Hur en nervimpuls skapas i hjärnan. Nervimpuls, dess transformation och överföringsmekanism

FORSKNINGSARBETE

Elektrisk karaktär av nervimpulsen

Inledning 3

Experiment av L. Galvani och A. Volta 3

Bioströmmar i levande organismer 4

Effekten av irritabilitet. 5

Nervcell och nervimpulsöverföring 6

Verkan av nervimpulser på olika delar av kroppen 8

Exponering för elektrisk aktivitet för medicinska ändamål 9

Reaktionshastighet 10

Slutsats 11

Litteratur 11

Ansökan

Introduktion

”Oavsett hur underbara lagar och fenomen är

elektricitet,

visar sig för oss i världen

oorganiska eller

död materia, intresse,

som de

tänk, det kan det knappast

jämför med det

som är inneboende i samma kraft

i samband med det nervösa

system och liv"

M. Faraday

Syfte med arbetet: Att fastställa de faktorer som påverkar utbredningen av en nervimpuls.

Detta arbete hade följande uppgifter:

1. Studera historien om utvecklingen av vetenskapen om bioelektricitet.

2. Tänk på elektriska fenomen i levande natur.

3. Undersök överföringen av nervimpulser.

4. Kontrollera i praktiken vad som påverkar hastigheten på nervimpulsöverföringen.

Experiment av L. Galvani och A. Volta

Tillbaka på 1700-talet. Den italienske läkaren Luigi Galvani (1737-1787) upptäckte att om elektrisk spänning appliceras på en grodas huvudlösa kropp, observeras sammandragningar av dess ben. Så han visade effekten av elektrisk ström på muskler, så han kallas med rätta elektrofysiologins fader. I andra experiment hängde han benet på en dissekerad groda på en mässingskrok. I det ögonblick då tassen svängande vidrörde järngaller på balkongen där experimenten utfördes, observerades åter en sammandragning av tassen. Galvani föreslog förekomsten av en potentiell skillnad mellan nerven och tassen - "djurelektricitet". Han förklarade sammandragningen av muskeln genom verkan av en elektrisk ström som uppstår i grodans vävnader när kretsen är sluten genom metallen.

Galvanis landsman, Alessandro Volta (1745-1827), studerade noggrant den elektriska kretsen som användes av Galvani och bevisade att den innehåller två olika metaller som stängs genom en saltlösning, d.v.s. det ser ut som en kemisk strömkälla. Det neuromuskulära preparatet, hävdade han, i detta experiment fungerar bara som en känslig galvanometer.

Galvani kunde inte erkänna besegrad. Han kastade en nerv på muskeln under olika förhållanden för att bevisa att även utan metall var det möjligt att få muskelkontraktion med elektricitet av "animaliskt ursprung". En av hans anhängare lyckades äntligen. Det visade sig att en elektrisk ström uppstår i de fall då en nerv kastas på en skadad muskel. Så upptäcktes elektriska strömmar mellan frisk och skadad vävnad. Det var vad de kallades -skada strömmar. Senare visades det att all aktivitet av nerver, muskler och andra vävnader åtföljs av generering av elektriska strömmar.

Således har närvaron av bioströmmar i levande organismer bevisats. Numera spelas de in och undersöks med känsliga instrument – oscilloskop.

Bioströmmar i levande organismer

Den första informationen om studiet av elektriska fenomen i levande natur är intressant. Observationsobjektet var elektrisk fisk. Genom experiment på den elektriska stingrockan fastställde Faraday att elektriciteten som skapas av ett speciellt organ av denna fisk är helt identisk med elektricitet som tas emot från en kemisk eller annan källa, även om det är en produkt av aktiviteten hos en levande cell. Efterföljande observationer visade att många fiskar har speciella elektriska organ, ett slags "batteri" som genererar höga spänningar. Således skapar den gigantiska stingrockan en urladdningsspänning på 50-60 V, Nilens elektriska havskatt 350 V, och elektroforålen - över 500 V. Denna höga spänning har dock ingen effekt på själva fiskens kropp!

De elektriska organen hos dessa fiskar består av muskler som har förlorat förmågan att dra ihop sig: muskelvävnad fungerar som en ledare och bindväv som isolator. Nerver från ryggmärgen går till organet, och i allmänhet är det en finplatta struktur av alternerande element. Till exempel har ålen från 6 000 till 10 000 element kopplade i serie för att bilda en kolumn, och cirka 70 kolumner i varje organ placerade längs kroppen. Hos vuxna står detta organ för cirka 40 % av den totala kroppsvikten. De elektriska organens roll är stor, de tjänar till försvar och attack, och är också en del av ett mycket känsligt navigations- och lokaliseringssystem.

Effekten av irritabilitet.

En av kroppens viktigaste funktioner, kallasirritabilitet, - förmåga att reagera på miljöförändringar. Den högsta irritabiliteten är hos djur och människor, som har specialiserade celler som bildar nervvävnad. Nervceller – neuroner – är anpassade för ett snabbt och specifikt svar på olika stimuli som kommer från den yttre miljön och själva kroppens vävnader. Mottagning och överföring av irritationer sker med hjälp av elektriska impulser som utbreder sig längs vissa vägar.

Nervcell och nervimpulsöverföring

En nervcell, neuron, är en stjärnformad kropp och består av tunna processer - axoner och dendriter. Änden av axonet övergår i tunna fibrer som slutar i muskler eller synapser. Hos en vuxen kan axonets längd nå 1-1,5 m med en tjocklek på cirka 0,01 mm. Cellmembranet spelar en speciell roll i bildandet och överföringen av nervimpulser.

Att en nervimpuls är en elektrisk strömpuls har bara bevisatsvid mitten av 1900-talet, främst av A. Hodgkins grupps arbete. År 1963 tilldelades A. Hodgkin, E. Huxley och J. Eccles Nobelpriset i fysiologi eller medicin "för sina upptäckter angående joniska mekanismer involverade i excitation och hämning i de perifera och centrala delarna av nervcellsmembranet." Experimenten utfördes på jätteneuroner (diameter 0,5 mm) - bläckfiskaxoner.

Vissa delar av membranet har halvledar- och jonselektiva egenskaper - de tillåter joner av samma tecken eller ett element att passera igenom. Utseendet av membranpotential, som arbetet i kroppens informations- och energiomvandlande system beror på, är baserat på denna selektiva förmåga. I den externa lösningen är mer än 90 % av de laddade partiklarna natrium- och klorjoner. I lösningen inuti cellen är huvuddelen av de positiva jonerna kaliumjoner, och de negativa är stora organiska joner. Koncentrationen av natriumjoner utanför är 10 gånger högre än inuti, och kaliumjoner inuti är 30 gånger högre än utanför. På grund av detta uppstår ett elektriskt dubbelskikt på cellväggen. Eftersom membranet i vila är mycket permeabelt uppstår en potentialskillnad på 60-100 mV mellan den inre delen och den yttre miljön och den inre delen är negativt laddad. Denna potentialskillnad kallasvilande potential.

