, но не в окружающее кольцо.
Нейроны реагируют на оба этих факта и усиливают контраст за счет взаимного ингибирования в одном и том же слое, называемого латеральным ингибированием. Сходный механизм используется в рецептивном поле в центре, а также в колонках коры крысы, каждая из которых обрабатывает сенсорный вход одной вибриссы.
По этой причине колонки часто выступают объектом исследования при изучении подобных процессов. Соседние вибриссы оказывают друг на друга ингибирующее влияние, имеющее место также в областях мозга человека, обрабатывающих звуковую и тактильную информацию, а также в области, контролирующей внимание.