När cellen stimuleras urladdas det elektriska dubbelskiktet delvis. När vilopotentialen minskar till 15-20 mV ökar membranets permeabilitet och natriumjoner rusar in i cellen. När en positiv potentialskillnad mellan båda membranytorna har uppnåtts, torkar flödet av natriumjoner upp. I samma ögonblick öppnas kanaler för kaliumjoner, och potentialen skiftar till den negativa sidan. Detta minskar i sin tur tillförseln av natriumjoner och potentialen återgår till sitt viloläge.

Signalen som uppstår i cellen sprider sig längs axonet på grund av ledningsförmågan hos elektrolyten som finns inuti den. Om axonet har speciell isolering - myelinskidan - går den elektriska impulsen snabbare genom dessa områden, och den totala hastigheten bestäms av storleken och antalet oisolerade områden. Impulshastigheten i axonet är 100 m/s.

Hur sänds signalen över gapet? Det visade sig att synapsmembranet är heterogent i strukturen - i de centrala regionerna har det "fönster" med lågt motstånd, och vid kanten är motståndet högt. Membranets heterogenitet skapas på ett speciellt sätt: med hjälp av ett speciellt protein - koppektin. Molekylerna i detta protein bildar en speciell struktur - copnexon, som i sin tur består av sex molekyler och har en kanal inuti. Således förbinder synapsen två celler med många små rör som passerar inuti proteinmolekyler. Mellanrummet mellan membranen är fyllt med en isolator. Hos fåglar fungerar proteinet myelin som en isolator.

När förändringen i potentialerna i muskelfibern når excitationströskeln för det elektriskt exciterbara membranet uppstår en aktionspotential i det och muskelfibern drar ihop sig.

Verkan av nervimpulser på olika delar av kroppen

I mer än ett årtusende har mänskligheten förbryllat vad som händer i varje människas hjärna. Det är nu känt att i hjärnan tankarföds under påverkan av elektrisk ström, men mekanismen har inte studerats. Faraday reflekterade över samspelet mellan kemiska och fysikaliska fenomen och sa: "Underbara som lagarna och fenomenen för elektricitet är som vi har observerat i världen av oorganisk materia och livlös natur, kan intresset som de presenterar knappast jämföras med det som är orsakad av samma kraft i kombination med livet."

Hos människor har man också hittat ett elektromagnetiskt fält, genererat av bioelektriska potentialer på cellytan. Den sovjetiska uppfinnaren S.D. Kirlian lyckades göra detta fenomen visuellt i ordets bokstavliga bemärkelse. Han föreslog att man skulle fotografera människokroppen genom att placera den mellan två stora metallväggar på vilka en elektrisk växelspänning applicerades. I en miljö med ett ökat elektromagnetiskt fält uppstår mikroladdningar på människans hud, och de platser där nervändarna kommer fram är mest aktiva. På fotografier tagna med Kirlian-metoden är de synliga i form av små, starkt glödande prickar. Dessa punkter, som det visade sig, är placerade exakt på de platser i kroppen där det rekommenderas att sänka ner silvernålar under akupunkturbehandling.

Genom att använda inspelningen av hjärnans bioströmmar som återkoppling är det alltså möjligt att bedöma graden av bön för patienten.

Det är nu känt att vissa delar av hjärnan är ansvariga för känslor och kreativ aktivitet. Det är möjligt att avgöra om ett visst område i hjärnan är i ett upphetsat tillstånd, men det är omöjligt att dechiffrera dessa signaler, så vi kan med tillförsikt säga att mänskligheten inte snart kommer att lära sig att läsa tankar.

En persons tanke är en produkt av hjärnan, förknippad med bioelektriska fenomen i den och i andra delar av kroppen. Det är bioströmmarna som uppstår i musklerna hos en person som funderar på att knyta fingrarna till en knytnäve, fångad och förstärkt av lämplig utrustning, som komprimerar fingrarna på en mekanisk hand.

Akademiker psykiaterVladimir Mikhailovich Bekhterev och biofysikerPyotr Petrovich Lazarev insett att under vissa speciella förhållanden, ännu inte exakt kända för vetenskapen, kan den elektriska energin i en hjärna påverka hjärnan hos en annan person på avstånd. Om denna hjärna är "inställd" därefter, antog de, är det möjligt att i den framkalla "resonanta" bioelektriska fenomen och, som en produkt av dem, motsvarande idéer.

Studiet av elektriska fenomen i kroppen har medfört betydande fördelar. Låt oss lista de mest kända.

Exponering för elektrisk aktivitet för medicinska ändamål

О Elektrokemi används ofta inom medicin och fysiologi. Potentialskillnaden mellan två punkter i cellen bestäms med hjälp av mikroelektroder. Med deras hjälp kan du mäta syrehalten i blodet: en kateter förs in i blodet, vars grund är en platinaelektrod, placerad tillsammans med en referenselektrod i en elektrolytlösning, som separeras från det analyserade blodet genom att en porös hydrofob teflonfilm; syre löst i blodet diffunderar genom porerna i teflonfilmen till platinaelektroden och reduceras där.

O I livets process förändras organets tillstånd, och därför dess elektriska aktivitet, över tiden. En metod för att studera deras funktion, baserad på att registrera elektriska fältpotentialer på en kropps yta, kallas elektrografi. Namnet på elektrogrammet indikerar de organ eller vävnader som studeras: hjärta - elektrokardiogram, hjärna - elektroencefalogram, muskler - elektromyogram, hud - galvanisk hudrespons, etc.

O I medicinsk praxis används elektrofores i stor utsträckning för att separera proteiner, aminosyror, antibiotika och enzymer för att övervaka sjukdomens fortskridande. Jontofores är lika vanligt.

O Den välkända "konstgjorda njure"-anordningen, till vilken en patient är ansluten vid akut njursvikt, är baserad på fenomenet elektrodialys. Blod flödar i ett smalt gap mellan två membran, tvättat med fysiologisk lösning, medan avfallsprodukter - produkter av metabolism och vävnadsnedbrytning - avlägsnas från det.

O Forskare från USA har föreslagit att behandla epilepsi med elektrisk stimulering. För att göra detta sys en liten apparat under huden i övre bröstet, programmerad att stimulera vagusnerven i 30 timmar med intervaller på 5-15 minuter. Dess effekt har testats i USA, Kanada och Tyskland. Hos patienter som inte fick hjälp av mediciner minskade antalet anfall efter 3 månader med 25%, efter 1,5 år - med 50%.

Hastighetsreaktion

En av de egenskaper som kännetecknar hjärnan är dess reaktionshastighet. Det bestäms av den tid under vilken den första impulsen rör sig från receptorerna i det organ som mottog irritationen till det organ som producerar kroppens svar. Av den undersökning jag genomförde framgår att reaktionshastighet och uppmärksamhet påverkas av många faktorer. I synnerhet kan det minska av följande skäl: ointressant och (eller) pedagogiskt material som presenteras monotont av läraren; dålig disciplin i klassrummet; oklart syfte och lektionsplan; unken inomhusluft; klassrumstemperaturen är för varm eller för kall; främmande buller; förekomsten av nya onödiga fördelar, trötthet i slutet av dagen.

Det finns också individuella orsaker till ouppmärksamhet: att lära sig materialet är för lätt eller för svårt; obehagliga familjehändelser; sjukdom, överarbete; titta på ett stort antal filmer; sen somnar.

Slutsats

Ord har ett enormt inflytande på människans nervösa aktivitet. Ju mer lyssnare litar på talaren, desto ljusare blir de känslomässiga färgerna på orden de uppfattar och desto starkare blir deras effekt. Patienten litar på läkaren, eleven litar på läraren, så du bör vara extra försiktig när du väljer ord som stimulerar det andra signalsystemet. Så en flygskolekadett som redan var en bra flygare började plötsligt uppleva oöverstiglig rädsla. Det visade sig att pilotinstruktören, som var auktoritativ för honom, lämnade en lapp till honom när han lämnade: "Jag hoppas att vi ses snart, men var försiktig med snurran."

Med ett ord kan du både orsaka en sjukdom och framgångsrikt bota den. Ordbehandling - logoterapi - är en del av psykoterapi. Min nästa erfarenhet är ett direkt bevis på detta. Jag bad två personer att göra följande: stryk samtidigt med ena handen magen i en cirkulär rörelse och rör vid huvudet i en rak linje med den andra. Det visade sig att detta var ganska svårt att göra - rörelserna var antingen cirkulära eller linjära samtidigt. Jag påverkade dock ämnena på olika sätt: jag sa till en att han var på väg att lyckas och den andra att han inte skulle lyckas. Efter en tid löste sig allt för den första, men ingenting löste sig för den andra.

Personliga indikatorer måste vägledas vid val av yrke. Om reaktionshastigheten är låg, är det bättre att inte välja yrken som kräver mycket uppmärksamhet och snabb analys av situationen (pilot, förare, etc.).

Litteratur

Voronkov G.Ya.Elektricitet i kemins värld. - M.: Kunskap, 1987.

Tretyakova S.V.Människans nervsystem. - Fysik (“PS”), nr 47.

Platonov K.Intressant psykologi. - M.: Liter, 1997.

Berkinblit M.B., Glagoleva E.G.Elektricitet i levande organismer. - M.: Nauka, 1988.

Effekten av trötthet på elektriska nervimpulser

Syfte: att kontrollera effekten av fysisk aktivitet på reaktionshastigheten.

Studiens framsteg:Den vanliga enkla reaktionstiden är 100-200 ms för ljus, 120-150 ms för ljud och 100-150 ms för en elektrokutan stimulans. Jag genomförde ett experiment med metoden från akademiker Platonov.I början av idrottslektionen registrerade vi reaktionstiden när vi fångar en boll, sedan kontrollerade vi denna reaktion efter fysisk aktivitet.

Förnamn, efternamn 11A klass Gymnasieskola nr 22

Reaktionstid före fysisk aktivitet

Reaktionstid efter fysisk Massor

Kocharyan Karen

0,13s

0,15s

Nikolaev Valery

0,15s

0,16s

Kazakov Vadim

0,14 s

0,16s

Kuzmin Nikita

0,8 s

0,1 s

Safiullin Timur

0,13s

0,15s

Tukhvatullin Rishat

0,9 s

0,11s

Farafonov Arthur

0,9 s

0,11s

Slutsats: Vi registrerade reaktionstid före och efter fysisk aktivitet. Vi drog slutsatsen att trötthet saktar ner reaktionstiden.Utifrån detta kan vi råda lärare att, när de gör upp ett schema, placera ämnen som kräver maximal uppmärksamhet mitt under skoldagen, när eleverna ännu inte är trötta och klarar av full mental aktivitet.

Kandidat för biologiska vetenskaper L. Chailakhyan, forskare vid Institutet för biofysik vid USSR Academy of Sciences

Tidskriftsläsaren L. Gorbunova (byn Tsybino, Moskva-regionen) skriver till oss: "Jag är intresserad av mekanismen för signalöverföring genom nervceller."

Nobelpristagare 1963 (från vänster till höger): A. Hodgkin, E. Huxley, D. Eccles.

Forskarnas idéer om mekanismen för överföring av nervimpulser har nyligen genomgått betydande förändringar. Tills nyligen dominerade Bernsteins åsikter vetenskapen.

Den mänskliga hjärnan är utan tvekan naturens högsta prestation. Ett kilo nervvävnad innehåller kvintessensen av hela personen, från regleringen av vitala funktioner - hjärtats, lungornas, matsmältningskanalens, leverns arbete - och slutar med hans andliga värld. Här är vår tankeförmåga, hela vår uppfattning av världen, minne, förnuft, vår självmedvetenhet, vårt "jag". Att känna till mekanismerna för hur hjärnan fungerar är att känna till sig själv.

Målet är stort och lockande, men forskningsobjektet är otroligt komplext. Skojar bara, detta kilogram vävnad representerar ett komplext kommunikationssystem mellan tiotals miljarder nervceller.

Det första betydande steget mot att förstå hur hjärnan fungerar har dock redan tagits. Det kan vara ett av de enklaste, men det är oerhört viktigt för allt som följer.

Jag menar studiet av mekanismen för överföring av nervimpulser - signaler som löper längs nerverna, som genom ledningar. Det är dessa signaler som är hjärnans alfabet, med vars hjälp sinnena skickar informationsutskick om händelser i omvärlden till det centrala nervsystemet. Hjärnan kodar sina order till musklerna och olika inre organ med nervimpulser. Slutligen talar enskilda nervceller och nervcentra språket för dessa signaler.

Nervceller - huvudelementet i hjärnan - varierar i storlek och form, men i princip har de en enda struktur. Varje nervcell består av tre delar: en kropp, en lång nervfiber - ett axon (dess längd hos människor varierar från flera millimeter till en meter) och flera korta förgrenade processer - dendriter. Nervceller är isolerade från varandra av membran. Men cellerna interagerar fortfarande med varandra. Detta händer vid korsningen av celler; denna korsning kallas en "synaps". Vid en synaps möts en nervcells axon och en annan cells kropp eller dendrit. Dessutom är det intressant att excitation endast kan överföras i en riktning: från axonet till kroppen eller dendriten, men i inget fall tillbaka. En synaps är som en kenotron: den sänder signaler i endast en riktning.

I problemet med att studera mekanismen för en nervimpuls och dess utbredning kan två huvudfrågor särskiljas: arten av ledningen av en nervimpuls eller excitation inom en cell - längs en fiber, och mekanismen för överföring av en nervimpuls från cell till cell - genom synapser.

Vilken typ av signaler överförs från cell till cell längs nervfibrer?

Människor har varit intresserade av detta problem under lång tid Descartes antog att spridningen av signalen var förknippad med transfusion av vätska genom nerverna, som genom rör. Newton trodde att det var en rent mekanisk process. När den elektromagnetiska teorin dök upp beslutade forskare att en nervimpuls är analog med strömrörelsen genom en ledare med en hastighet nära utbredningshastigheten för elektromagnetiska svängningar. Slutligen, med utvecklingen av biokemin, framkom en synpunkt att rörelsen av en nervimpuls är utbredningen längs en nervfiber av en speciell biokemisk reaktion.

Men ingen av dessa idéer blev verklighet.

För närvarande har arten av nervimpulsen avslöjats: det är en överraskande subtil elektrokemisk process, som är baserad på jonernas rörelse genom cellmembranet.

Tre forskares arbete gav ett stort bidrag till upptäckten av denna karaktär: Alan Hodgkin, professor i biofysik vid University of Cambridge; Andrew Huxley, professor i fysiologi, University of London, och John Eccles, professor i fysiologi, University of Canberra, Australien. De tilldelades Nobelpriset i medicin 1963.

Den berömde tyske fysiologen Bernstein var den första som antydde nervimpulsens elektrokemiska natur i början av vårt sekel.

I början av nittonhundratalet var ganska mycket känt om nervös excitation. Forskare visste redan att en nervfiber kan exciteras av elektrisk ström, och excitationen sker alltid under katoden - under minus. Det var känt att det exciterade området av nerven laddas negativt i förhållande till det icke-exciterade området. Man fann att nervimpulsen vid varje punkt endast varar 0,001-0,002 sekunder, att excitationens storlek inte beror på styrkan på irritationen, precis som klockans volym i vår lägenhet inte beror på hur hårt vi trycker knappen. Slutligen har forskare fastställt att bärarna av elektrisk ström i levande vävnader är joner; Dessutom, inne i cellen är huvudelektrolyten kaliumsalter, och i vävnadsvätskan - natriumsalter. Inuti de flesta celler är koncentrationen av kaliumjoner 30-50 gånger högre än i blodet och i den intercellulära vätskan som tvättar cellerna.

Och baserat på alla dessa data föreslog Bernstein att membranet av nerv- och muskelceller är ett speciellt semipermeabelt membran. Den är genomsläpplig endast för K+-joner; för alla andra joner, inklusive negativt laddade anjoner inuti cellen, är vägen stängd. Det är tydligt att kalium, enligt diffusionslagarna, tenderar att lämna cellen, ett överskott av anjoner uppstår i cellen och en potentialskillnad kommer att uppstå på båda sidor av membranet: utanför - plus (överskott av katjoner), inuti - minus (överskott av anjoner). Denna potentialskillnad kallas vilopotentialen. Således, i vila, i ett oexciterat tillstånd, är insidan av cellen alltid negativt laddad jämfört med den yttre lösningen.

Bernstein föreslog att i ögonblicket för excitation av nervfibern sker strukturella förändringar i ytmembranet, dess porer verkar öka och det blir permeabelt för alla joner. I detta fall försvinner naturligtvis potentialskillnaden. Detta orsakar en nervsignal.

Bernsteins membranteori fick snabbt ett erkännande och fanns i över 40 år, fram till mitten av vårt sekel.

Men redan i slutet av 30-talet stötte Bernsteins teori på oöverstigliga motsägelser. Den fick ett stort slag 1939 av Hodgkins och Huxleys subtila experiment. Dessa forskare var de första som mätte de absoluta värdena av membranpotentialen hos en nervfiber i vila och under excitation. Det visade sig att vid excitation minskade membranpotentialen inte bara till noll, utan korsade noll med flera tiotals millivolt. Det vill säga, den inre delen av fibern förändrades från negativ till positiv.

Men det räcker inte att störta en teori, vi måste ersätta den med en annan: vetenskapen tolererar inte ett vakuum. Och Hodgkin, Huxley, Katz 1949-1953 föreslår en ny teori. Det kallas natrium.

Här har läsaren rätt att bli förvånad: hittills har det inte pratats om natrium. Det är hela poängen. Forskare har med hjälp av märkta atomer fastställt att inte bara kaliumjoner och anjoner är involverade i överföringen av nervimpulser, utan även natrium- och klorjoner.

Det finns tillräckligt med natrium- och klorjoner i kroppen alla vet att blod smakar salt. Dessutom finns det 5-10 gånger mer natrium i den intercellulära vätskan än inuti nervfibern.

Vad kan detta betyda? Forskare har föreslagit att vid excitation, i det första ögonblicket, ökar membranets permeabilitet endast för natrium kraftigt. Permeabiliteten blir tiotals gånger större än för kaliumjoner. Och eftersom det finns 5-10 gånger mer natrium utanför än inuti, kommer det att tendera att komma in i nervfibern. Och då blir insidan av fibern positiv.

Och efter en tid - efter excitation - återställs jämvikten: membranet börjar låta kaliumjoner passera. Och de går ut. Således kompenserar de för den positiva laddningen som infördes i fibern av natriumjoner.

Det var inte alls lätt att komma på sådana idéer. Och här är varför: diametern på natriumjonen i lösning är en och en halv gång större än diametern på kalium- och klorjoner. Och det är helt oklart hur en större jon passerar där en mindre inte kan passera.

Det var nödvändigt att radikalt ändra synen på mekanismen för jonövergång genom membran. Det är tydligt att resonemang om enbart porer i membranet inte räcker här. Och så framfördes tanken att joner skulle kunna passera membranet på ett helt annat sätt, med hjälp av hemliga allierade tills vidare – speciella organiska bärarmolekyler gömda i själva membranet. Med hjälp av en sådan molekyl kan joner passera membranet var som helst, inte bara genom porerna. Dessutom särskiljer dessa taximolekyler sina passagerare väl, de blandar inte ihop natriumjoner med kaliumjoner.

Då kommer den allmänna bilden av utbredningen av en nervimpuls att se ut så här. I vila pressas bärarmolekyler, negativt laddade, till membranets yttre gräns av membranpotentialen. Därför är permeabiliteten för natrium mycket liten: 10-20 gånger mindre än för kaliumjoner. Kalium kan passera membranet genom porer. När excitationsvågen närmar sig minskar det elektriska fältets tryck på bärarmolekylerna; de kastar av sig sina elektrostatiska "bojor" och börjar överföra natriumjoner till cellen. Detta minskar membranpotentialen ytterligare. Det finns en slags kedjeprocess för att ladda membranet. Och denna process sprider sig kontinuerligt längs nervfibern.

Intressant nog spenderar nervfibrer bara cirka 15 minuter om dagen på sitt huvudsakliga jobb - att leda nervimpulser. Fibrerna är dock redo för detta när som helst: alla delar av nervfibern fungerar utan avbrott - 24 timmar om dygnet. Nervfibrer i denna mening liknar interceptorflygplan, vars motorer ständigt är igång för omedelbar avgång, men själva avgången kan bara ske en gång varannan månad.

Vi har nu bekantat oss med den första hälften av den mystiska handlingen att skicka en nervimpuls - längs en fiber. Hur överförs excitation från cell till cell, genom junctions - synapser? Denna fråga undersöktes i den tredje nobelpristagaren John Eccles lysande experiment.

Excitation kan inte direkt överföras från nervändarna i en cell till kroppen eller dendriter i en annan cell. Nästan all ström flyter genom synapspalten in i den yttre vätskan, och en liten del av den kommer in i den närliggande cellen genom synapsen, utan att kunna orsaka excitation. Sålunda, i området för synapser, störs den elektriska kontinuiteten i utbredningen av nervimpulsen. Här, vid korsningen av två celler, träder en helt annan mekanism i kraft.

När excitation närmar sig slutet av cellen, släpps synapsens plats, fysiologiskt aktiva substanser - mediatorer eller mellanhänder - ut i den intercellulära vätskan. De blir en länk i överföringen av information från cell till cell. Mediatorn interagerar kemiskt med den andra nervcellen, ändrar jonpermeabiliteten i dess membran - som om han slår ett hål i vilket många joner rusar in, inklusive natriumjoner.

Så, tack vare Hodgkins, Huxleys och Eccles arbete, kan de viktigaste tillstånden i en nervcell - excitation och hämning - beskrivas i termer av joniska processer, i termer av strukturella och kemiska omarrangemang av ytmembran. Baserat på dessa arbeten är det redan möjligt att göra antaganden om de möjliga mekanismerna för korttids- och långtidsminne och om nervvävnadens plastiska egenskaper. Detta är dock ett samtal om mekanismer inom en eller flera celler. Det här är bara hjärnans ABC. Uppenbarligen är nästa steg, kanske mycket svårare, upptäckten av de lagar genom vilka den koordinerande aktiviteten hos tusentals nervceller byggs upp, erkännandet av det språk som nervcentra talar sinsemellan.

I vår kunskap om hur hjärnan fungerar är vi nu på nivå med ett barn som har lärt sig bokstäverna i alfabetet, men inte vet hur man kopplar dem till ord. Det är dock inte långt när forskare, med hjälp av koden - elementära biokemiska handlingar som sker i en nervcell, kommer att läsa den mest fascinerande dialogen mellan hjärnans nervcentra.

Detaljerad beskrivning av illustrationer

Forskarnas idéer om mekanismen för överföring av nervimpulser har nyligen genomgått betydande förändringar. Tills nyligen dominerade Bernsteins åsikter vetenskapen. Enligt hans åsikt, i ett vilotillstånd (1) laddas nervfibern positivt på utsidan och negativt på insidan. Detta förklarades av det faktum att endast positivt laddade kaliumjoner (K+) kan passera genom porerna i fiberväggen; Stora negativt laddade anjoner (A –) tvingas stanna kvar inuti och skapa ett överskott av negativa laddningar. Excitation (3) enligt Bernstein reduceras till att potentialskillnaden försvinner, vilket orsakas av att porstorleken ökar, anjoner kommer ut och utjämnar jonbalansen: antalet positiva joner blir lika med antalet negativa ettor. Arbetet av 1963 års nobelpristagare A. Hodgkin, E. Huxley och D. Eccles förändrade våra tidigare idéer. Det har bevisats att positiva natriumjoner (Na+), negativa klorjoner (Cl –) och negativt laddade bärarmolekyler också är involverade i nervexcitation. Vilotillståndet (3) bildas i princip på samma sätt som man tidigare trott: ett överskott av positiva joner finns utanför nervfibern, ett överskott av negativa finns inuti. Det har dock konstaterats att under excitation (4) är det inte utjämningen av laddningar som sker, utan en omladdning: ett överskott av negativa joner bildas utanför, och ett överskott av positiva joner inuti. Detta förklaras av det faktum att när de exciteras börjar bärarmolekyler transportera positiva natriumjoner genom väggen. Således är nervimpulsen (5) en uppladdning av det elektriska dubbelskiktet som rör sig längs fibern. Och från cell till cell överförs excitation av en slags kemisk "slagram" (6) - en acetylkolinmolekyl, som hjälper joner att bryta igenom väggen i den intilliggande nervfibern.

Aktionspotential eller nervimpuls, en specifik respons som uppstår i form av en excitatorisk våg och flyter längs hela nervbanan. Denna reaktion är ett svar på en stimulans. Huvuduppgiften är att överföra data från receptorn till nervsystemet, och efter det dirigerar den denna information till önskade muskler, körtlar och vävnader. Efter passagen av pulsen blir ytdelen av membranet negativt laddad, medan dess inre del förblir positiv. Således är en nervimpuls en sekventiellt överförd elektrisk förändring.

Den spännande effekten och dess fördelning är föremål för fysikalisk-kemisk natur. Energin för denna process genereras direkt i själva nerven. Detta händer på grund av det faktum att passagen av en impuls leder till bildning av värme. När den väl har passerat börjar dämpningen eller referenstillståndet. Då nerven bara en bråkdel av en sekund inte kan leda en stimulans. Hastigheten med vilken pulsen kan levereras sträcker sig från 3 m/s till 120 m/s.

Fibrerna genom vilka excitationen passerar har ett specifikt hölje. Grovt sett påminner detta system om en elkabel. Membranets sammansättning kan vara myelin eller icke-myelin. Den viktigaste komponenten i myelinskidan är myelin, som spelar rollen som ett dielektrikum.

Pulsens hastighet beror på flera faktorer, till exempel på tjockleken på fibrerna, desto snabbare utvecklas hastigheten. En annan faktor för att öka ledningshastigheten är myelinet i sig. Men samtidigt är den inte placerad över hela ytan, utan i sektioner, som om den är ihoptränad. Följaktligen finns det mellan dessa områden de som förblir "bara". De orsakar strömläckage från axonet.

Ett axon är en process som används för att överföra data från en cell till resten. Denna process regleras av en synaps - en direkt koppling mellan neuroner eller en neuron och en cell. Det finns också ett så kallat synaptiskt utrymme eller klyfta. När en irriterande impuls kommer till en neuron frigörs signalsubstanser (molekyler av en kemisk sammansättning) under reaktionen. De passerar genom den synaptiska öppningen och når så småningom receptorerna i neuronen eller cellen till vilken data behöver förmedlas. Kalciumjoner är nödvändiga för ledning av en nervimpuls, eftersom utan detta sker frisättningen av signalsubstansen inte.

Det autonoma systemet tillhandahålls huvudsakligen av icke-myeliniserade vävnader. Spänningen sprider sig genom dem konstant och kontinuerligt.

Transmissionsprincipen är baserad på utseendet av ett elektriskt fält, så en potential uppstår som irriterar membranet i den intilliggande sektionen och så vidare i hela fibern.

I det här fallet rör sig inte aktionspotentialen utan dyker upp och försvinner på ett ställe. Överföringshastigheten genom sådana fibrer är 1-2 m/s.

Uppförandelagar

Det finns fyra grundläggande lagar inom medicin:

Anatomiskt och fysiologiskt värde. Excitering utförs endast om det inte finns någon kränkning i själva fiberns integritet. Om enheten inte säkerställs, till exempel på grund av intrång, droganvändning, är det omöjligt att leda en nervimpuls.
Isolerad ledning av irritation. Excitation kan överföras längs nervfibern, utan att spridas till intilliggande.
Bilateral ledning. Impulsledningsbanan kan endast vara av två typer - centrifugal och centripetal. Men i verkligheten sker riktningen i ett av alternativen.
Icke-dekrementell implementering. Impulserna avtar inte, med andra ord, de utförs utan avtagande.

Kemi för impulsledning

Irritationsprocessen styrs också av joner, främst kalium, natrium och vissa organiska föreningar. Koncentrationen av dessa ämnen är annorlunda, cellen är negativt laddad inuti sig själv och positivt laddad på ytan. Denna process kommer att kallas potentialskillnad. När en negativ laddning oscillerar, till exempel när den minskar, framkallas en potentialskillnad och denna process kallas depolarisering.

Stimulering av en neuron innebär öppning av natriumkanaler på platsen för stimulering. Detta kan underlätta inträdet av positivt laddade partiklar i cellen. Följaktligen reduceras den negativa laddningen och en aktionspotential eller nervimpuls uppstår. Efter detta stängs natriumkanalerna igen.

Det visar sig ofta att det är försvagningen av polariseringen som främjar öppningen av kaliumkanaler, vilket provocerar frisättningen av positivt laddade kaliumjoner. Denna åtgärd minskar den negativa laddningen på cellytan.

Vilopotentialen eller det elektrokemiska tillståndet återställs när kalium-natriumpumpar aktiveras, med hjälp av vilka natriumjoner lämnar cellen och kaliumjoner kommer in i den.

Som ett resultat kan vi säga att när elektrokemiska processer återupptas uppstår impulser som färdas längs fibrerna.

Nervimpuls - det är en rörlig våg av förändringar i membranets tillstånd. Det inkluderar strukturella förändringar (öppning och stängning av membranjonkanaler), kemiska (ändring av transmembranjonflöden) och elektriska (förändringar i membranets elektriska potential: depolarisering, positiv polarisering och repolarisering). © 2012-2019 Sazonov V.F..

Vi kan kort säga:

Men i den fysiologiska litteraturen är det vanligt att använda termen "handlingspotential" som en synonym för en nervimpuls. Även om aktionspotentialen är bara elektrisk komponent nervimpuls.

Agerande potential är en skarp abrupt förändring i membranpotential från negativ till positiv och tillbaka.

Aktionspotentialen är den elektriska egenskapen (elektrisk komponent) hos en nervimpuls.

En nervimpuls är en komplex strukturell-elektrokemisk process som sprider sig över membranet av en neuron i form av en resande våg av förändringar.

Agerande potential - detta är bara den elektriska komponenten i en nervimpuls, som kännetecknar förändringar i den elektriska laddningen (potentialen) på en lokal del av membranet under passagen av en nervimpuls genom den (från -70 till +30 mV och tillbaka). (Klicka på bilden till vänster för att se animationen.)

Jämför de två bilderna ovan (klicka på dem) och, som de säger, känn skillnaden!

Var föds nervimpulser?

Märkligt nog kan inte alla studenter som har studerat upphetsningens fysiologi svara på denna fråga. ((

Även om svaret inte är komplicerat. Nervimpulser föds på neuroner på bara några få ställen:

1) axon hillock (detta är övergången av neuronkroppen till axonet),

2) receptoränden av dendriten,

3) Ranviers första nod på dendriten (dendritens triggerzon),

4) postsynaptiska membranet i den excitatoriska synapsen.

Ursprungsplatser för nervimpulser:

1. Axonkullen är huvudgeneratorn av nervimpulser.

Axonkullen är själva början av axonet, där den börjar på nervcellens kropp. Det är axonkullen som är huvudgeneratorn (generatorn) av nervimpulser på en neuron. På alla andra ställen är sannolikheten för födelsen av en nervimpuls mycket mindre. Faktum är att membranet i axonkullen har ökad känslighet för excitation och en minskad kritisk nivå av depolarisation (CLD) jämfört med andra delar av membranet. Därför, när många excitatoriska postsynaptiska potentialer (EPSPs), som uppstår på en mängd olika ställen på de postsynaptiska membranen av alla dess synaptiska kontakter, börjar summeras på membranet av en neuron, uppnås CUD först av allt på axon kulle. Det är där som denna övertröskeldepolarisering för colliculus öppnar spänningskänsliga natriumkanaler, in i vilka ett flöde av natriumjoner kommer in, vilket genererar en aktionspotential och en nervimpuls.

Så, axonkullen är en integrerande zon på membranet, den integrerar alla lokala potentialer (excitatoriska och hämmande) som uppstår på neuronen - och den första utlöses för att uppnå CUD, vilket genererar en nervimpuls.

Det är också viktigt att ta hänsyn till följande faktum. Från axonkullen sprider sig nervimpulsen genom membranet av dess neuron: både längs axonet till de presynaptiska ändarna och längs dendriterna till de postsynaptiska "början". Alla lokala potentialer avlägsnas från neurons membran och från alla dess synapser, eftersom de "avbryts" av aktionspotentialen från en nervimpuls som löper över hela membranet.

2. Receptorände av en sensorisk (afferent) neuron.

Om en neuron har en receptorände, kan en adekvat stimulans verka på den och generera vid denna ända först en generatorpotential och sedan en nervimpuls. När generatorpotentialen når CUD öppnas spänningsstyrda natriumjonkanaler i denna ände och en aktionspotential och nervimpuls föds. Nervimpulsen färdas längs dendriten till neuronens kropp och sedan längs dess axon till de presynaptiska terminalerna för att överföra excitation till nästa neuron. Så fungerar till exempel smärtreceptorer (nociceptorer), som är smärtneuronernas dendritiska ändar. Nervimpulser i smärtneuroner har sitt ursprung i dendriternas receptorändar.

3. Första noden av Ranvier på dendriten (dendritens triggerzon).

Lokala excitatoriska postsynaptiska potentialer (EPSPs) i ändarna av dendriten, som bildas som svar på excitationer som kommer till dendriten genom synapser, summeras vid den första noden av Ranvier av denna dendrit, om den naturligtvis är myeliniserad. Det finns en sektion av membranet med ökad känslighet för excitation (sänkt tröskelvärde), så det är i detta avsnitt som den kritiska nivån av depolarisering (CLD) lättast övervinns, varefter spänningsstyrda jonkanaler för natrium öppnas - och en aktionspotential (nervimpuls) uppstår.

4. Postsynaptisk membran av en excitatorisk synaps.

I sällsynta fall kan en EPSP vid en excitatorisk synaps vara så stark att den når CUD just där och genererar en nervimpuls. Men oftare är detta endast möjligt som ett resultat av summeringen av flera EPSP:er: antingen från flera närliggande synapser som avfyrades samtidigt (spatial summering), eller på grund av det faktum att flera impulser i rad anlände till en given synaps (temporal summation) .

Video:Ledning av en nervimpuls längs en nervfiber

Handlingspotential som en nervimpuls

Nedan finns material hämtat från utbildningsmanualen för författaren till denna webbplats, som kan refereras till i din bibliografi:

Sazonov V.F. Konceptet och typerna av hämning i det centrala nervsystemets fysiologi: Pedagogisk manual. Del 1. Ryazan: RGPU, 2004. 80 sid.

Alla processer av membranförändringar som inträffar under spridningsexcitation har studerats ganska väl och beskrivits i den vetenskapliga och pedagogiska litteraturen. Men denna beskrivning är inte alltid lätt att förstå, eftersom det finns för många komponenter inblandade i denna process (ur en vanlig elevs synvinkel, och inte ett underbarn, naturligtvis).

För att underlätta förståelsen föreslår vi att man överväger en enda elektrokemisk process för att sprida dynamisk excitation från tre sidor, på tre nivåer:

Elektriska fenomen - utveckling av handlingspotential.

Kemiska fenomen - rörelse av jonflöden.

Strukturella fenomen - beteende hos jonkanaler.

Tre sidor av processen sprider excitation

1. Action potential (AP)

Agerande potential är en abrupt förändring i konstant membranpotential från negativ till positiv polarisering och tillbaka.

Vanligtvis ändras membranpotentialen i CNS-neuroner från –70 mV till +30 mV, och återgår sedan till sitt ursprungliga tillstånd, d.v.s. till –70 mV. Som vi kan se kännetecknas begreppet aktionspotential genom elektriska fenomen på membranet.

På ett elektriskt plan förändringar börjar som en förändring från membranets polariserade tillstånd till depolarisering. För det första sker depolarisering i form av en lokal excitatorisk potential. Upp till en kritisk nivå av depolarisering (ungefär -50 mV) finns en relativt enkel linjär minskning av elektronegativitet, proportionell mot styrkan hos den applicerade stimulansen. Men så börjar en svalaresjälvförstärkande depolarisering utvecklas den inte i konstant takt, menmed acceleration . Bildligt talat accelererar depolarisering så mycket att den hoppar över nollstrecket utan att märka det, och till och med övergår i positiv polarisering. Efter att ha nått toppen (vanligtvis +30 mV) börjar den omvända processen -repolarisering , dvs. återställande av negativ polarisering av membranet.

Låt oss kort beskriva de elektriska fenomenen under loppet av en aktionspotential:

Stigande gren av grafen:

vilopotential – det initiala normalpolariserade elektronegativa tillståndet hos membranet (–70 mV);

ökad lokal potential – depolarisering proportionell mot stimulansen;

kritisk nivå av depolarisering (–50 mV) - en kraftig acceleration av depolarisering (på grund av självöppning av natriumkanaler), från denna punkt börjar spiken - högamplituddelen av aktionspotentialen;

självförstärkande kraftigt ökande depolarisering;

nollmarkeringsövergång (0 mV) – förändring av membranpolaritet;

"overshoot" - positiv polarisation (inversion, eller reversion, av membranladdningen);

topp (+30 mV) – toppen av processen för att ändra membranpolaritet, toppen av aktionspotentialen.

Fallande gren av grafen:

repolarisering - återställande av membranets tidigare elektronegativitet;

övergång av nollmärket (0 mV) – omvänd förändring av membranpolariteten till den föregående, negativa;

övergång till en kritisk nivå av depolarisation (–50 mV) – upphörande av fasen av relativ refraktäritet (icke-exciterbarhet) och återgång av excitabilitet;

spårprocesser (spårdepolarisering eller spårhyperpolarisering);

återställning av vilopotentialen är normal (–70 mV).

Så, först - depolarisering, sedan - repolarisering. Först - förlust av elektronegativitet, sedan - återställande av elektronegativitet.

2. Joniska flöden

Bildligt kan vi säga att laddade joner är skaparna av elektriska potentialer i nervceller. För många låter påståendet att vatten inte leder elektricitet konstigt. Men i verkligheten är det så. Vatten i sig är ett dielektrikum, inte en ledare. I vatten tillhandahålls elektrisk ström inte av elektroner, som i metalltrådar, utan av laddade joner: positiva katjoner och negativa anjoner. I levande celler utförs det huvudsakliga "elektriska arbetet" av katjoner, eftersom de är mer rörliga. Elektriska strömmar i celler är flöden av joner.

Så det är viktigt att inse att alla elektriska strömmar som passerar genom membranet är detjonflöden . Den ström vi är vana vid från fysiken i form av ett flöde av elektroner i celler, som i vattensystem, existerar helt enkelt inte. Hänvisningar till elektronflöden skulle vara ett misstag.

På kemisk nivå När vi beskriver den fortplantande excitationen måste vi överväga hur egenskaperna hos jonflödena som passerar genom membranet förändras. Huvudsaken i denna process är att under depolarisering ökar flödet av natriumjoner in i cellen kraftigt, och sedan stannar det plötsligt vid aktionspotentialen. Det inkommande flödet av natrium orsakar depolarisering, eftersom natriumjoner för positiva laddningar in i cellen (vilket minskar elektronegativiteten). Sedan, efter spiken, ökar det utåtgående flödet av kaliumjoner avsevärt, vilket orsakar repolarisering. När allt kommer omkring bär kalium, som vi upprepade gånger har sagt, positiva laddningar med sig från cellen. Majoriteten av negativa laddningar stannar kvar i cellen, och på grund av detta ökar elektronegativiteten. Detta är återställandet av polarisering på grund av det utgående flödet av kaliumjoner. Observera att det utgående flödet av kaliumjoner uppträder nästan samtidigt med uppkomsten av natriumflödet, men ökar långsamt och varar 10 gånger längre. Trots varaktigheten av kaliumflödet förbrukas jonerna själva lite - bara en miljondel av kaliumtillförseln i cellen (0,000001 del).

Låt oss sammanfatta. Den stigande grenen av aktionspotentialgrafen bildas på grund av att natriumjoner kommer in i cellen, och den nedåtgående grenen - på grund av att kaliumjoner lämnar cellen.

3. Jonkanaler

Alla tre aspekterna av excitationsprocessen - elektriska, kemiska och strukturella - är nödvändiga för att förstå dess väsen. Men ändå börjar allt med jonkanalernas arbete. Det är jonkanalernas tillstånd som bestämmer jonernas beteende, och jonernas beteende åtföljs i sin tur av elektriska fenomen. Excitationsprocessen börjarnatriumkanaler .

På molekylär strukturell nivå membrannatriumkanaler öppnas. Till en början fortsätter denna process i proportion till styrkan av yttre påverkan, och sedan blir den helt enkelt "okontrollerbar" och massiv. Öppningen av kanalerna tillåter natrium att komma in i cellen och orsakar depolarisering. Sedan, efter cirka 2-5 millisekunder, derasautomatisk stängning . Denna stängning av kanalerna avbryter abrupt rörelsen av natriumjoner in i cellen och avbryter därför ökningen av elektrisk potential. Den potentiella tillväxten stannar och vi ser en topp på diagrammet. Detta är toppen av kurvan på grafen, då kommer processen att gå i motsatt riktning. Naturligtvis är det mycket intressant att förstå att natriumkanaler har två grindar, och de öppnas med aktiveringsgrindar och stänger med inaktiveringsgrindar, men detta bör diskuteras tidigare, i ämnet "Excitation". Vi kommer inte att uppehålla oss vid detta.

Parallellt med öppningen av natriumkanaler, med en liten tidsfördröjning, sker en ökande öppning av kaliumkanaler. De är långsamma jämfört med natrium. Öppningen av ytterligare kaliumkanaler ökar frisättningen av positiva kaliumjoner från cellen. Frisättningen av kalium motverkar "natrium"-depolariseringen och orsakar återställande av polaritet (återställande av elektronegativitet). Men natriumkanalerna ligger före kaliumkanalerna, de fungerar ungefär 10 gånger snabbare. Därför är det inkommande flödet av positiva natriumjoner in i cellen före den kompenserande produktionen av kaliumjoner. Och därför utvecklas depolarisering i en snabbare takt än motpolariseringen som orsakas av läckage av kaliumjoner. Det är därför tills natriumkanalerna stänger, återställande av polarisation inte kommer att börja.

Eld som en metafor för att sprida spänning

För att gå vidare till att förstå innebördendynamisk excitationsprocess, dvs. För att förstå dess spridning längs membranet måste man föreställa sig att de processer som vi beskrev ovan först fångar de närmaste, och sedan nya, mer och mer avlägsna delar av membranet, tills de helt löper över hela membranet. Om du har sett den "live-våg" som fansen skapar på arenan genom att stå upp och sitta på huk, kommer det att vara lätt för dig att föreställa dig en membranvåg av excitation, som bildas på grund av det sekventiella flödet av transmembrana jonströmmar i intilliggande områden.

När vi letade efter ett bildexempel, analogi eller metafor som tydligt kunde förmedla innebörden av att sprida spänning, bestämde vi oss för bilden av en brand. Faktum är att spridande excitation liknar en skogsbrand, när brinnande träd förblir på plats och brandfronten sprider sig och går längre och längre i alla riktningar från brandkällan.

Hur kommer fenomenet hämning att se ut i denna metafor?

Svaret är uppenbart – inbromsning kommer att se ut som att släcka en brand, som att minska förbränningen och släcka branden. Men om elden sprider sig av sig själv kräver det ansträngning att släcka den. Från det släckta området kommer släckningsprocessen i sig inte att gå åt alla håll.

Det finns tre alternativ för att bekämpa en brand: (1) du måste antingen vänta tills allt brinner och elden har tömt alla brandfarliga reserver, (2) eller så måste du hälla vatten på de brinnande områdena så att de slocknar, (3 ) eller så måste du vattna de närmaste områdena som är orörda av elden i förväg, så att de inte tar eld.

Är det möjligt att "släcka" vågen av spridande excitation?

Det är osannolikt att en nervcell kan "släcka" denna "eld" av spänning som har börjat. Därför är den första metoden endast lämplig för artificiell intervention i nervcellers funktion (till exempel för terapeutiska ändamål). Men det visar sig att det är fullt möjligt att "fylla vissa områden med vatten" och blockera spridningen av excitation.

AUTOVÅGOR I AKTIVT EXCITABLE MEDIA (AEC)

När en våg utbreder sig i aktivt exciterbara medier sker ingen energiöverföring. Energi överförs inte, utan frigörs när excitation når ABC-platsen. En analogi kan dras med en serie explosioner av laddningar placerade på ett visst avstånd från varandra (till exempel vid släckning av skogsbränder, konstruktion, landåtervinningsarbete), när explosionen av en laddning orsakar en explosion av en närliggande, och så vidare. En skogsbrand är också ett exempel på vågutbredning i en aktivt excitabel miljö. Lågan sprider sig över ett område med fördelade energireserver - träd, död ved, torr mossa.

Grundläggande egenskaper hos vågor som utbreder sig i aktivt exciterbara medier (AEM)

Excitationsvågen fortplantar sig i ABC utan dämpning; passagen av en excitationsvåg är associerad med eldfasthet - miljöns icke-excitabilitet under en viss tidsperiod (refraktär period).

Information överförs mellan neuroner som ström i ledningar. Elektriska impulser överförs från cell till cell, från dendriten där de har sitt ursprung till axonet genom vilket de passerar. Men det finns också en skillnad från elektriska nätverk - impulser överförs inte genom elektroner, utan genom joner.

Synaps

Trots deras stora antal vidrör nervceller aldrig varandra. Men elektriska impulser kan inte överföras om det inte finns fysisk kontakt. Därför måste meddelanden som överförs från neuron till neuron omvandlas från elektrisk till en annan form. Nervsystemet använder kemikalier för att överföra information mellan neuroner.

En synaps är en kontaktpunkt mellan två neuroner eller mellan en neuron och en cell som tar emot en signal.

Det synaptiska utrymmet har formen av en klyfta. När en elektrisk impuls kommer till en neuron frigör den kemiska molekyler som kallas signalsubstanser från synapsen. Genom diffusion rör de sig över den synaptiska klyftan och går in i receptorerna hos en annan neuron speciellt designad för dem. Som ett resultat uppstår en annan elektrisk impuls.

Två typer av signalsubstanser

Hjärnan producerar ett femtiotal typer av signalsubstanser, som kan delas in i två typer. Excitatoriska mediatorer bidrar till genereringen av en nervimpuls. Hämmande neurotransmittorer, tvärtom, bromsar dess förekomst. I de flesta fall släpper en neuron bara en typ av signalsubstans.

Excitationsgräns

Varje neuron kan ta emot hundratals meddelanden per sekund. Han bedömer graden av dess betydelse och gör en preliminär analys av den. I en neuron läggs excitatoriska impulser till och hämmande impulser subtraheras. För att en neuron ska generera sin egen impuls måste den resulterande summan vara större än ett visst värde.

Upprepningens roll

Liknande idéer, liknande minnen avfyrar samma neuroner och synapser. Ofta använda synapser fungerar snabbare. Därför kommer vi snabbt ihåg vad vi har sett eller upprepat flera gånger. Dessa kopplingar kan dock försvinna om de inte används tillräckligt, och nya kan dyka upp i deras ställe.

Gliaceller

En annan typ av nervceller är gliaceller. Det finns 10 gånger fler av dem än neuroner själva. De kallas "neuronssköterskor" eftersom de bidrar till deras näring, avlägsnande av deras avfallsprodukter och skydd mot yttre fiender. Men den senaste forskningen tyder på att de behövs för mer än att bara ta hand om neuroner. Tydligen är de också involverade i informationsbehandling, dessutom är de nödvändiga för minnesfunktion!

Nervfibrer

Neuronernas processer omges av membran och kombineras till buntar som kallas nervfibrer. Antalet nervfibrer i olika nerver varierar från 10 2 till 10 5.

Nervfiberhöljet är uppbyggt av gliaceller och underlättar passagen av nervimpulser i hela kroppen. Det kallas myelinskidan.

Hormonernas roll i hjärnans funktion

För att utbyta information använder hjärnan speciella kemiska föreningar - hormoner. Vissa av dem produceras av hjärnan själv, och några av de endokrina körtlarna. Hormoner orsakar olika fysiologiska reaktioner.

3. MÄNNISKAN HJÄRN

Det yttre lagret av hjärnan består av två hjärnhalvor, som döljer djupare formationer. Hemisfärernas yta är täckt med spår och veck, vilket ökar deras yta.

Huvuddelar av hjärnan

Den mänskliga hjärnan kan grovt delas in i tre huvuddelar:

framhjärnan

hjärnbalk

lilla hjärnan

Grå och vit materia

Hjärnans materia består av gråa och vita områden. Grå områden är kluster av neuroner. Det finns mer än 100 miljarder av dem, och det är de som behandlar information. Hjärnans vita substans består av axoner. Genom dem överförs information som bearbetas av neuroner. Den inre delen av ryggmärgen innehåller också grå substans.

Hjärnns näring

Hjärnan behöver näring för att fungera normalt. Till skillnad från andra celler i kroppen kan hjärnceller bara bearbeta glukos. Hjärnan behöver också syre. Utan det kommer mitokondrier inte att kunna producera tillräckligt med energi. Men eftersom blod tillför glukos och syre till hjärnan, för att upprätthålla hjärnans hälsa, bör ingenting störa normalt blodflöde. Om blodet slutar strömma till hjärnan förlorar personen inom tio sekunder medvetandet. Även om hjärnan bara väger 2,5 % av kroppens vikt, får den hela tiden 20 % av blodet som cirkulerar i kroppen och motsvarande mängd syre, dag och natt.